Как скорректировать измерения импеданса при использовании более длинных кабелей или испытательного приспособления (серия «Основы электрохимии»)

29 апр 2022г.

В ходе проведения электрохимической импедансной спектроскопии (ЕИС) происходит регистрация вклада в показатель всех элементов цепи между откалиброванным прибором и тестируемым устройством. 

Поэтому, например, если исследование проводится с использованием тестового стенда или удлиненным кабелем между проводами и подключенным устройством, это может привести к заметному влиянию на полученные результаты паразитных компонентов (емкости, сопротивления либо индуктивности), не связанных непосредственно с объектом проведения экспериментов.

Программное обеспечение EC-Lab® и BT-Lab® позволяет провести анализ этих данных и нивелировать влияние помех, возникших по этим причинам в ходе постпроцессиноговой обработки данных.

 

Инструмент анализа компенсации в программах

Рис. 1: Инструмент анализа компенсации в программах EC-Lab® и BT-Lab®

 

Провести более точные замеры позволяет использование четырехточечного соединения вместо двухточечного. Но это не позволит избавиться от паразитных емкости с индуктивностью, причиной появления которых являются элементы, расположенные между тестируемым устройством и откалиброванным измерительным прибором.

Если устройство откалибровано после подключения стандартного кабеля, а тестируемое изделие подключено к выводам напрямую, постизмерительная компенсация будет бессмысленна. Этот метод анализа и компенсации помех полезен только для устранения тех помех, что не были скомпенсированы при калибровке.

Например, инструменты, основанные на VMP3, VMP-300 и BCS-800 калибруются до конца комплектных кабелей. Калибровка MTZ-35 осуществляется только для подключений на передней панели. Это значит, что данные от каждого использованного кабеля или держателя образца должны быть обработаны программным инструментом анализа компенсаций.

 

Инструмент для анализа компенсаций

Для проведения анализа с помощью этой программы потребуется от 1 до 3 дополнительный файла данных:

  • Разомкнутой цепи;
  • Короткого замыкания (опционально);
  • Нагрузки цепи (опционально).

 

Интерфейс инструмента анализа компенсации

Рисунок 2: Интерфейс инструмента анализа компенсации.

 

Эти файлы будут использованы в качестве базовых для процесса компенсации. Эксперименты должны проводится с одинаковыми настройками и оборудованием, должно быть удалено только исследуемое устройство.

Для эксперимента с разомкнутой цепью питание и датчики каждого полюса должны быть закорочены, а полюса нужно отсоединить друг от друга. Для эксперимента с коротким замыканием полюса нужно соединить при помощи медного стержня. Его сечение должно быть достаточно большим, что бы им можно было пренебречь. В любом случае расстояние между полюсами должно быть того же размера, что и ячейка.

 

Соединения для файла Open Circuit (слева) и для файла Short Circuit (справа)

Рисунок 3: Соединения для файла Open Circuit (слева) и для файла Short Circuit (справа).

 

Эксперимент с разомкнутой цепью позволяет паразитные емкости, а с коротким замыканием – нивелировать влияние паразитных индуктивности и сопротивления.

 

Пример ЕИС на высокоимпедансной керамике с применением кабелей UKC или CESH

Электрохимическая импедансная спектроскопия проводится с использованием методики PEIS, кабеля сверхнизкого тока (ULC) на VMP-300 и CESH. После завершения исследования керамика из CESH удаляется. Затем проводятся эксперименты с разомкнутой цепью и коротким замыканием, необходимые для компенсации помех.

 

Сравнение необработанных данных (синий) и данных после компенсации (красный)

Рисунок 4: Сравнение необработанных данных (синий) и данных после компенсации (красный).

 

Параллельно с образцом помехи может внести, и паразитная емкость, возникающая в CESH. В этом случае выявить паразитную емкость интерфейса подключения можно использовав ZFit. Для этого в качестве эквивалентной схемы используют «C1/R1».

 

Устранение паразитных индуктивности и сопротивления при использовании длинного кабеля

Измерения выполняют с помощью GEIS на резисторе с сопротивлением 1,1 Ом. Используется два типа настроек:

  • Резистор подключают напрямую к усилителю канала VMP-300.
  • Проводятся замеры с использованием предыдущей конфигурации, к которой добавляют двужильный удлинительный кабель длиной 2,5 м.

Для ячеек с низким импедансом, таких как резистор на 1,1 Ом предпочтительным методом исследования является GEIS, так как методика PEIS в этом случае будет обладать рядом серьезных недостатков.

После завершения измерений информация, полученная с использованием удлинительного кабеля 2,5 м проходит постпроцессинговую обработку, что позволяет компенсировать как паразитное сопротивление, так и индуктивность. При необходимости результаты можно представить в виде графика.

 

График зависимости от f на резисторе

Рисунок 5: |Z| График зависимости от f на резисторе 1,1 Ом с использованием стандартного кабеля (синий),
удлинительного кабеля 2,5 м (красный) и удлинительного кабеля 2,5 м после компенсации (зеленый)

 

Нужно отметить, что ячейка резистивна только на низких частотах, на которых сопротивление полностью компенсировано. На высоких частотах на графике хорошо видна возникающая паразитная индуктивность. Так как кривые (синяя и зеленая) полностью перекрываются друг другом, это свидетельствует о надежной компенсации помех, создаваемых удлинительным кабелем.

Эти данные были отфильтрованы при помощи Zfit. Эксперимент показал, что двужильный удлинительный провод длиной 2,5 м создал дополнительное сопротивление 88 мОм, а уровень паразитной индуктивности составил 1,31 мкГн.

Поделиться в соцсетях:

Связаться с нами

Если у Вас остались вопросы или вы хотите заказать
продукцию, просто заполните форму ниже

Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
  • г. Минск, 220 073, ул. Скрыганова, 14,
    помещение номер 23

  • +375 (17) 270-07-81

  • +375 (29) 626-19-06

  • info@ilpa-tech.ru

  • Связаться с нами