[Patsay 0]

Я аспирант-химик. Руководитель дал задание разработать прибор для измерения зависимости электропроводности раствора от частоты тока. В распоряжении имеется программируемый генератор, соединенный с ПК, которым можно программно генерировать переменное напряжение +-2 В с частотой от 100 Гц до 1 МГц (синусоидальное). Также имеется АЦП (тоже с выходом на ПК), входной диапазон которого 0...5 В с максимальной частотой дискредитации 1000 значений за 1 с (1 кГц).

Пожалуйста помогите разработать схему для точного измерения переменного тока в цепи.

 

Исходные данные: через раствор проходит переменный ток, частота которого плавно изменяется в пределах от 1 МГц до 100 Гц. Для измерения величины этого тока в цепь включен резистор 10 Ом (сам раствор имеет сопротивление порядка от 2 кОм и больше) - один его конец заземлен, а на втором имеем переменное напряжение от 0 до +-10 мВ. Чем больший ток в цепи (большая электропроводность раствора) тем большее переменное напряжение. Нужно разработать схему, на выходе которой будет устойчивое напряжение от 0 В (нет тока в цепи "генератор-раствор") до +5 В (ток в цепи максимален, напряжение на измерительном резисторе тоже максимальное - +-10 мВ) для подачи на вход АЦП.

 

Я так понимаю, что напряжение с измерительного резистора нужно увеличить, выпрямить и сгладить. А вот как это сделать - не знаю. В интернете нашел кучу схем разных усилителей и ФНЧ на ОУ, но как выбрать оптимальну никак не пойму.

 

Помогите пожалуйста разработать эту схему или подскажите, где можно почитать об этом.

conductometr.bmp

[EvgenyNik 0]

В другом подфоруме советовали конвертер действующего значения в постоянное: http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp...154,C1086,P1701

У неё, конечно, уже на 800кГц затухание -3дБ, но с учётом собственного АЧХ, может быть, до 1МГц дотянуть и можно.

По крайней мере, Вам не потребуется практически ни какая последующая матобработка сигнала, только измерение.

[Tanya 4]

Я аспирант-химик. Руководитель дал задание разработать прибор для измерения зависимости электропроводности раствора от частоты тока. В распоряжении имеется программируемый генератор, соединенный с ПК, которым можно программно генерировать переменное напряжение +-2 В с частотой от 100 Гц до 1 МГц (синусоидальное). Также имеется АЦП (тоже с выходом на ПК), входной диапазон которого 0...5 В с максимальной частотой дискредитации 1000 значений за 1 с (1 кГц).

Пожалуйста помогите разработать схему для точного измерения переменного тока в цепи.

 

Исходные данные: через раствор проходит переменный ток, частота которого плавно изменяется в пределах от 1 МГц до 100 Гц. Для измерения величины этого тока в цепь включен резистор 10 Ом (сам раствор имеет сопротивление порядка от 2 кОм и больше) - один его конец заземлен, а на втором имеем переменное напряжение от 0 до +-10 мВ. Чем больший ток в цепи (большая электропроводность раствора) тем большее переменное напряжение. Нужно разработать схему, на выходе которой будет устойчивое напряжение от 0 В (нет тока в цепи "генератор-раствор") до +5 В (ток в цепи максимален, напряжение на измерительном резисторе тоже максимальное - +-10 мВ) для подачи на вход АЦП.

 

Я так понимаю, что напряжение с измерительного резистора нужно увеличить, выпрямить и сгладить. А вот как это сделать - не знаю. В интернете нашел кучу схем разных усилителей и ФНЧ на ОУ, но как выбрать оптимальну никак не пойму.

 

Помогите пожалуйста разработать эту схему или подскажите, где можно почитать об этом.

Может это Вам поможет? У Вас, наверняка, будут мнимые компоненты.

http://www.analog.com/en/prod/0,2877,AD5933,00.html Там еще можно AppNotes посмотреть...

[muravei 3]

Помогите пожалуйста разработать эту схему или подскажите, где можно почитать об этом.

Может такая схема подойдет? Оперы типа AD829.

[Patsay 0]

Всем спасибо!

Конвертер LTC1966, наверное, подошел бы, но вот где его можно купить?

 

С AD5933 надо разбираться. Попробую, хотя его найти наверное тоже трудно.

 

Спасибо, muravei, я наверное сначала попробую именно вашу схему.

 

Может еще есть идеи?

[Tanya 4]

Всем спасибо!

Конвертер LTC1966, наверное, подошел бы, но вот где его можно купить?

 

С AD5933 надо разбираться. Попробую, хотя его найти наверное тоже трудно.

 

Спасибо, muravei, я наверное сначала попробую именно вашу схему.

 

Может еще есть идеи?

Покупать одну штуку не нужно... Вам бесплатно через пару недель пришлют образцы... Надо на сайте зарегистрироваться... Только обратите внимание, когда будете заполнять их дурацкие формы - не пишите, что связаны с химией - там под этим понимается химоружие.... И биологией - по той-же причине... А зачем 5 вольт? Правильнее в Вашем случае измерять при минимальных токах и напряжениях - Вам ведь реакции не нужны?.

Если органика неполярная, то может лучше мостовым методом... Если хочется автоматизировать, то можно умножающий ЦАП для балансировки моста поставить. Они до 10 МГц...

[Patsay 0]

Покупать одну штуку не нужно... Вам бесплатно через пару недель пришлют образцы... Надо на сайте зарегистрироваться... Только обратите внимание, когда будете заполнять их дурацкие формы - не пишите, что связаны с химией - там под этим понимается химоружие.... И биологией - по той-же причине... А зачем 5 вольт? Правильнее в Вашем случае измерять при минимальных токах и напряжениях - Вам ведь реакции не нужны?.

Если органика неполярная, то может лучше мостовым методом... Если хочется автоматизировать, то можно умножающий ЦАП для балансировки моста поставить. Они до 10 МГц...

 

Про AD знаю. А что LT тоже может бесплатно выслать образцы? Диапазон 0...5 В нужен для АЦП - это собственно его рабочий диапазон. Ток через раствор идет только переменный (перед выходом генератора стоит конденсатор, который не пропускает постоянной составляющей). В таких условиях реакции на электродах не идут. Во всяком случае с нашими растворами точно (проверяли по спектрам - до и после экспериментов они идентичные). Собственно для "ручного режима" все есть, но хочется автоматизировать процесс. Я написал программу, которая управляет генератором и меряет сигнал на входе АЦП. Но проблема в том, что сигнал надо сильно усилить, выпрямить и сгладить. Оптимально подошла бы схема на RST-to-DC микрухе, но надо, чтобы полоса пропускания была не ниже 1 МГц. Или придется делать усилитель + ФНЧ, но я не могу выбрать оптимальный ОУ и собственно саму схему.

[Tanya 4]

Про AD знаю. А что LT тоже может бесплатно выслать образцы? Диапазон 0...5 В нужен для АЦП - это собственно его рабочий диапазон. Ток через раствор идет только переменный (перед выходом генератора стоит конденсатор, который не пропускает постоянной составляющей). В таких условиях реакции на электродах не идут. Во всяком случае с нашими растворами точно (проверяли по спектрам - до и после экспериментов они идентичные). Собственно для "ручного режима" все есть, но хочется автоматизировать процесс. Я написал программу, которая управляет генератором и меряет сигнал на входе АЦП. Но проблема в том, что сигнал надо сильно усилить, выпрямить и сгладить. Оптимально подошла бы схема на RST-to-DC микрухе, но надо, чтобы полоса пропускания была не ниже 1 МГц. Или придется делать усилитель + ФНЧ, но я не могу выбрать оптимальный ОУ и собственно саму схему.

Мой Вам совет - если можно ручками, то бросьте эту затею - экономьте время, займитесь диссертацией... Если, конечно, не сотни образцов при разных температурах... Более того, имеются стандартные импедансометры...

Но вольному - воля...

А как Вы емкость ячейки собираетесь учитывать. Она еще и от частоты будет меняться... А реакции в двойном слое могут на спектре и не проявиться, особенно, если обратимые, но на ВАХ повлияют... Вы так наз. "циклички" видели?

А зачем они нужно вообще- такие измерения? И почему именно такой частотный диапазон? И такие токи и напряжения? А электроды какие?

[Patsay 0]

Мой Вам совет - если можно ручками, то бросьте эту затею - экономьте время, займитесь диссертацией... Если, конечно, не сотни образцов при разных температурах... Более того, имеются стандартные импедансометры...

Но вольному - воля...

А как Вы емкость ячейки собираетесь учитывать. Она еще и от частоты будет меняться... А реакции в двойном слое могут на спектре и не проявиться, особенно, если обратимые, но на ВАХ повлияют... Вы так наз. "циклички" видели?

А зачем они нужно вообще- такие измерения? И почему именно такой частотный диапазон? И такие токи и напряжения? А электроды какие?

 

"Ручками" не совсем удобно, особенно если нужно сделать 1000 замеров для одного раствора - при разных частотах (до 1 МГц с шагом 1 кГц). Насчет стандартных импедансометров - это в принципе идея, но надо проверять, раствор - это сложная нелинейная система. Емкостным током мы пренебрегаем, так как площадь электродов очень маленькая - порядка 1-2 мм^2. Реакции идти не должны - слишком маленький полупериод (время, когда напряжение на электроде имеет одну полярность). Процессы масопереноса и переноса электрона с/на частички на/с электрод протекают значительно медленнее.

 

Насчет вопроса "Зачем все это", то слишком длинная история получиться и я не уверен интересно ли вам это. В двух словах, мы исследуем возможность переменнотоковой активации определенных реакций - там системы покрупней (площадь электродов до 10 см^2, ток - до 5 А). Но собственно с подбором оптимальной частоты есть идея проверить, коррелирует ли он с проводимостью раствора.

[Tanya 4]

"Ручками" не совсем удобно, особенно если нужно сделать 1000 замеров для одного раствора - при разных частотах (до 1 МГц с шагом 1 кГц). Насчет стандартных импедансометров - это в принципе идея, но надо проверять, раствор - это сложная нелинейная система. Емкостным током мы пренебрегаем, так как площадь электродов очень маленькая - порядка 1-2 мм^2. Реакции идти не должны - слишком маленький полупериод (время, когда напряжение на электроде имеет одну полярность). Процессы масопереноса и переноса электрона с/на частички на/с электрод протекают значительно медленнее.

 

Насчет вопроса "Зачем все это", то слишком длинная история получиться и я не уверен интересно ли вам это. В двух словах, мы исследуем возможность переменнотоковой активации определенных реакций - там системы покрупней (площадь электродов до 10 см^2, ток - до 5 А). Но собственно с подбором оптимальной частоты есть идея проверить, коррелирует ли он с проводимостью раствора.

Если все так, как Вы пишите, то лучше мостовую схему применить - скорее всего у Вас очень маленькие изменения будут. Если у Вас неводный раствор, то емкость можно в одной точке скомпенсировать. Если так, то мост можно не балансировать автоматически, а разбаланс усилить и на синхронные детекторы (или один) на умножителях типа 734 или 835 (меньше шумят). Это лучше, чем выпрямлять без учета фазы. Если есть воспроизводимость, то можно за два прохода детектировать, переключая фазу умножителя...

А можно и ЦАПом умножающим балансировать....

Конструкция должна быть правильной... Экранирование, малоиндуктивная разводка, компенсация паразитных емкостей и пр...

А Вы действительно активируете реакции током? Можно ссылочку, если есть публикации? А механизм активации... Вы имеете объяснение?

[Patsay 0]

Если все так, как Вы пишите, то лучше мостовую схему применить - скорее всего у Вас очень маленькие изменения будут. Если у Вас неводный раствор, то емкость можно в одной точке скомпенсировать. Если так, то мост можно не балансировать автоматически, а разбаланс усилить и на синхронные детекторы (или один) на умножителях типа 734 или 835 (меньше шумят). Это лучше, чем выпрямлять без учета фазы. Если есть воспроизводимость, то можно за два прохода детектировать, переключая фазу умножителя...

А можно и ЦАПом умножающим балансировать....

Конструкция должна быть правильной... Экранирование, малоиндуктивная разводка, компенсация паразитных емкостей и пр...

А Вы действительно активируете реакции током? Можно ссылочку, если есть публикации? А механизм активации... Вы имеете объяснение?

 

Если вам действительно интересно, то вкратце раскажу в чем состоит наша работа. Исследования (и сама работа) по специальности "Аналитическая химия". В аналитической практике есть много реакций, которые идут слишком медленно. Например при фотометрическом определении хрома(III), его реакция с фотометрическим реагентом (для получения окрашенного соединения) при комнатной температуре длится около 60 часов (99% виход окр. соед.). На практике для ускорения реакции раствор ставят в кипящую водяную баню - в таком случае достаточно 20-30 мин. Но и это слишком много и анализ малоэкспрессен. Кроме того нагревание ускоряет все реакции, в т.ч. и нежелательные - это неселективный способ активации. Растворы у нас только водные и аналитические реакции идут между ионами, т.е. заряженными частицами. Поэтому возникла идея переменнотоковой активации таких реакций. В раствор погружают два плоских платиновых электрода (большой площади) и пропускают переменный ток (1-5 А, напряжение на электродах +-15 В). Оказалось, что такой способ даже эффективней, чем нагревание (хотя при этом раствор также существенно нагревается - до 55-60 оС). Мы объясняем такую активацию так: пропускание переменного тока (десятки и сотни кГц) приводит к тому, что заряженные частицы (ионы) в приэлектродном слое начинают "вибрировать", увеличивают свою кин. энергию и частично освобождаются от молекул воды (в случае хрома, его инертность объясняют именно устойчивостью акваиона [Cr(H2O)6]3+. Для поиска оптимальных условий активации нужно подобрать оптимальную частоту тока. Поэтому возникла идея еще параллельно сделать маленькую установку с малюсенькими электродами и проверить зависимость проводимости наших растворов от частоты тока. В надежде на то, что будет корреляция (по частоте тока) между проводимостью раствора и эффективностью активации.

Эти работы только начинаются, пока есть только одна маленькая статья в университетском журнале и доклад на конференции.

 

А вы бы не могли мне порекомендовать литературу по мостовым схемам измерений? Или ссылочку на конкретные кондуктометры, которые работают на высоких частотах (до 1 МГц).

Благодарю за интерес к нашей работе.

[Tanya 4]

Если вам действительно интересно, то вкратце раскажу в чем состоит наша работа. Исследования (и сама работа) по специальности "Аналитическая химия".

Благодарю за интерес к нашей работе.

Отвечу Вам позже лично, так как эта тема мало кого тут интересует. Идеи Ваши (Вашего руководителя?) кажутся мне неправильными... Поэтому, как Мне кажется, и измерять то, что Вы хотите измерять, не нужно...

[Electrovoicer 0]

для Титратора по методу Карла Фишера разрабатывал кондуктометр на базе AD736. был источник переменного синусоидального тока для компенсации эффектов двойного слоя и 736 измерял падение напряжения на паре электродов.

мог бы дать кусок схемы. в 1% по точности укладывалось на частотах нескольких килогерц

 

на LT1967 можно рассчитывать на сотни килогерц

 

а Вы не думали в сторону применения потенциостата? появятся довольно широкие возможности по удержанию раствора в состоянии заданного ионного баланса путем регулирования потенциала на электроде сравнения

[Patsay 0]

для Титратора по методу Карла Фишера разрабатывал кондуктометр на базе AD736. был источник переменного синусоидального тока для компенсации эффектов двойного слоя и 736 измерял падение напряжения на паре электродов.

мог бы дать кусок схемы. в 1% по точности укладывалось на частотах

 

а Вы не думали в сторону применения потенциостата? появятся довольно широкие возможности по удержанию раствора в состоянии заданного ионного баланса путем регулирования потенциала на электроде сравнения

 

Буду очень благодарен за схему! А у Вас источник (генератор) какую частоту имел?

 

По второй части Вашего сообщения - я не совсем понял... При чем тут электрод сравнения? У нас просто пара платиновых электродов для измерения электропроводности раствора.

[Electrovoicer 0]

я имею в виду то, что можно с помощью потенциостата и трехэлектродной схемы "загонять" раствор в состояние с нужной концентрацией ионов.

 

генератор был на пару килогерц, точно уже не помню. вряд ли моя схема Вам подойдет, она для гораздо более медленных процессов была задумана