Устройство для измерения потенциала при электрохимических исследованиях Советский патент 1982 года по МПК G01N27/48 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения потенциала исследуемого электрода в электрохимической ячейке и может быть использовано в исследованиях электродных процессов при контролируемом потенциале или токе исследуемого электрода.5

В электрохимических исследованиях при контролируемом потенциале или токе исследуемого электрода возникает погрешность определения потенциала электрода, обусловленная омическим падением напря- ,Q жения (ОПН) на сопротивлении раствора между исследуемым электродом и кончиком капилляра электрода сравнения. Эта погрешность пропорциональна как величине омического сопротивления, так и протекающему через ячейку току.15

Известно устройство для компенсации погрешности определения потенциала, обусловленной ОПН, основанное на введении положительной обратной связи (ПОС) потоку в цепь регулирования потенциала исследуемого электрода 1.

Недостатком устройства с введением ПОС по току в цепь регулирования потенциала является то, что глубину ПОС необходимо устанавливать до начала эксперимента и изменение величины омического сопротивления во время эксперимента приводит к появлению- погрешности определения потенциала.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения потенциала электрода при электрохимических исследованиях, содержащее электрохимическую ячейку, вспомогательный электрод которой соединен с выходом потенциостата, измерительное сопротивление, включенное между исследуемым электродом и общей шиной, демодулятор и сумматор, первый вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с входом обратной связи потенциостата, и программирующее устройство, соединенное с первым задающим входом потенциостата 2.

Однако данное устройство имеет низкую точность компенсации ОПН ,5-5/о), ограниченную линейностью характеристики модулятора и конечной величиной сопротивления дросселя переменному току, что приводит к утечке переменного тока через выходную цепь потенцностата. Кроме того, потенциостат должен иметь узкую полосу пропускания Сограниченное быстродействие),

чтобы исключить влияние переменной co(ir тавляющей LJR на входе обратной связи, для чего коэффициент усиления потенциостата на частоте работы модулятора не должен превышать единицы.

Целью изобретения является повышение точности измерения потенциала и увеличение быстродействия системы регулирования потенциала.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения потенциала при электрохимических исследованиях, содержащее электрохимическую ячейку, вспомогательный электрод которой соединен с вы ходом потенциостата, измерительное сопротивление включенное между исследуемым электродом и общей шиной, демодулятор и сумматор, первый вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с входом обратной связи потенциостата, и программирующее устройство, соединенное с первым задающим входом потенциостата, дополнительно содержит источник переменного напряжения и регулируемый делитель, при этом источник переменного напряжения соединен со вторым задающим входом потенциостата, регулируемый делитель подключен к исследуемому электроду и второму входу сумматора, вход демодулятора соединен с выходом сумматора, а выход - с управляющим входом регулируемого делителя.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения потенциала при электрохимических исследованиях.

Схема предлагаемого устройства содержит электрохимическую ячейку 1, вспомогательный электрод 2 которой соединен с выходом 3 потенциостата 4, измерительное сопротивление 5, включенное между исследуемым электродом 6 и общей шиной 7, демодулятор 8, вход которого соединен с выходом сумматора 9 и входом обратной связи 10 потенциостата 4, а выход - с управляющим входом 11 управляемого делителя 12, включенного между исследуемым эле1 родом 6 и одним из входов сумматора 9, второй вход сумматора соединен с электродом сравнения 13, источник переменного-напряжения 14, соединенный с задающим входом потенциостата 4, и программирующее устройство 15, соединенное .с первым задающим входом потенциостата 4.

Устройство работает следующим образом.

При подаче постоянного и переменного напряжения на задающие входы потёнциостата 4 от программирующего устройства 15 и источника переменного напряжения 14, через электрохимическую ячейку 1 протекает постоянный ток i и переменный L, под действием которых создается падение напряжения на измерительном сопротивлении 5: UH Rn(i + IN), э напряжение между электродом сравнения 13 и общей шиной 7 равно: УЭС Е + L (R + Ни) + i (R +

+ RH) Д R - сопротивление раствора между исследуемым электродом 6 и электродом сравнения 13. Напряжение UH подается на вход сумматора через регулируемый делитель 12 с коэффициентом передачи К и вычитается из напряжения Uac, снимаемого с электрода сравнения 13. Выходное напряжение сумматора равно:

1 эсК и Е + 1..(К+Ри) + 1 ()(

(1-К)(1 ).

При R + Ки() О второй член уравнения равен нулю. Если К I -f R/Rn, то выполняется это условие и переменное напряжение на выходе сумматора, а следовательно, и на выходе демодулятора близко к нулю, а постоянная составляющая напряжения равна Е. Изменение величины постоянного тока, протекающего через ячейку, не вызывает изменения величины переменног.о тока на выходе сумматора 9 и входе демодулятора 8, и коэффициент передачи на величину AR на выходе сумматора появляется переменное напряжение ARj,, котоизменяя его коэффициент передачи. При изменении коэффициента передачи делителя 12 уменьшается переменное напряжение на вы ходе сумматора и постоянное напряжение на выходе демодулятора 8. В установившемся состоянии остаточное напряжение на выходе сумматора 9 определяется коэффициентом передачи демодулятора 8 и управляемого делителя 12. Для компенсации влияния омического сопротивления с точностью 1 - 0,1% неходимо обеспечить суммарный коэффициент передачи порядка 100-1000. Величина измерительного сопротивления R всегда может быть выбрана больщей, чем величина сопротивления R, поэтому диапазон изменения коэффициента передачи управляемого делителя 12 может быть ограничен величиной . Для реализации такого коэффициента передачи делитель 12 может быть выполнен на основе операционного усилителя с управляемым коэффициентом передачи в пределах от 1 до 2. Возможно использование и пассивного делителя с коэффициентом передачи от 0,5 до 1, если соединить его выход со входом сумматора, имеющим коэффициент передачи, равный 2. Регулируемый делитель можно выполнить как на аналоговой элементной базе, например, с использованием резисторного оптрона, так и с использованием цифро-аналоговых преобразователей.

Для нормальной работы устройства нет необходимости ограничивать полосу пропускания потенциостата, что позволяет работать с потенциостатами, имеющими быстродействие на несколько порядков больше, чем у потенциостатов, используемых в известных устройствах. Современные потенциостаты, например ПИ50-1, имеют быстродействие порядка 0,1-1 МКС при коэффициенте уси ления, равном единице на частоте 10- 100 МГц и могут использоваться совместно с предлагаемым устройством. Для использования таких потенциостатов совместно с известными устройствами для измерения и компенсации ОПН полоса их пропускания должна быть уменьшена до 1 -10 кГц и соответственно быстродействие снижено до 1 -10 мс, что практически исключает возможность их использования для нестационарных измерений. Точность Компенсации ОПН в предлагаемом устройстве определяется коэффициентом передачи демодулятора и регулируемого делителя и может быть увеличена до любой заданной величины, например до 100-1000, для обеспечения точности компенсации ОПН порядка 1 -0,1%, которая Недостижима в известных устройствах, имеющих точность компенсации ОПН порядка 0,5-бо/о. Формула изобретения Устройство для измерения потенциала при электрохимических исследованиях, содержащее электрохимическую ячейку, вспомогательный электрод, который соединен с выходом потенциостата, измерительное сопротивление, включенное между исследуемым электродом и общей шиной, демодулятор и сумматор, первый вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с входом обратной связи потенциостата, и программирующее устройство, соединенное с первым задающим входом потенциоста,та, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения потенциала и увеличения быстродействия системы регулирования потенциала, оно дополнительно содержит, источник переменногр напряжения и регулируемый делитель, при этом источник переменного напряжения соединен со вторым задающим входом потенциостата, регулируемый делитель подключен к исследуемому электроду и второму входу сумматора, вход демодулятора соединен с выходом сумматора, а выход - с управляющим входом регулируемого делителя. - Источники информации, принятые во внимание при экспертизе Л. Авторское свидетельство СССР № 387294, кл. G 01 R 19/16, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР № 728066, кл. G 01 N 27/48, 1980 (прототип).

вэ

зс

гз

12