Устройство для поляризационных измерений Советский патент 1981 года по МПК G01R31/00 G01R27/22 

Изобретение относится к области электроизмерений, а именно к электрохимическому приборостроению, и может быть использовано в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности для исследования кинетики электродных процессов в многоэлектродных ячейках.

При потенциостатической или . гальванической поляризации электро-. дов между поверхностьк) рабочего электрода и носиком электрода сравнения в электролите возникает омическое падение потенциала, которое может быть значительным при бо.пьшом сопротивлении раствора, высокой плотности тока или при образовании на электроде плохо проводящих поверхностных слоев.

Известно устройство для поляризационных измерений с компенсацией омического падения потенциала, содержащее потенциостат и трехэлектродную электрохимическую ячейку. Поправку ча омическое падение потенциала в электролите осуществляют, включая в поляризационную цепь рабочего электрода сопротивление, равное сопротивлению раствора, и прибавляя удвоенное напряжение, падающее на-.

этом сопротивлении, к поддерживаемому потенциостатом напряжению постоянного тока l.

Недостатком данного устройства является повышение погрешности измерений в случае изменения сопротивления раствора, между электродами электрохимической ячейки в процессе поляризации. Указанная погрешность обусловлена нeDCЗмoжнocтью непрерывного измерения сопротивления раствора.

Известен способ непрерывного определения внутреннего сопротивления электрохимической ванны и устройство для его реализации,, заключающийся в том, что на постоянное напряжение на зажимах ванны накладывают переменный ток, измеряют напряжение и ток, проходящий.через ванну, детектируют измеренные величины и внутреннее сопротивление определяют по отношению измеренных величин. Для повышения точности измерения производят как минимум при двух дискретных убывающих значениях частоты. Известный способ можно применить для непрерывного определения сопротивления раствора при поляризационник

измерениях с последующей компенсацией омического падения потенциала 2

Недостаток устройства, реализующего этот способ - отсутствие автоматической компенсации омического падения потенциала.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для поляризационных измерени с автоматической компенсацией омического падения потенциала, содержа,щее потенциостат с источником питания, дифференциальным усилителем и выходным усилителем, трехэлектродную электрохимическую ячейку с рабочим и вспомогательным электродами. и электродом сравнения, рабочий электрод которой соединен с модулятором и через последовательно включенные конденсатор и резистор - с выходом усилителя мощности, а электрод сравнения через фильтр соединен с первым входом потенциостата и через усилитель напряжения и демодулятор - со вторым, входом потенциостата

В данном устройстве применена дополнительная поляризация рабочего электрода трехэлектродной электрохимической ячейки слабым переменным током частотой несколько килогерц, при котором импеданс электрода сводится к сопротивлению электролита. Падающее на этом сопротивлении переменное напряжение усиливается в такой пропорции, что становится равно напряжению постоянного тока на том же участке, выпрямляется и автоматически добавляется к заданному напряжению, поддерживаемому потенциостатом з.

Однако данное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и надежностью, а также относительно высокой сложностью измерения. Это объясняется трудностью обеспечения полной гальванической развязки между цепями переменного и постоянного тока, особенно при смене частот поляризации, а также жесткими требованиями к ключевым узлам, работающим в системе модуляция-демодуляция. .

Цель- изобретения - повышение точности, надежности и упрощение процесса измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для поляризационных измерений, содержащее потенциостат, трехэлектрОдную электрохимическую ячейку с рабочим и вспомогательнь1М электродами и электродом сравнения, рабочий электрод которой соединен с первым выводом индуктивности, вспомогательный электрод подключен к общей клемме, а электрод сравнения через фильтр подключен к первому входу потенциостата, и усилитель мощности, дополнительно введены генератор переменного напряжения.

усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, оптоэлектрический преобразователь с источником света и фотоприемником и детектор, при этом генератор переменного напряжени подключен ко входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого через усилитель мощности подключен к рабочему электроду к электроду сравнения подключен вход детектора, выход которого соединен со вторым входом потенциостата, причем в цепь обратной связи усилителя с регулируемым коэффициентом усиления включен фотоприемник оптоэлектрического преобразователя, источник света которого включен между выходом потенциостата и вторым выводом индуктивности.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 -, эквивалентная схема импеданса между рабочим электродом и электродом сравнения трехэлектродной электрохимической ячейки.

Устройство содержит потенциостат 1, включающий -в себя источник 2 питания, дифференциальный усилитель 3 и выходной усилитель 4, трехэлектродную электрохимическую ячейку 5 с рабочим электродом 6, вспомогательным электродом 7 и электродом 8 сравнения, индуктивность 9, генератор 10 переменного напряжения, усилитель 11 с регулируемым коэффициентом усиления, усилитель 12 мощности, оптоэлектрический преобразователь 13 с фотоприемником 14 и источником

15света, фильтр на конденсаторе

16и резисторе 17, детектор 18, ключ 19 и резисторы 20 и 21.

На фиг. 2 импеданс рабочего электрода трехэлектродной электрохимической ячейки представлен параллельно включенными емкостью 22 двойного слоя и импедансом -Z 23, характеризующим электродный процесс. Сопротивление 23 раствора соединено с электродным импедансом 2 23 последовательно.

Устройство работает следующим oQ

Q разом.

В том случае, если в процессе реакции сопротивление электроплита не изменяется, а изменяется ли-пъ импеданс ZJ 23, характеризующий электродный процесс, происходит соответствующее изменение сигнала на входе 25 дифференциального усилителя 3 потенциостата 1 и напряжение между электродами 6 и 8 трехэлектродной электрохимической ячейки 5 приводится к первоначальному своему значению, имевшему место в начале реакции. Если же происходит изменение омического сопротивления между рабочим электродом б и электродом 8 трехэлектродS ной электрохимической ячейки 5, то

изменяется ток через источник 15 света оптоэлектрического преобразователя 13, соответственно изменяетсясопротивление фотоприемника 14 и коэффициент усиления усилителя 17 с регулируемым коэффициентом усиления. Переменное напряжение на электроде 8 сравнения детектируется детектором 18.и, складываясь с напряжением источника 2 питания, прикладывается ко входу 26 дифференциального усилителя 3. Это приводит к изменению тока через источник 15 света и трехэлектродную электрохимическую ячейку 15, и как результат - к восстановлению потенциала между рабочим электродом 6 и электродом 8 сравнения до прежнего значения.

Фильтр на конденсаторе 16 и резисторе 17 предназначен для подавления переменной составляющей напряжения на входе 25 дифференциального усилителя 3. Ключ 19 совместно с резисторами 20 и 21 служит для изменения диапазона тока, протекающего через трехэлектродную электрохимическую ячейку 5.

Устройство отличается от известного тем, что в нем осуществлена

полная гальваническая разрядка цепей переменного и постоянного токов, что позволило простыми средствами повысить точность и надежность процесса измерения. Использование данного устройства - потенциостата с автоматической компенсацией псщения потенциала позволяет проводить надежные поляризационные измерения е условиях, когда омическое падение потенциала может достигать значительной величины, например, в ячейках с низкоомнрй средой при больших плотностях тока, и с высокоомной средой. Кроме того,, появляется возмож.ность работы с электродами, покрытыми солевыми и лакокрасочными пленками .

Формула изобретения

Устройство для поляризационных измерений, содержащее потенциостат.

трехэлектродную электрохимическую ячейку с рабочим и вспомогательным электродами и электродом сравнения, рабочий электръд которой соединен с первым выводом индуктивности, вспомое гательный электрод подключен к общей клемме, а электрод сравнения через фильтр подключен к первому входу потенциостата, и усилитель мощности, отличающееся тем, что, с

Q целью повышения точности, надежности и упрощения измерения, в него дополнительно введены генератор переменного напряжения, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, оптоэлектрический преобразователь с

5 источником света и фотоприемником, и детектор, при этом генератор переменного напряжения подключен ко входу усилителя с регулируемом коэффициентом усиления, выход которого

0 через усилитель мощности подключен к рабочему электроду, к электроду сравнения подключен вход детектора, выход которого соединен со вторым входом потенциостата, причем в цепь

5 обратной связи усилителя с регулируемым коэффициентом усиления включен фотоприемник оптоэлектрического преобразователя, источник света которого включен между выходом потен.. циостата и вторым выводом индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дэван.И., Лендьел В., Месарош Л. Метод и аппаратура для автоматической компенсации оглического падения напряжения. - Защита ме. .таллов, 1973, т.- 9, вып. 3, с. 276. 0 2. Авторское свидетельство СССР №625638, кл. G 01 R 27/22, 1978.

3. Дэван И., Лендьел Б., Месарош Л. Метод Иаппаратура для автоматической компенсации омического падения напряжения. - Защита металлов, 1973, т. 9, вып. 3, с. 280 (прототип).

23(Zf) ф 22