Хронопотенциометр Советский патент 1983 года по МПК G01N27/52 

(k) ХРОНОПОТЕНЦИОМЕТР

1

Изобретение относится к технике исследования электрохимических процессов и может быть использовано для измерения площади изделий перед нанесением электролитических покрытий, а также для анализа электролитов.

Известны хронопотенциометры, содержащие источник стабилизированного тока (гальваностат) , блок контроля и фиксации потенциала Cl1Известные хронопотенциографы позволяют пропускать через измерительный электрод стабилизированный ток и измерять время достижения электродом заданного потенциала (переходное время). При измерении переходного времени с помощью таких хронопотенциографов возникает погрешность из-за наложения на электродный потенциал омической составляющей падения напряжения в электролите на участке между измерительным электродом сравнения. Эта погрешность искажает результат измерения при работе ; на больших токах, а также в элект ролитах с низкой электропроводностью, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является хронопотенциометр, содержащий гальваностат, связанный с измерительным и вспомогательным электродами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, соединенный со счетчиком

10 времени, и блок компенсации омической составляющей, содержащий дифференциальный усилитель. Блок компенсаций содержит компенсационное сопротивление, включенное в цепь изме15рительного электрода, и два усилителя. К входу первого усилителя подключено компенсационное сопротивление, а выход второго соединен с измерительным электродом. При достиже20нии электродом заданного потенциала срабатывает компаратор, входящий в . блок фиксации потенциала, и хронопотенциометр переключается на другой режим работы. Компенсация омимеской составляющей осуществляется следующим образом. Ток, протекающий мерез компенсационное сопротивление, создает на нем падение напряжения, рав ное омическому в электролите. Это напряжение при помощи дифференциаль ных усилителей вычитается из потенциала измерительного электрода, взя того относительно электрода сравнения Г20. Установка величины компенсационного сопротивления осуществляется вручную с контролем по осциллографу Поскольку величина омической состав ляющей зависит от многих факторов, в том числе от формы и взаимного расположения электродов, указанную операцию необходимо повторять при каждом измерении, что снижает производительность труда при массовых измерениях и является недостатком известного прибора. Цель .изобретения - повышение про изводительности труда при массовых хронопотенциометрических измерениях в однотипных электрохимических системах, например, при хронопотенциометрическом анализе. Поставленная цель достигается те что в хронопотенциометре, содержащем гальваностат, соединенный с измерительным и вспомогательным элект родами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, соединенный со счетчиком времени, и блок ,компенсации омической составляющей, содержащий дифференциальный усилитель, блок компенсации снабжен дополнительно запоминающим устройство соединенным с электродом сравнения и с одним из входом дифференциального усилителя, другой, вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с блоком фиксации потенци ла, при этом запоминающее устройств соединено с гальваностатом через линию задержки. Запоминающее устройство выполнено в аналоговой или цифровой форме. В первом случае оно содержит усилитель, ключ и емкость, причем вход усилителя соединен с электродом сра нения, выход через ключ - с емкость и дифференциальным усилителем, а ключ соединен через линию задержки с гальваностатом. Во втором случае запоминающее устройство содержит регистр, аналого-цифровой и цифро81аналоговый преобразователи, причем регистр соединен через аналого-цифровой преобразователь с электродом сравнения, через цифро-аналоговый преобразователь - с дифференциальным усилителем и через линию задержки с гальваностатом. Введение в блок компенсации омической составляющей запоминающего устройства, выполненного в аналоговой или цифровой форме, и его связь с гальваностатом через линию задержки обеспечивает запоминание потенциала через 10 -10 с после включения тока, т.е. запоминание непосредственно омической составляющей. Запоминающее устройство позволяет сохранить величину омической составляющей до конца измерения. Поэтому устраняется имеющаяся в прототипе необходимость непрерывно снимать сигнал, пропорциональный омической составляющей, с компенсационного сопротивления , величина которого определяется и устанавливается вручную перед каждым измерением. В предлагаемом решении учитывается тот факт, что сила тока в процессе измерения не меняется, поэтому величина омической составляющей, зафиксированная в запоминающем устройстве, остается постоянной до нца измерения. Погрешность определения омической составляющей, связанная с заряжением двойного слоя, для простых электрохимических систем может быть определена по формуле л J-t 1с где 3 - плотность тока; t - время; С - удельная емкость двойного Эта формула позволяет выбрать верхний предел времени запоминания . Нижний предел определяется быстродействием гальваностата. В тех случаях, когда не представляется возможным оценить емкость двойного слоя, погрешность может быть определена с помощью осциллографа. Емкостъ двойного слоя для однотипных электрохимических систем меняется незначительно, поэтому нет необходимости определять ее перед каждым измерением, достаточно проделать эту операцию один раз для данной системы. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого хрснопотенциометра; на фиг. 2 - запоминающее устройство выполненное в аналоговом виде; на фиг. 3 то же, в цифровой форме. Хронопотенциометр содержит гальваностат 1, соединенный с измерител ным (ИЭ) и вспомогательным (ВЭ) элек родами электрохимической ячейки (Я) Блок 2 фиксации потенциала, обеспечивающий фиксацию потенциала в пределах 0,01-2,00 В, соединен со счет чиком 3 времени, обеспечивающим отсчет времени в пределах 0,01-99,99 Блок 4 компенсации омической состав ляющей содержит запоминающее устрой ство 5, соединенное с электродом сравнения (ЭС) и с одним из входов дифференциального усилителя 6, входящего в этот же блок. Другой вход усилителя 6 соединен с электродом сравнения, а выход - с блоком 2 фик сации потенциала. Запоминающее устройство S связано с гальваностатом Iчерез линию 7 задержки. Запоминающее устройство 5 выпол ненное в аналоговом виде, содержит высокочастотный (не менее 10 МГц) усилитель 8, вход которого соединен с ЭС, а выход через электронный ключ 9 с емкостью 10. Ключ 9 соединен с гальваностатом 1 через лини 7 задержки, а емкость 10 - с одним из входов дифференциального усилителя 6. В запоминающем устройстве 5« выполненном в цифровой форме, регистр I1памяти соединен с электродом сра внения через аналого-цифровой преоб разователь 12, с одним из входов ди ференциального усилителя 6 через цифро-аналоговый преобразователь 13 а с гальваностатом 1 - через лини1р задержки. Хронопотенциометр работает следующим образом. Включается гальваностат 1, поддерживающий заданный ток между ИЭ и ВЭ. При выполнении запоминающего устройства 5 в аналоговом виде (фиг. 2} через усилитель 8 заряжает ся емкость 10, отслеживая потенциал ИЭ относительно ЭС. Через 10 -ТО с после включения гальваностата ) сигнал через линию задержки поступает на электронный ключ 9, который разрывает цепь заря да емкости 10. Напряжение на емкости 10 сохраняется практически неизменным до конца измерения, т.е. осу щectвляeтcя запоминание омической составляющей. Снижение напряжения на емкости за время измерения превышает 1 и определяется входным сопротивлением дифференциального усилителя 6. Если запоминающее устройство 5 выполнено в цифровом виде ,(фиг. 3) запоминание потенциала измерительного электрода относительно электрода сравнения осуществляется в регистре 11 через 10 -10 с после включения гальваностата 1 по сигналу, поступившему через линию 7 задержки. Эта величина сохраняется в регистре 11 до поступления нового сигнала, т.е. до следующего измерения. На дифференциальном усилителе 6 осуществляется вычитание омической составляющей, зафиксированной в запоминающем устройстве 5, из общей величины электродного потенциа;:а, и с выхода дифференциального усилителя 6 сигнал поступает на блок 2 фиксации потенциала. По достижении измерительным электродом заданного потенциала блок 2 фиксации потенциала отключает гальваностат 1 и останавливает счетчик 3 времени, включенный одновременно с гальваностатом. Время, зафиксированное счетчиком 3 времени, является переходным временем, которое используют затем для определения концентрации электролита, площади электрода или других характеристик процесса. Применение предлагаемого хронопотенциометра позволяет расширить область применения хронопотенциометрии благодаря повышению производительности процесса измерения. Формула изобретения 1. Хронопотенциометр, содержащий гальваностат, .соединенный с измерительным и вспомогательным электродами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, содиненный со счетчиком времени, и блок компенсации омической составляющей, содержащий дифференциальный усилитель, о тличающийся тем, что, с целью повышения производительности труда при массовых хронопотенциометрических измерениях в однотипных электрохимических системах, блок компенсации омической составляющей дополнительно снабжен запоминающим устрой ством, соединенным с электродом срав нения и с одним из входов дифференциального усилителя, другой вход которого соединен с электродо м сравнения, а выход - с блоком фиксации потецкала, при этом запоминающее устройство соединено с гальваностатом через линиюзадержки. 2. Хронопотенциометр по п. 1, отличающийся тем, что запоминающее устройство содержит-уси литель, ключ и емкость, причем вход усилителя соединен с электродом : :равнения, выход через ключ - с емкостью и дифференциальным усилителем, а ключ соединен через линию задержки с гальваностатом. I 3. Хронопотенциометр по п. 1, отлИ чающийся тем, что запоминающее устройство содержит регистр, аналого-цифровой и Цмфроаналоговый преобразователи, причем регистр соединен через аналого-цифровой преобразователь с электродом сравнения, через цифроаналоговый преобразователь - с дифференциальным усилителем и через линию задержки с гальваностатом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Раннев Г.Г. Хронопотенциограы. М., Энергия, 1979, с. 5«-б2. 2.Алексеев В.Н., Кнот Л.Н., Эршлер А.Б. Многофункциональные хронопотенциометры. - Электрохимия, 1976, т. 12, вып. 10, с. (прототип) .

Фиг.1

х

/

lfflOi.6

11

/

Н9С

Нпо.7 Фиг2

11

/3

У

/

ff/mff

Нпоу. 7 Фиг.д