Предлагаемое устройство может быть применено В электрохимии для исследования межфазного слоя на границе твердого электрода с жидким раствором.
В известном устройстве для измерения зависимости поверхностного натяжения твердых электродов Б жидком растворе от потенциала связанное с ростом тока возрастание омических потерь В растворе при частоте кгц и выше соизмеримо с амплитудой переменного потенциала, которая, таким образом, перестает быть контролируемой величиной. Поэтому, если при частотах порядка 100 гц известное устройство позволяет регистрировать колебания поверхностного натяжения твердых электродов как в режиме заданного переменчого потенциала, так и в режиме заданного переменного тока, то при частотах выше кгц осуществим лишь режим заданного переменного тока, В котором постоянной поддерживается амплитуда тока, проходящего через электрод.
Целью изобретения является расширение диапазона частот.
Предлагаемое устройство отличается тем, что исследуемый электрод выполнен в виде двух одинаковых параллельных пластин, располол енных вертикально над уровнем раствора и подключенных к противоположным полюсам генератора периодического напряжения. Такое взаимное расположение пластин позволяет путем их сближения снизить сопротивление раствора, который в этом случае удерживается между пластинами силами капиллярного поднятия. Вертикальное расположение пластин над раствором снижает гидродинамическое сопротивление их колебаниям. Так как обе пластины из одного и того же материала и поддерживаются при одном и том же среднем потенциале, то подача периодической составляющей потенциала на пластины В противофазе приводит пластины в .механические колебания, совпадающие по фазе. Это усиливает колебания системы электрод - пьезоэлемент. причем обе пластины с прослойкой жидкого раствора между ними колеблются практически как одно целое.
Кроме того, указанное расположение пластин исследуемого электрода обеспечивает
0 эквипотенпиальпость каждой из пластин по переменной составляющей и позволяет включить В цепь генератора переменного напряжения блок отрицательного сопротивления, что необходимо для компенсапии сопротивления раствора между пластинами в том случае, когда используются разбавленные растворы электролита.
раллельных пластин / и 2, расстояние между которыми определяется толщиной прокладки 3 из диэлектрика, например стекла или тефлона. Прокладка 3 занимает только верхнюю часть иространства между нластинами и вместе с ними зажата в держателе 4, который через ребро 5 соединен с ньезоэлементом 6. Пьезоэлемент 6 закреплен во втулке 7 и вместе с нею заключен в экран 8. Держатель 4 касается иласти в центральной части их тыльной сторопы, чтобы не образовывалось капилляров, по которым раствор мог бы проникнуть в держатель. Зазор между иластинамн может быть установлеи и без помощи прокладки. В этом случае каждая из пластпп крепится к держателю / отдельно, например, отогнутым концом.
. Сосуд 9 заполнен раствором, в который погружены вспомогательный электрод 10 и электрод сравнения //. Эти электроды могут быть вынесены в отдельпые сосуды, сообщающиеся с основным сосудом через сифоны. Электроды 1 и 2 иодключены к противоположным клеммам вторичной обмотки трансформатора 12, установлеппого па выходе генератора 13 периодического нап.ряжеиия. Электроды 10 и // подключены к компенсатору 14, служащему для поддержания среднего потенциала пластин 1 к 2, равным нотенцналу, задаваемому генератором 15 линейно изменяющегося напряжения. В цепи вторичной обмоткн трансформатора 12 находится переключатель 16, служащий для введения в эту цеиь блока 17 отрицательного соиротивлепия. Для настройки этого блока устройство снабжено генератором 18 нанряжения высокой частоты, соединенным носледовательно с сонротивленнем J9, а также усилителем переменного нанряжепия 20. Обкладки пьезоэлемента иодключены к входу осциллографнческого регистратора 21, соединенного с генератором 15, который используется для формирования развертки регистратора 21.
Переменное напряжение, подаваемое с трансформатора 12 на пластины У и 2 исследуемого электрода, складывается из двух одинаковых скачков потенциала на границах нластин 1 и 2 с раствором и омического падения нотенцнала в слое раствора между пластинами. Например, для раствора 2 М КС при 20°С, дифферепциальной емкости двойного слоя 20 мкф/слг- и расстоянии между иластинами 0,5 мм неременное панряжепие с частотой 1 кгц и амплитудой 60 мв распределяется так: падение в растворе - 1 мв и два скачка потенциала - по 29,5 Л1в. По отношению к нластинам / и 2 скачки потенциала имеют противоположные знаки. Поэтому увеличение поверхностного натяжения па одной из пластин происходит одновременно с уменьщеиием его на другой пластине. Так как изменение новерхиостного натяжения происходит на плоскостях, которыми нластины обращены друг к другу, то в результате изменения прикладываемого наиряжения пластины изгибаются в одну и ту же сторону, увлекая за собой -слой раствора, заключенный между ними.
Вместе с иластииами / и 2 начинает колебаться Пьезоэлемент 6. С его обкладок снимается нанряжеине, амнлитуда которого ироиорциоиальна амнлитуде изменения поверхпостного натяжения исследуе.мого твердого электрода. Это на.нряжепне после усиления
ностунает на вертикально отклоняющие пластины осциллографического регистратора 21 и развертывается по горизонтали напряжением, ностунающим от генератора 15 и пронорцпональным среднему потенциалу электрода. Таким иутем сннмаются осциллограммы «амплитуда поверхностного натяжения - средний потенциал в режиме заданного периодического нотенциала. В приведенном выще прнмере погрещность
поддержания амплитуды нериодического потенциала на заданном уровне составляет 3%. В случае необходимости эта погрещпость может быть устранена с точностью до относительного отклонения от нараллельности между пластинами. Для этого с номощью иерсключателя 16 в цепь вводится блок 17 отрицательного сопротивления с разделительной емкостью на входе. Его отрицательное сопротивление устанавливается по величине равным сопротивлению слоя раствора между нластинами 1 и 2. Для контроля за совнадением обоих сонротнвлений используется генератор 18, вырабатывающий нанряжение с частотой, достаточно высокой, чтобы сопротивление
емкости на границе электрод - раствор было пренебрежимо мало но сравнению с сопротивлением раствора. Соиротивление 19 и носледовательно соединенные раствор и блок 17 образуют делитель напряжения. Сигнал с этого делителя поступает па вход усилителя 20; он минимален, если сопротивления раствора и блока 17 одинаковы по величине. Введение блока 17 необходимо также нри измерениях с разбавленными растворами, обладающими
высоким удельным сонротивлением.
Вместо двух пластин, расноложенных над уровнем раствора, в качестве исследуемого электрода в предлагаемом устройстве может быть использован набор больщего числа пластин, параллельных друг другу. Кроме того, параллельные пластины могут быть погружены в раствор. Появляющаяся при этом утечка переменного тока с нерабочих граней пластин существенной иогрещности в измерепня не вносит, если зазор между нластинами выбран достаточно малым.
Предмет изобретения
Устройство для измерения зависимости поверхностного натяжения твердых электродов от нотенциала, содержащее Пьезоэлемент, скренлеипый с исследуемым электродом, вспомогательный электрод и электрод сравнения, щегося напряжения и измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона частот ири регистрации колебаний поверхностного натяжения в режиме заданной периодической составляющей потенциала, исследуемый электрод выполнен в виде нескольких, например двух, закрепленных с одного конца одинаковых параллельных пластин, зазор между которыми обеспечивает капиллярное поднятие исследуемого раствора по всей площади электрода и которые иопарно подключены к противоположным полюсам генератора периодически изменяющегося напряжения.
