Высокочастотная электрохимическая ячейка Советский патент 1990 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к электроаналитическому приборостроению и предназначено для изучения природы электродных процессов.импеданс-вольт- амперными методами.

Целью изобретения является расширение класса исследуемых объектов и повышение информативности измерений.

На фиг. 1 представлена высокочастотная электрохимическая ячейка, общйй вид; на фиг. 2 - дажимной контакт; на фиг. 3 - измерение импедан- са, ячейки.

Высокочастотная электрохимическая ячейка содержит сосуд 1 с электролитом, в который погружен вспомогательный электрод 2, рабочий электрод 3, контейнер Ц с капилляром 5, электропроводящий стакан 6, измерительную цепь 7, сэлектрический экран П, содержащий внутреннюю 9 и внешнюю 10 со- .общающиеся осевые полости и внутреннюю кольцевую полость 11, расположенную коаксиально к внутренней осевой полости 9, зажимной контакт 12, крышку 13, магнитопровод И с обмоткой 15.

Рабочий электрод 3 первым своим концом помещен в контейнер k, снабженный со стороны электролита капилляром 5. Внутри электропроводящего стакана 6 расположены электроизолированно от него измерительная цепь 7 и электрический экран 8. Второй конец рабочего электрода 3 помещен во внутреннюю осевую полость 9 экрана 8с выходом во внешнюю осевую полость 10, где. через зажимной контакт 12 соединен с. общей точкой (.) измерительной цепи 7. Контейнер поджат к электрическому экрану 8 крышкой 13, соединенной со вспомогательным электродом 2, расположенным коаксиально по отношению к рабочему электроду 3. Крышка 13 закреплена на- наружной поверхности стакана 6 посредством резьбового соединения. Во внутренне.й кольцевой полости 11 расположен кольцевой магнитопровод U с обмоткой 15, соединенной с токовым входом (Т) измерительной цепи 7, потенциальный вход (П) которой соединен с электропроводящим стаканом 6.

Зажимной -контакт 12 (фиг. 2) содержит охватывающие второй конец рабо- чего электрода 3 кулачки 16 и напра.в- ляющую трубку 17, расположенную в резьбовом отверстии внешней осевой полости экрана 8с возможностью вра- щательно-поступательного перемещения и поджатия к кулачкам 16. Внутри нап-,

равляющей трубки 17 расположен шток 18, прикрепленный к второму концу рабочего электрода 3.

Перед проведением измерений проводится подготовка ячейки к работе. Для этого предваритель.ио, сняв крышку 13, устанавливают контейнер /4 с рабочим электродом 3 и прикрепленным

20

25

30

35

40

45

50

55

10

15

0

5

0

5

0

5

0

К нему штоком 18. Шток 18 и второй конец рабочего электрода 3 пропускают во внутреннюю осевую полость 9 экрана 8 через кулачки 16, расположенные во внешней осевой полости 10, в направляющую трубку 17, Затем крышку 13 с закрепленным на ней вспомогательным электродом 2 навинчивают на стакан 6, который фиксируется в сосуде 1. Вследствие этого в свободном пространстве между вспомогательным электродом 2 и контейнером k создается давление, способствующее заполнению капилляра 5 электролитом. Чтобы в капилляре 5, имеющем длину примерно 2 мм и диаметр порядка 0,15 мм, не остались пузырьки воздуха, свободным концом штока 18, выдвинутым из направляющей трубки 17, сообщают возвратно-поступательное движение рабочему электроду 3. Убедившись, что пузырьки воздуха отсутствуют, ввинчивают направляющую труб- ку 17, поджимая при этом кулачки 1б зажимного контакта 12 к рабочему электроду 3 и экрану 8, создавая при этом надежный электрический контакт между рабочим электродом 3 и экраном 8. После этого рабочий 3 и вспомогательный 2 электроды подключают к цепи, состоящей из последовательно включенных источников гармонического (частота 50 Гц) и постоянного напряжений, и в капилляре 5 растят свободный от дислокаций монокристалл. Затем производят измерения импеданс-вольтамперных характеристик ячейки между вспомогательным 3 и рабочим 2 электродами. Эти измерения используют для определения природы электродных процессов.

Электрохимическая ячейка содержит сосуд 1 с электролитом, в который погружены рабочий 3 и вспомогательный 2 электроды. Рабочий электрод 3 с прикрепленным к нему штоком 18 пропущен через-, кольцевой магнитопровод 14 и подключен через зажимной контакт 12 к общей точке измерительной цепи 7. К электропроводящему стакану 6, соединенному с вспомогательным электродом 2, и общей точке подключен внешний генератор 19 гармонических колебаний. Вход высокочастотного измерителя 20 -напряжения подсоединен между вспомогательным . электр одом 2 и о)щей точкой измери- - тельной цепи 7. Вход высокочастотного

16

измерителя 21 тока подключен к обмотке 15 магнитопровода 1A.

Измерение импеданса участка ячейки между вспомогательным и рабочим элект родами производят следующим образом.

Напряжение .генератора 19 гармонических колебаний U прикладывается между вспомогательным электродом 2 и общей точкой измерительной цепи. Протекающий при этом через рабочий электрод ток равен

Р Ток

Uh Я

IP воспринимается обмоткой 15 магнитопровода Ц подключенной к входу высокочастотного измерителя 21 тока, который формирует на своем выходе сигнал

Kj-f fUi/.e-- /Ui/,(1)

UT К

где К j. - коэффициент преобразования

тока IP в напряжение; - фазовый сдвиг вектора U... Приняв вектор IJj за начало фазового отсчета векторов, имеем ,. 0. Напряжение, снимаемое с участка вспомогательный электрод 2 - рабочий электрод 3 - общая точка, равное 0, , воспринимается высокочастотным измерителем 20 напряжения, который формирует на выходе напряжение

Up, К

го

Je;

(2)

К

20

коэффициент передачи узла 20,

( фазовый сдвиг вектора напряжения и относительно вектора напряжения ДГ.

и И, описываемые

Напряжения

выражениями (1) и (2), используются в дальнейшем для определения компонентов импеданса Z. Так, например, для определения ( 7, ( и фазового угла Cpjj импеданса используют соотношения

.. /uJ

Кг

1,/. IV,г к,

где К - const-.

q) - фазовый сдвиг между составлякхцими импеданса Zj, который при ц) О равен(..|

Для исключения влияния импеданса вспомогательного электрода 2 на результаты измерений Z/, его поверх0

5

0

5

0

ность выбирают на несколько порядков большей поверхности рабочего электрода.

По сравнению с проГотипом, предложенная высокочастотная электрохимическая ячейка позволяет рас1иирить класс исследуемых электрохимических объектов и повысить информативность о природе протекающих в них процессов вследствие обеспечения возможности проведения измерений импеданс- вол ьтамперных характеристик непосредственно на границе монокрйсталличес- кий электрод - электролит. Наряду с этим, предложенная электрохимическая ячейка может быть использована и для изучения свойств границы поликристаллический электрод - электролит. В последнем случае диаметр капилляра должен соответствовать диаметру рабочего электрода.

Формул

изобретения

Высокочастотная электрохимическая ячейка, содержашая сосуд, закрепленный в нем электропроводящий стакан, внутри которого расположена электро- изолировано от него электрическая измерительная цепь, соединенная своим потенциальным входом с электропроводящим стаканом, общей точкой - с магнитным экраном, а токовым входом с катушкой, намотанной на кольцевом магнитопроводе, помещенном во внут- реннюю кольцевую полость магнитного экрана, образованную внутренней поверхностью стенок экрана и бокбвой поверхностью осевого стержня экрана, рабочий электрод, электропроводящую крышку; закрепленную на наружной поверхности стакана и имею1цую в донной части осевое отверстие, коакси- ально которому на наружной поверхности крышки укреплен вспомогатель- ный электрод, отличающая- с я тем, что, с целью расширения класса исследуемых объектов и повышения информативности измерений, агнитный экран содержит дополнительМО внешнюю и внутреннюю осевые сообщающиеся полости, последняя из которых расположена внутри осевогб стержня экрана, в этой полости расположен рабочий электрод, помещенный первым своим концом в электроизоляционный контейнер, снабженный в своей донной части капилляром, контейнер опирается на крышку и размещен в ее осевом отверстии, второй конец рабочего электрода с прикрепленным

к нему штоком пропущен во внешнюю осевую полость экрана, где электрически соединен с экраном посредством зажимного контакта, содержащего кулачки, охватывающие второй конец рабочего электрода, и направляющую трубку, расположенную в резьбовом отверстии внешней осевой полости экрана с возможностью вращательно-пос- тупательного перемещения и поджатия к кулачкам.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и предназначено для изучения процессов роста и растворения монокристаллов, главным образом, по результатам измерений импеданса (комплексного сопротивления) границы электрод-электролит в широкой области частот. Целью изобретения является расширение круга анализируемых объектов ячейки. Указанная цель достигается тем, что электрохимическая ячейка, содержащая сосуд с электролитом, в который погружены вспомогательный и рабочий электроды, дополнительно снабжена электропроводящим стаканом, внутри которого расположены электроизолированно от него измерительная цепь и электрический экран, имеющий три полости, две из которых осевые и сообщающиеся, а третья расположена коаксиально с первой, второй конец рабочего электрода помещен в первую осевую полость экрана с выходом во вторую осевую полость, где посредством зажимного устройства соединен с общей точкой измерительной цепи, а контейнер поджат к экрану крышкой, закрепленной на наружной поверхности стакана и соединенной со вспомогательным электродом, расположенным коаксиально по отношению к рабочему электроду, в третьей полости расположен кольцевой магнитопровод с обмоткой, соединенной с токовым входом измерительной цепи, потенциальный вход которой соединен с электропроводящим стаканом. Кроме того, зажимное устройство содержит кулачки, охватывающие второй конец рабочего электрода, и направляющую трубку, расположенную в резьбовом отверстии второй осевой полости электрического экрана с возможностью перемещения и поджатия к кулачкам. 3 ил.

9иг.1

Фиг. 2.

L.

)

.J