Устройство для измерения электрохимического потенциала активности ионов в растворах Советский патент 1985 года по МПК G01N27/50 

Изобретение относится к устройст вам, гфименяемым в эпектрокиьти, и может быть использовано для изме рения электрохимического потенцис1ла активности ионов в растворах. Цель изобретения - уменьшение длительности измерения при переключениях с одного измерительного канала на другой путем ограничения токов поля:ризаи;ии. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения электрохимического потенциала активности ион в растворах; на фиг. 2 - эквивалент ная схема прототипа для случая двух канальной системы, на фиг, 3 - эквивалентная схема устройства для из мерения электрохимического потенциа ла активности ионов в растворах. Устройство для измерения электро химического потенпиала активности ионов в растворах состоит из электрохимических ячеек с 1ндикаторными электродами 1, нормальных элементов 2, коммутатора 3, высокоомного согласующего преобразователя (ВС) 4, реле 5 с перекидным контактом, цифрового вольтметра (ЦВ) 6, интерфейса 7 и электроттно - вь)числительной машины (ЭВМ) 8. Индикаторные электроды 1, помеще ные в электрохимические ячейки нормальньЕх элеменчой 2, подсоединены к входам коммутатора 3, выход которог подсоединен к входу высокоомного согласующего преобразователя 4 с ко эффициентом передахш по напряжению равным единице, выход которого соед нен с нормальным замкнутым выводо1 1 перекидного контакта реле 5,общий вывод перекидного контакта которого подан на вход ЦВ 6, кодовым выходом подсоединенный через интерфейс 7 к управляющей через интерфейс 7 коммутатором 3 и реле 5. Устройство работает следующим образом. Управляющим сигналом от интерфей 7 измеряемы - потенциал, например от индикаторного электрода 1, через коммутатор 3 подается сначала на ВС- 4, которьп заряжает входную ем кость ЦВ 6 до потенциала, равного измеряемог у, с точностью погрешност передачи по напряжению ВС 4 (контак реле 5 находится в исходном состоянии) . Затем от сигнала интерфейса 7 срабатьгоает pejie 5 и измеряемый потен 092 циал с электрода 1 подается непосредственно на вход ЦВ 6 через контакт реле 5 и измеряется с точностью, опреде-пнемой погрешностью ЦВ 6. Затем сигналом от интерфейса 7 контакт реле 5 приходит в исходное положение. Измерение потенциала с любого другого электрода или нормальных элементов 2 проходит аналогично. Рассмотрим эквивалентную схему прототипа для случая двухканальной системы при переключении с измерения потенциала Е на измерение Е, (фиг. 2). Входное сопротивление ЦВ Rв имеет значение порядка 10 Ом. Величины EJ и Е могут отличаться друг от друга на-величину порядка вольта, в этом случае постоянная времени переходного процесса определяется, в основном, величиной -йх эЛ) Дб &)1 входная емкость ЦВ, внутреннее сопротивление электродной системы с потенциалом Ер Время перезарядки емкости разомкнутого контакта реле С во внимание не принимается, так как в реальных условиях С Cg.. Кроме того, начальньм ток через правую электродную систему опред.еляется выражением --Сг), что, исходя из реальных соображении, может иметь значение и больше (R, 0 Ом). Рассмотрим,как ведет себя при аналогичных условиях описанное устройство (фиг. 3). Здесь С gj( и Rjjx соответственно входная емкость и входное сопротивление ВС. Время измерения в этом случае определяется двумя переходными процессами, что слсглует из описания работы устройства. Цостоянная времени заряда входной емкости ВС определяется величиной Сд R,, (3) , а начальный ток аналогичен с прототипом (см. (3). Время зарядки С рд токами от ВС определяется величиной Rgbix Сц (4) . Постоянная времени второго такта измерения - процесса точного измерения (обмотка реле 5 под управляющим напряжением и измеряемый потенциал подан на ЦВ непосредственно) - выглядит как Cgj, Кэ1 (5), начальный ток через электродную систему выглядит как - (6) , где на Д - погрешность передачи ВС по напряжению. Во всех рассуждениях считаем, что введение 3 . 11 в схему Ср и Ср емкостей разомкнутых контактов реле 5 вклад во времен ные характеристики процессов не дают, так как на выводах перекидного контакта во всех фазах измерения дежурят потенциалы, различающиеся на величину .порядка л , которая в реальных условиях, например в случае исполнения ВС на дифференциальном операционном усилителе типа 284УД1А, 544УД1А и т.п., имеет значе ние порядка 1 мВ. В с.уществующих цифровых вольтметрах, работающих с фильтрами на входе, входная емкость имеет величины порядка 10 О, независимо от того, что за фильтр используется - компенсационный, пассивный или активный фильтр на операционном усилителе (ОУ). Для ОУ с полевыми транзистора.ми во входном каскаде входная емкость, определяемая входной емкос -тью полевого транзистора, колеблется от десятых долей пикофарады до 10 20 пФ, поэтому для исполнения ВС, играющего при измерениях вспомогател ную роль, с минимальной входной емкостью и высоким быстродействием наи более приемлемы дифференциальные . операционные усилителя (ДОУ) с полевыми транзисторами во входном канале, к примеру К284УД1А, К544УЛ1А и т.п. Кроме того, выходное сопротивление BCRgyj различными простейшими схемными решениями можно сделать порядка единиц Ом и ниже, поэтому значение величины Rg(,,.( С можно сделать одного порядка или меньше, чем зна- чение величины Cl.R,,. . Следовательно, выбором ВС можно на три порядка и вьш1е ограничить время j;пaдaния тока через электродную систему при переключении с канала на канал. Во время же точного измерения начальный ток по величине на.З 4 порядка меньше, чем в случае прототипа, и заметной поляризации не вызывает. Как показала практика поляризация электродной системы при переключениях в прототипе увеличивает время измерения до минуты и выше (ЦВ типа В7-28). Время измерения в описанном устройстве, несмотря на двухтактность измерения, не превышает в худшем случае величины 10-15 с (ВС выполнен на ДОУ К284УД1А, ЦВ типа В7-28).

(риг, 1

ЦВ

Св

И

Фие. 2

Фиё.Ъ