Электронный кулонометр Советский патент 1979 года по МПК G01N27/42 

(54) ЭЛЕКТРОННЫЙ КУЛОНОМЕТР

I

Изобретение относится к электрохимии и может быть использовано, в част-ч ности, в кулонометрии с регулируемым (контролируемым) потенциалом.

Для проведения кулонометрических измерений с ре)гулируемым потенциалом обычно используют т ехэлектродные электролитические яче&ш и потенциостаты. Последовательно с ячейкой включают измерительный резистор, падение напряжения на котором поступает на интегратор тока.

Так как электрод сравнения ячейки соединен со входом потенциостата, то рабочий электрод ячейки подключают к общему проводу (земле),. Поэтому измерительный резистор может быть включен ТОЛЬКО в цепь вспомогательного электроч да ячейки, т. 9, в цепь, которая не имеет соединения с о&цим провозом. Послед нее обстоятельство требует применения ь кулонометрах интеграторов тока, вкод- яые зажимы которых ие имеют соединения с землей. Это не дает возможности часто использовать электронные йнтёгра-

торы и, кроме того, приводит к дополнительным погрешностям вследствие наводок и утечек

Известны кулоном етры,, в которых измерительный резистор и подключенный « нему интегратор имеют соединение с об- лШм проводом (землей). Для этого измерительный резистор включен в цепь рабочего электрода электролитической ячейки а рабочий электрод и электрод сравнения ячейки подключены ко входам дифференциального усилителя потенциостата. Недостатком таких кулонометров является ограниченная точность поддержания потенциала на рабочем электроде от5носительно электрода сравнения при прокождений большого тока. Это происходит вследствие того, что рабочий электрод ячейки находится под напряжением, которое падаете-на измерительном резисто0ре, а коэффициент режекции усилителя имеет конечную величину. Возникающая по этой же причине электрическая неустойчивостъ в атом кулоном етре устране-. на включением конденсатора между вспо646242могательным электродом и электродом сравнения. Указанные недостатки устранены в кулонометрах, в которых точка соединения рабочего электрода ячейки и иэмери тельного резистора в его цепи по,ддержиЪаётея при потенциале земли. Известный 1 улонометр содержит пртенциостат, нагруженный на трехэлектроц ную электрическую ячейку, измерительный резистор с подключенным к нему интеграто в цепи рабочего электрода ячейки. Интегра тор имеет соединение одного из входных зажимов с измерительным резистором,. другого - с ойцим проводом (землей), Дополнительный мощный усилитель (преобразователь ток-напряжение), вход и выход которого подключены к измерительному резистору, создает сигнал, компенсирующий падение напряжения на измерительном резисторе, что эквивалентно заземлению точки соединения измерительного резистора, рабоче го электрода и входа усилителя (виртуальная земля),, Применение дополнительного компенсирующего усилителя приводит к значи, тельному усложнению кулонометра, так как требования к этому усилителю аналогичны требованиям к усилителю потенциостата,, С другой стороны, наличие этого усилителя приводит к сниже-. нию точности интегрирования тока за счет конечности коэффициента усиления и существования собственного дрейфа нуля усилителя. Цель Предлагаемого изобретения - упрощение конструкции электронного кулонометра и повышегше его точности, Она достигается тем, что в кулонометре, бодержащем потенциостат, трехалектродную электролитическую ячейку и измерительный резистор с .подключенным к нему интегратором в цепи ра бочего электрода ягчейки, оконечный као кад пртенциостата выполнен по двухтакт ной схем9, каждое плечо которой представляет собой усилитель с анодно-като дной (коллекторно-емиттерной) нагрузкой и.параллельной отрицательной обрат ной связью, а точка соединения рабочего электрода электрической ячейки и измерительного резистора заземлена.: На чертеже приведена упрошенная схема варианта предлагаемого кулонометра, выполненного на элект|),ч лампах. Куло.нометр имеет потенциостат 1, состоящий из предварительного усилителя 2 постоянного тока с симметричным выходом и мощного оконечного каскада, каждое плечо которого выполнено, соответственно, на электронных лампах 3 и 4. Каждое плечо охвачено параллельной отрицательной обратной связью через резисторы 5 и 6 (лампа 3), 7 и 8 (лампа 4). Оконечный каскад нагружен на последовательно соединенные трехэлектродную электрохимическую ячейку 9 и измерн-: тельный резистор 10, к которому подсое.динен вход интегратора 11 тока электролиза. Вспомогательный электрод ячейки 9 соединен с катодом лампы 3, рабочий электрод ячейки 9 соединен с общим проводом, (землей), электрод сравнения ячейки 9 соединен со входом предвари.тельного усилителя. 2. Измерительный резистор 10 одним когщом соединен с .общим проводом, а .другим - с катодом лампы 4 и входом интегратора 11. Независимые источники питания оконечного каскада 12 и 13 включены g анодные цепи ламп 3 и 4, соответственно. При работе кулонометра потенциал рабочего электрода относительно элек трода ср/звнения электролитической ячейки 9 сравнивается на входе усилителя 2с заданным потенциалом (устройство сравнения потенциалов дляупрощения на чертеже не показано), разность потенци алов усиливается усилителем 2 и в противоположных полярностях поступает на входы оконечного каскада. Плечи оконечного каскада полностью симметричны относительно нагрузки: .для лампы 3электролитическаз ячейка 9 является анодной нагрузкой, а измерительный резистор 10 - катодной нагрузкой; для лампы 4 электролитическая ячейка 9 является катодной нагрузкой, а измерительный резистор 1О - анодной нагрузкой. Резисторы 5 и 6 отрицательной обратной связи (соответственно 7 и 8) обеспечивают одинаковый коэффициент передачи лампы 3 (соответственно - лампы 4) по анодной и катодной цепям, т. е. режим анодно-катодного повторителя. В зависимости от знака разности между потенциалом электрода сравнения и заданным поте1щиалом ток одного плеча оконечного каскада увеличивается, а