Полярограф переменного тока

Полярограф переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПОЛЯРОГРАФ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, соединенный со схемой управления, фазовращатель и генератор переменного напряжения, подключенные через гютенциостх1т к аноду ячейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности полярографа , он содержит интегратор, следящую схему, коммутационную схему, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилителя низкой частоты с целью положительной обратной связи, состоящей из резистивно-транзисторного делителя, причем затвор транзистора подключен к выходу интегратора, соединенного через коммутационную схему с источником опорных напряжений, вход следя (/) щей схемы подключен к выходу фильтра С высоких частот, и коммутационная схема соединена со схемой управления, а Q выход фильтра низких частот - с входом фазового детектора.

СОКИ СОВЕТСНИХ

СДЛ«

РЕСПУБЛИК э(ю Q О1 М 27/"8

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3410469/18-25 (22) 22.03.82 (46) 15.08.83. Бюл. и 30 (72) С.В. Чертов, Ю.А. Иванов, Е.И, Кулагин и Ю.A. Булатов (71) Томский ордена Октябрьской Рево" люции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им. С.И. Кирова (53) 543.253(088.8) (56)1.Цвасман С.Б. Электронные полярографы. И., Иеталлургиздат, 1980, с. 25.

2. Авторское свидетельство СССР

N 817577, кл. и 01 и 27/48, 1978 (прототип), (54) (57) ПОЛЯРОГРАф ПЕРЕИЕННОГО ТОКА, . содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, соединенный co схе мой управления, фазовращатель и гене" ратор. переменного напряжения, подключенные через потенциостат к аноду

„.SU„„1035497 А ячейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, Фильтр, ре гистра тор, а т акже источник опорных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и производительности полярографа, он содержит интегратор, следящую схему, коммутационную схему, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилителя низкой частоты с целью положительной обратной связи, состоящей из резистивно-транзисторного делителя, причем затвор транзистора подключен к выходу интегратора, соединенного через коммутационную схему с источни- 1 ком опорных напряжений, вход следящей схемы подключен к выходу фильтра высоких частот, и коммутационная схема соединена со схемой управления, а выход фильтра низких частот - с sxo- Я дом фазового детектора.

4 0354

Изобретение относится к полярографическому анализу и может быть использовано в приборах для определения ультрамалых концентраций примесей в веществах .высокой чистоты, например, методом инверсионной вольтамперметрии.

Известны полярографы переменного тока, содержащие генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, 1О генератор линейно изменяющегося напряжения, потенциостат, ячейку, усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр и регистратор, Прин" цип работы этих приборов основан на „ регистрации активной составляющей переменного тока ячейки - сигнала, вызванного электрахимической реакцией определяемой примеси в зависимости от линейно изменяющегося напряжения на ячейке j"1).

Однако суммарный. ток ячейки содержит большой уровень остаточного то" ка - помехи, который:определяется в основном током, протекающим через ем- д5 кость двойного слоя ячейки и может в десятки и сотни раз превышать по амплитуде ток сигнала, препятствуя его изменению.

Известен также полярограф, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, связанный со схемой управления, фазовращатель,и генератор ,переменного напряжения, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно под«35 ключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорного напряжения $2).

В полярографе повышение чувствительности и расширение диапазона по" лярографирования достигается за счет более полной компенсации остаточного тока. При этом используется то, что, 45 во-первых, емкостный ток имеет М-образную зависимост.ь от потенциала, также как и активная составляющая остаточного тока, нарастая на границе диапазона полярографирования, во-вто-5о рых, в зависимости от установленного сдвига фазы b,×åìêîñòíàÿ слагаемая помехи может складываться или вычи" таться, в третьих, О, <« U что с позволяет использовать достаточно 55 малый Ь9, не искажающий результат измерения сигнала. Все это позволяет, в принципе, путем небольшого фазового

97 3 сдвига добиться полной взаимной компенсации активной и емкостной состав" ляющих остаточного тока при одном любом значении потенциала нв ячейке, т.е. остаточный ток может, в принципе, скомпенсировать только в-одной точке. Кроме того, этот прибор не компенсирует суммарное сопротивление R> в цепи исследуемого электрода. Следует также отметить, что за время съемки полярограммы за счет U -образной Зависимости емкости двойного слоя

С> от потенциала, фарадеевской составляющей Сф и В, в измерительной цепи полярографа возникает дополнительный. фазовый сдвиг аЧ = В W (С С ), (i} где ЬС - приращение емкости свойного слоя за время съемки полярограммы; - круговая рабочая частота, что приводит к увеличению, величины наклона остаточного тока, к ограниче" нию чувствительности метода и увеличению погрешности измерений. Недостатком прибора является также необходимость в дополнительной настройке фазового угла между вектором опор" ного напряжения и вектором активной составляющей напряжения на входе де" тектора так, чтобы емкостная помеха на выходе фильтра была всегда направлена встречно активной помехи, причем эта настройка нарушается при изменениях С и 8>, что снижает про" иэводительность прибора.

Цель изобретения - повышение чувствительности и производительности полярографа, а также расширение диапазона полярографирования.

Поставленная цель достигается тем, что в полярограф переменного тока, содержащий генератор линейно изменяющегося напряжения, соединенный со схемой управления, фазовращатель и генератор переменного напряжения, подключенные через потенциостат к аноду ячейки, к катоду которой последовательно подключены усилитель низкой частоты, фазовый детектор, фильтр, регистратор, а также источник опорных напряжений, дополнительно введены интегратор, следящая схема, коммутационная схема, фильтры низких и высоких частот, входы которых соединены с выходом усилителя низкой частоты с цепью положительной обратной связи, состоящей из резистивно-тран3 10354 зисторного делителя, причем затвор транзистора подключен к выходу инте" гратора, соединенного через коммутационную схему с источником опорных напряжений, вход следящей схемы no4-. ключен к выходу фильтра высоких час тот, и.коммутационная схема связана со схемой управления, а .выход фильтра низких частот - с входом фазового детектора. 1О

На фиг. 1 приведена схема поляро" графа; на фиг, 2 - изменения напряжения, на затворе транзистора U во временИ Полярограф содержит генератор ли- 15 нейно,иэменяюще ocR напряжения 1., соединенный с потенциостатом 2 и схемой управления 3.К потенциостату присоединены также ячейки 4 и фаэовращатель 5, являющийся нагрузкой генера- 2р тора синусоидального напряжения 6.

К катоду ячейки присоединены последовательно усилитель низкой частоты 7, фильтр низких частот 8, фазовый детек.тор 9, фильтр 10 и регистратор 11. 25

К выходу усилителя низкой частоты по. следовательно подключены фильтр высоких частот 12 и следящая схема 13.

В цепи положительной обратной свя" эи (ПОС) усилителя 7 в.качестве регулируемого резистора включен полевой транзистор 14, затвор которого. присоединен к выходу интегратора 15, связанного через коммутационную схе,му 16 с источником опорных напряжений 17 ° Причем следящая схема 13 и коммутационная схема 16 связаны со схемой управления 3. Устройство содержит также резисторы 18 и 19.

Работа прибора заключается в следующем.

Условием полной компенсации сум-. марного сопротивления R e цепи ис- следуемого электрода является ра" венстао

Zax 1 t (2)

45 где 2В,„» входное сопротивление усилителя низкой частоты в точке 2.

Условие (2) выполняется при оптимальном значении коэффициента ПОС где К - собствейный коэффициент уси ления усилителя низкой час" тоты;

Q> - токоизмерительный резистор.

Согласно анализу устойчивости системы потенцирстат - ячейка - усили97 4 тель низкой частоты граничное знвчеwe коэффициента ПОС равно ,Р= — . ((а — " с — . К) (()

К В +В Сравнивая условия (3) и (4) легко убедиться, что 4в"т и ск Р равны между собой,. т.е. 1003-ная компенсация

R< происходит на границе устойчивости. Это обстоятельство позволяет исгюльэовать возникновение автоколебаний в системе в качестве количественного критерия установки сИ"т.

В исходном состоянии интегратор 15 имеет нулевое выходное напряжение, которое соответствует минимальному значению величины сопротивления стокисток В э. В этом случае коэффициент

IlOC (aL= — ) практически равен йщ

"ш " 9 нулю °

Одновременно с установкой на ячей" ке потенциала начала полярографирования схема управления замыкает контакты 16А коммутационной схема, с, помощью которых вход интегратора 15 подключается к источнику опорных напряжений. С выхода интегратора линейно изменя)()щееся напряжение подается на затвор полевого транзистора 14, из" меняя его сопротивление R H, следовательно, глубину ПОС усилителя низ» кой частоты 7. Введение ROC по току эквиалентно включению в цепь катода отрицательного сопротивления, компенсирующего R . Глубина ПОС увеличивается до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты не появятся высокочастотные автоколебания малой амплитуды, которые выделяются, усиливаются фильтром высоких час" тот. ФВЧ 12 и подаются на вход следящей схемы 13. Сигнал управления с выхода следящей схемы подается на один из входов схемы управления 3, кото" рая размыкает ключ 16А и замыкает

166 на определенное время tg. Одно" временно схема. управления отключает вход следящей схемы от выхода фильт" ра высоких частот на время t : где EU - разница напряжений на затво" ре транзистора 14, при кото" рых происходит .возникновение генерации и.ее затухание (фиг. 2), причем это напряжение соответствует изменеwe сопротивления R 88 десятки Ом;

1035497 б величины В2, напримвр, от температуры и т.д.

ВНИИПИ Заказ 5822/44 Тираж 873 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

W - скорость развертки интвграЧ тора, которая должна быть такой, чтобы за время срабатывания следящей схемы и схемы управления глубина 5

ПОС практически не изменилась.

После задержки схема управления размыкает ключ 166 и замыкает 16А и одновременно подключает вход следя- 10 щей схемы к выходу фильтра высоких частот. Глубина ПОС увеличивается до тех пор, пока на выходе усилителя низкой частоты 7 не возникнут высокочастотные автоколебания малой ампли- 15 туды. В дальнейшем работа названных блоков повторяется.

Зависимость изменения напряжения на затворе транзистора во время показана на фиг. 2. Напряжение О> - 20 теи напряжение на затворе транзистора

14, при котором происходит возникновение генерации, 0 от ",- напряжение на затворе трайзистора, при котором исчезает генерация, tpj - время,, 25 в течение которого ключ 166 находится в замкнутом состоянии.

Устаановка оптимальной глубины ПОС происходит автоматически в течение съемки каждой полярограммы, чем обес" зо печивается учет возможных изменений

Таким образом, полярограф обладает по сравнению с прототипом более высокой чувствительностью за счет низкого уровня помех, достигнутого благодаря более полной компенсации

R в цепи катода ячейки с помощью

ПОС..При работе на предлагаемом по- . лярографе для чувствительности 5i.

«10 ОА/мм при определении кадмия методом инверсионной вольтамперомет" рии наклон и величина остаточного тока для трехэлектродной ячейки были уменьшены более, чем в 15-20 раэ.

Кроме того, компенсация остаточного тока производится автоматически, что существенно повышает производительность труда. Указанные преимущества полярографа позволяют более интенсивно внедрять полярографический метод в сферу производства для контроля технологических процессов и тем самым повысить качество выпус" каемой продукции и снизить процент брака. Особенно это относится к электронной промышленности, предъяв" ляющей повышенные требования к чистоте используемых материалов и растворов,