Устройство для контроля потенциостатических приборов Советский патент 1988 года по МПК G01N27/48 

(21)3993081/31-25

(22)23.12.85

(46) 07.09.88. Бюл. № 33

(71)Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. М.К.Янгеля

(72)А.И.Бых, В.М.Головенко, А.В.Кукоба и Н.Н.Рожицкий

(53)543.25(088.8)

(56) Авторское свидетельство СССР № 697903, кл. G 01 N 27/48, 1979.

Авторское свидетельство СССР, № 1022036, кл. С 01 N 27/48, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОТЕНЦИ- ОСТАТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ .

.(57) Изобретение относится к средствам метрологического обеспечения и может быть использовано для поверки, градуировки и испытаний потенциоста- :тйческой аппаратуры. Поставленная

цель - расширение функциональных возможностей контрольного устройства достигается введением в цепь обратной связи комплексных сопротивлений, активная и реактивная составляющая которых варьируется в широких пределах. Вход усилителя подключен к функциональному преобразователю через повторитель напряжения, что позволяет устранить влияние входного сопротив- ления усилителя и точно дифференцировать различные составляющие трка. Устройство позволяет воспроизводить любые процессы, протекающие при по- тенциостатическом электролизе, а также иссл:едовать переходную и вольт- амперную характеристики любого, электрохимического Цемента. 1 з.п. ф-лы, 2 Ш1.

W

4 t4D Is

iNd

IND

; Изобретение относится к средствам м,етрологического обеспечения потенци- йстатической аппаратуры, а также спе- 14иализированных устройств возбуждения с Электрохемилюминесцентных элементов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможнЪстей устройства путем увеличения числа контролируемых параметров.10

i На фиг,1 показана функциональная фхема устройства для контроля потен- йостатических приборов} на фиг.2 - Принципиальная электрическая схема Ьлока комплексных сопротивлений, 15 j Устройство (фиг.1) содержит клем- Йы 1-3,, отвечающие соответственно ра- рочему и вспомогательному электродам И электроду сравнения трехэлектродной электрохимической ячейки (электрохе- 20 мш1юминесцентного элемента), согласу- ющий блок 4, содержащий резисторы 5 и 6, соответствующие сопротивлению объема электрохимической ячейки, и конденсатор 7, моделирующий емкость 25 войного электрического слоя на границе рабочий электрод - раствор, повторитель напряжения на операционном усилителе 8, служащий для развязки входной цепи н последующих блоков JQ стройства, резистор 9, соединяющий вход повторителя напряжения с инвер- тируюищм входом операционного усилителя 10 с резистором 11 в цепи отрицательной обратной связи (ООС),-блок 12 комплексных сопротивлений, подключенный параллельно резистору 11 обратной связи, инвертирующий преобразователь 13 напряжение - ток, являющийся потребителем тока от источника .Q входного сигнала.

Блок комплексных сопротивлений (фиг.2) содержит два включенных параллельно комплексных сопротивления, а именно две параллельно включенные -д длинные линии, нагруженные на волновое сопротивление, образованные П-об- разными симметричными звеньями цепной схемы с элементами G , L и G j, R j, L соответственно. Резисторы G , и С задают погонную проводимость (утечку) первой и второй линий соответственно, а резисторы R /j - погонное сопротивление второй линии. Индуктивности L и L; задают погонную индуктивность

55

первой и второй линий соответственно.

Устройство работает следующим образом.

0

5 0 5 Q Q

5

При контроле возбуждающего генератора в режиме работы с электрохимической (или электрохемилюминесцент- ной) ячейкой с двумя электродами f клеммы 1 и 2 устройства подключают к соответствующим гнездам генератора возбуждения, а клемма 3 остается свободной. При этом к устройству подводят ступеньку поляризующего напряжения Up(t)5 вызьшающего протекание полного тока I, который измеряется индикаторным устройством возбуждающего генератора. Как и в реальном элементе, этот ток создает падение напряжения на сопротивлении резисторов 5 и 6 так, что электродный потенциал оказывается меньше поляризующего напряжения. Как и в реальной ячейке, этот ток состоит из емкостной 1. и фарадеевской (активной). 1 компонентов.

Электродный потенциал lip(t) прикладывается к входу повторителя напряжения, который должен/ обладать высоким входным сопротивлением, чтобы можно пренебречь его входным током, благодаря чему он не вызывает непосредственного влияния на фарадеевс сую составляющую тока 1ф. На выходе One рационного усилителя 10 с ООС, состоящей из блока 12 комплексных сопротивлений .и резистора 11, формируется напряжение, пропорциональное фарадеевской составляющей тока 1ф. Пре- об()азователь 13 напряжение - ток с коэффициентом преобразования К пр приводит ток ,((, к реальному масштабу, инвертирует,его и обеспечивает необходимое выходное сопротивление. Коэффициент преобразования К пр моделирует число электронов п, скорость прямого электродного процесса К,, и концент|)ацию деполяризатора (органо- люминофора) А.

После зарядки конденсатора 7 емкостной ток 1с отсутствует, а полный ток цепи обусловлен током 1ф, отражая пов едение фарадеевской компоненты тока в реальном электрохимическом (электрохемилгоминесцен ном) элементе.

При контроле генератора возбуждения, содержащего потенциостат в режиме работы с трехэлектродной ячейкой, устройство работает аналогично за исключением того, что кроме клемм 1 и 2 к генератору подключают клемму 3, соответствуюшую электроду сравнения. Перемещение подвижного контакта

3U

резистора 6 эквивалентно перемещению электрода сравнения относительно рабочего электрода в реальной ячейке.

Параметры первой и второй линий ответственны за соотношение скоростей прямой и обратной гетерогенных реакций с-переносом электрона и коэффициентами диффузии продуктов и реагентов электролиза. Отношение погон- ных значений сопротивления R т. к индуктивности L второй линии моделирует скорость последующей химической (электрохемилюминесцентной) реакции К.. Число переносимых электронов, еко- рость прямого электродного процесса .и концентрация деполяризатора модели- .руются электродным потенциалом и коэффициентом преобразования напряжения в ток,- Если в устройстве Rj О, оно моделирует основное уравнение потент циостатического метода изучения электрохимических процессов.

Полное отключение второй линии позволяет моделировать процессы в элементе, когда возбуждающее напряжение достаточно для протекания только пря мой реакции. Если устремить величину сопротивления резистора к бесконечности, можно реализовать схему замещения для предельного тока через электрохимическую ячейку.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет воспроизводить любые процессы, протекающие при потен- циостатическом электролизе, а также исследовать переходную и. вольтампер

5

5

0

5

22

ную характеристики любого электрохи- MH4eQKoro элемента, к которому прилагается ступенька напряжения, Формула изобретения

1,Устройство для контроля патен- циостатических приборов, содержащее согласунщий блок с тремя входными клеммами для присоединения прибора и операционный усилитель, через преобразователь напряжение ток соединенный с выходом согласующего блока, отличающееся тем, что с целью расширения функциональных возможностей, в него введены блок комплексных сопротивлений и повторитель напряжения, выполненный на втором операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с выходом согласующего блока, а выход через сопротивление подключен к инвертирующему входу первого операционного усилителя, причем блок комплексных сопротивлений подключен параллельно сопротивлению в цепи отрицательной обратной связи первого операционного усилителя, .

2,Устройство поп,1,отлича- ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона динамических измере- НИИ, блок комплексных сопротивлений содержит по крайней мере два включенных параллельно комплексных сопротивления, выполненных в виде П-образных симметричньЕх: звеньев.

Цзиг.1