Устройство для электрохимических исследований Советский патент 1981 года по МПК G01N27/52 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРО}ШМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

I

Изобретение относится к средствам физико-химического анализа состава и свойств веществ и может быть использовано для проведения измерений повышенной точности при наличии паразитных омических потерь в электрохимической ячейке.

Известны регуляторы электрического режима (устройства для электрохимических исследований), обеспечивающие исключение влияния паразитных омических потерь в месте соединений (контактный провод, клемма) с основным (исследуемым) электродом электрохимической ячейки, которые состоят из электрохимической ячейки, содержащей основной электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнекия, и регулирующего усилителя (потенциостата). Исключение влияния, паразитных омических потерь достигается путем соединения основного электрода с общей точкой (массой) регулирующего усилителя, при этом

вход и выход последнего не должны иметь гальванической связи .

Для обеспечения гальванического разделения входных и выходных цепей регулирующего усилителя приходится усложнять его, вводя, например, разделительный трансформатор, что огра1шчивает возможность улучшения других характеристик регулирующего усилителя, например. увеличем я бы10стродействия.

Извеспщ также устройства для электрохимических исследований (регуляторы электрического режима), обеспечивающие исключение влияния паразитньт омических потерь в месте соединений с основным (исследуемым) электродом электрохимической ячейки и не требующие гальванического разделения входных и выходных цепей усилителя. Такие устройства содержат электрохимическую ячейку с тремя электродами: индикаторным, вспомогательным и электродом сравнения. 38 регулирукидий усилитель, соединенный со вспомогательным электродом, и диф ференциальный усилитель с коэффи1Ц1ен том передачи, равным единице, и симметричными входами, один из которых соединен с электродом сравнения С 2. Однако введение указанного дополнительного дифференциального усилителя обеспечивает исключение влияния паразитных омических потерь толь ко на переходном сопротивлении , в месте соединения основного (исследуемого) электрода с общей точкой (заземленной шиной) специального усилителя (потенциостата) и не обеспечивают исключение влияния омически потерь в растворе между основным электродом и электродом сравнения, Цель изобретения - повьшение точности регулирования потенциала основ ного электрода электрохимической ячейки. Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительно цепочкой, состоящей из последовательно соединенных потенциометра, i и дополнительного усилителя с коэффициентом передачи большем единицы, причем лотенциометр подключен между индикаторным электродом и землей, а его движок соединен со входом до полнительного усилителя, выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя. Указанное соединение цепочки и дифференциального усилителя с коэф фициентом передачи, равным единице, обеспечивает вычитание из потенциала основного электрода (падение напряжения между основным электродом и электродом сравнения) напряжения, пропорционального протекающему току и при некотором положении движка переменного резистора исключает влия ние паразитного падения напряжения в месте соединения основного электрода с общей точкой специального ус лителя, а также падение напряжения а растворе между основным электродом и электродом сравнения. Усилитель с коэффициентом переда чи, равным двум, может быть объединен с дифференциальным усилителем с коэффициентом передачи, равным единице, и выполнен в виде сумматор аналоговых сигналов. На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для электрохим ческих исследований. Устройство состоит из электрохимиеской ячейки 1, содержащей основой (исследуемый) электрод 2, вспоогательный электрод 3 и электрод 4 равнения, регулирующего усилителя потенциостата) 5, соединенного с ифференциальным усилителем 6, имеюим коэффициент передачи, равный динице, ко входу которого подклюен выход усилителя 7., имеклцего коэфициент передачи, равный двум, вход которого соединен с движком 9 переенного резистора 10, подключенного дним концом к основному электроду , а выход 11 - со входом 12 диффеенциального усилителя 6 о коэффицинтом передачи, равным единице. Через Е обозна-хен задаваемый потенциал. Устройство работает следукяцим образом. Наличие отрицательной обратной связи через регулирующий усилитель 5 и вспомогательный электрод 3 при достаточно больщом коэффициенте передачи специального усилителя обуславливает выполнение равенства .) где Uy, - напряжение, действующее на выходе дифференциального усилителя 6, имеющего коэф4 1Циент передачи, равный единице. Напряжение Uu равно: напряжение, действующее на электроде 4 сравнения) Ugv- напряжение, действующее на входе усилителя 7, имеющего коэффициент передачи, равный двум. Напряжение, действующее на электроде сравнения, равно: ) где Чл действующий потенциал основного, электрода 2, который отличается от истинного потенциала Ч, на величину, - обусловленную омическими потерями R 51 в растворе между основным электродом и электродом сравнения , i1 - ток через ячейку} переходное сопротивление в месте соединеття с основльи электродом 2; Кр сопротивление переменного резистора 10. НапряжениеJ действующее на входе усилителя 7, имеющего коэффициент передачи, равный двум, равно: , (4) где R сопротивление части переменного резистора 10 между движком 9 и точкой соединени с основным электродом 3. Исключая из формул (1) - (А) вели чины ,Ugg ,Vf ViUgx , подучаем ,I()(5) Из формулы (5) видно, что погрешность регулирования потенциала основ ного электрода равна: /iU-I(R.,Rn-Rp 2Ro) Изменяя положение движка 9 переменного резистора 10, т.е. изменяя сопротивление RQ , можно добиться выполнения равенства R, (7) и тем самым исключить погрешность регулирования потенциала, вызванную омическими потерями не лолько на переходном сопротивлении в месте соеди нения основного электрода, но и в растворе между основным электродом и электродом сравнения. Формула С2) отражает функцию сумм рования, выполняемую объединением усилителей 6 и 7, Введение в предлагаемое устройств цепочки, состоящей из усилителя с коэффициентом передачи, равным двум iH переменного резистора позволяет по сравнению с известными устройства ми исключить погрешность регулировайия потенциала основного электрода. 6 вызванную o a чecкими потерями не только в месте соединения осноЯного электрода, но и в растворе между основным электродом и электродом сравнения. При этом цепь регулирования потенциала (цепь отрицательной обратной связи) не удлиняется, поэтому введение указанной цепочки не уменьшает быстродействия устройства. Формула изобретения Устройство для электрохимических исследований, содержащее электрохимическую ячейку с тремя электродами: индикаторнь м, вспомогательным и электродом сравнения, регулирующий усилитель, соединенный со вспомогательным электродом, и дифференциальный усилитель с коэффициентом передачи, равным единице, и симметричными входами, один из которых-соединен с электродом сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования потенциала основного электрода, устройство снабжено дополнительной цепочкой, состоящей из последовательно . соединенных потенциометра и дополнительного усилителя с коэффициентом передачи больше единицы, причем потенциометр подключен между индикаторным электродом и землей, а его движок соединен со входом дополнительного усилителя, выход которого соединен со вторым входом дифференциального усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 289464, кл. Н dm 27/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 208324, кл. в 01 N 27/52, 1968 (прототип).

jC

ч- z

to

/

./

8

I

6