Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом Советский патент 1980 года по МПК G01N27/42 

интегрирующего усилителя, в значительной стеиени зависит от величины входного, интегрируемого напряжения. Величина этогк) наиряжения в известных кулонометрах ограничена (имеется в виду иервое время электролиза - ири протекании большого тока) /конечным значением коэффициента режекции контрольного усилителя, которое приводит « сдвигу поляризующего потенциала, и допустимым значением входного напряжения этого усилителя. Известен также кулонометр, в KOTopiOM введен -мощный усилитель, компенсирующий падение напряжения на измерительном резисторе, в цепь рабочего электрода. Он позволяет сохранить точность поддержания потенциала при больщих выходных напряжениях интегрирования 2. Однако точность -кулоном.еТра практически не повышается, так как дрейф нуля и конечное значение коэффициента усиления этого усилителя вносят такие же (притом дополнительные) погрешности, как и те же характеристики интегрирующего усилителя. Кроме того, значительно усложняется -конструкция кулонометра. Известен электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащий трехэлектродную электролитическую ячейку, подключаниую ж выходу коетрэльного усилителя, ко входу которого подключены задатчик поляризующепо напряжения инвертирующего и неинвертирующего повторителей иан.ряжени.я, причем вход н .инверпирующего ловтор1ителя подключен IK ра бочему электроду, -а наиевертирующий - к электроду сраенения, ста-билизлтор напряжения, .питающий этот повторитель и электроиный интепратор ic зазамлвниым входо м, по дключвнныиМ К измврнтельиаму резистору, который введен в цепь |ра1бочего электрода . Повторитель, вход которого подключен к электроду .срав1нан1ия и должен иметь большое входное сопротивление, работает тоже при больщих входных напряжениях и даже больших, чем в ранее приведенных кулонометрах, так как в этом случае на вход этого повторителя поступает сумма напряжений: падения на измерительном резисторе и поляризации рабочего электрода. Целью изобретения является повышение точности электролного к:улоио метра с контролируемым потенциалом. Предла1габмый кулонометр отличается тем, что в него введен дополнительный повторитель напряжения, содержащий входной и выходной каскады, вход которого подключен к электроду сравнения, а выход - к общей, шине питания повторителя, вход которого также подключен к электроду сравнения, причем стабилизатор напряжения, питающий последний ловторитель выполнен незаземленным. , Кроме того, стабилизатор- напряжения может срдержать симметричныйгенератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является однодрембнщо источникам питания входного каскада дополнительного повторителя. На чертеже представлена схема предложенного электронного кулонометра с контролируемым потенциалом. Кулоиометр содержит трехэлектродную электролитическую ячейку 1 (электроды: рабочий - Раб., вспомогательный - Вен. и сравнения - Ср.) с измерительным резистором 2 в цепи рабочего электрода, подключеииых к выходу контрольного усилителя 3; электронный интегратор 4; дифференциальный электрометр . 5 и задатчик 6 поляризующего потенциала, выходы которых подключены ко входу контрольного усилителя 3, и стабилизатор 7 напряжения. Дифференциальный электрометр 5 включает повторитель, выполненный на операционном усилителе 8, со входом, подключенным к электроду сравнения; повторитель, выполиенный на операционном усилителе 9, со входом, подключенным к рабочему электроду, и доиолгаителБный noteторитель 10 со входом, подключенным к электроду сравнения. Дополнительный повторитель 10 содержит входной каскад - транзистор // и выходной - транзисторы 12 и 13. Вход дополнительного повторителя пода-слючен к электроду сравнения, а выход - к общей шине питания повторителя (усилитель 8), вход которого также подключен к электроду сравнения. Питание этого повторителя и входного каскада, дополнительного повторителя 10 осуществляется от стабилизатора 7 напряжения, выполненного незаземленным и содержащим симметричный генератор тока - транзисторы 14 и /5, .нагруженный стабилитронами 16 и 17. Повторитель (усилитель 5), вход котор,ого соединен с электродом сравнения, является неинвертирующим, а повторитель (усилитель 9), вход которого соединен с рабочим электродом, - инвертирующим. При работе кулонометра на вход контрольного усилителя 5 подается алгебраическая сумма напряжений: задатчика 6 поляризующего потенциала и выходного дифференциального электрометра 5. При этом на один из входов последнего - вход неиивертирующего повторителя (усилитель 8) подается сумма иапр.яжений; поляризующего (между электродами рабочим и сравнения) и падения на измерительном резисторе 2., а на второй вход - только падение на измерительном резисторе. Как следует из описания и схемы, усилитель 5 устанавливает ток через ячейку с величиной и полярностью, при которых алгебраичеекая сумма напряжений на его входе равна нулю, т. е. напряжение задатчика 6

равн/о и противоположно по знаку полярности выходному напряжению электрометра 3. Это равенство обуславливает равенство напряжевия между электродами рабочим и сравнения (потенциал рабочего электрода) напряжению задатчика.

Подача на вход повторителя 10 напряжения с электрода сравнения вызывает варьирование потенциала общей шины питания повторителя, вход которого подключен к электроду сравнения, на величину, близкую к входной. Это обеспечивается выполнением стабилизатора 7 напряжения по описанной выше схеме, которая обуславливает большое динамическое сопротивление стабилизатора отжоантельно земли, являюш,ееся нагрузкой дополнительного повторителя 10. Указанное варьирование потенциала обшей шины усилителя 8 относительню земли позволяет удерживать напряжения на входах усилителя 8 относительно ее общей шины близким к нулю при изменении входного напряжения, потенциала электрода сравнения относительно земли - в широких пределах. Кроме того, питание входного каскада повторителя 10 от незаз-емленного стабилизатора 7 напряжения обеспечивает очень малое изменение напряжений между электродами транзистора 11 при таюом же изменении входного напряжения в широких пр1еделах. Это позволяет применить во входном каскаде повторителя 10 униполярный транзистор, у которого входное сопротивление значительно выще, а допустимые значения напряжений между электродами значительно ниже, чем у биполярного, а повторитель 10, как и гювторитель, выполненный на усилителе 8, должен .иметь высокое входное сопротивление.

Использование дополнительного повторителя и выполнение питания его входного каскада и повторителя электрометра, вход которого подключен к электроду сравнения, по предлагаемой схеме позволяют увели-чить входной сигнал интегратора электролизного тока и точность поддержания потенциала поляризации. Это обеспечивает

повыщение точности кулонометра. Кррмс того, расширяется диапазон точного поддержания потенциала.

Формула изобретения

1.Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащий трехэлектродную электролитическую ячейку, подключенную к выходу контрольного усилителя, ко входу которого подключены задатчик поляризующего напряжения п выходы инвертирующего и неинвертирующего

повторителей напряжения, причем вход инвертирующего повторителя подключе1Н к рабочему электроду, а неннвертируюшего - « электроду сравнения, стаб,ил1изатор иапряжеиия, питающий HeinflBepTnрующий повторитель, и электронный интспратор с заземленным входом, подключенным к измерительному резистору, который включен в цепь рабочего электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в непо введен дополнительный повторитель напряжения, содержащий входной и выходной каскады, вход которого подключен к электроду сравнения, а выход - к общей шине питания неинвертирующего повторителя, причем стабилизатор напряжения, питающий этот -повторитель, выполнен незаземленным.

2.Кулонометр по п. 1, отличающийся тем, что незаземленный стабилизатор напряжения содержит симметричный генератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является одновременно источником питания входного каскада дополнительного повторителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США 3486998, кл. 204-195, 1969.

2. -А.па1 Chem vol 37, № 6, 680-687, 1965.

3.Anal. Chem. vol 35, № 12, 1789-1793, 1963 (прототип).