Устройство для поляризационных измерений

Устройство для поляризационных измерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик и >84?227 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 100579 (21) 2767243/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 150781. Бюллетень No 26

Дата опубликования описания 150781

{51)М. Кл.

6 01 и 27/22

G 01 R 31/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

{53) УДК 621 317.7 (088. 8) 2

В.К.Алтухов, В.А.Бородкин, Ю.М.Водяно, В ) .гречишкин, В.A.Èàêàðoâ и В.Г«Шаталов

/ (72) Авторы изобретения зического

*ческом

Опытно-конструкторское бюро специал приборостроения при Воронежском институте (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

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 электродов между поверхностью рабочего электрода и "носиком" электрода сравнения в электролите возникает омическое падение потенциала, которое может быть значительным при большом сопротивлении раствора, высокой плотности тока или при образовании на электроде плохо .проводящих поверхностных слоев.

Известно устройство для поляриэационных измерений с компенсацией омического падения потенциала, содержащее потенциостат и трехэлектродную электрохимическую ячейку. Поправку на 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 (1 ).

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

Известен способ непрерывного определения внутреннего сопротивления электрохимичеекой ванны и устройство для его реализации,. заключающийся в том, что на постоянное напряжение на зажимах ванны накладывают пе2О ременный 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 поляризационнмл

847227

Устройство работает следующим образом.

В том случае, если в процессе реакции сопротивление электро..ита не изменяется, а изменяется ли.:ь;.ипеданс Z y 23, характеризующий электродный процесс, происходит соотве ствукщее 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 6 и электродом 8 трехэлектродной электрохимической ячейки 5, то измерениях с последующей компенсацией омического падения потенциала (2)

Недостаток устройства, реализующего этот способ — отсутствие автоматической компенсации омического падения потенциала.5

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для поляризациониых измерений с автоматической компенсацией омического падения потенциала, содержа;шее 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 Щ 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

Ь на том же участке, выпрямляется и автоматически добавляется к заданному напряжению, поддерживаемому потенциостатом (3).

Однако данное устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и надежностью, а также 4О 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 вспомогательным электродами и электродом сравнения, рабочий электрод которой соединен с первым выводом индуктивности, вспомогательный электрод 60 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 напряжения 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, включакщий в себя источник 2 питания, дифференциальный усилитель 3 и выходной усилитель 4, трехэлектродную электрохимическую ячейку 5 с рабочим электродом б, 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

15 света, фильтр на конденсаторе

16 и 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 y 23, характеризующим электродный процесс. Сопротивление 23 раствора соединено с электродным импедансом Z 23 последовательно.

847227 изменяется ток через источник 15 света оптоэлектрического преобразова" теля 13, соответственно изменяется сопротивление 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 падения потенциала позволяет проводить надежные поляризационные измерения в условиях, когда омическое падение потенциала может достигать значительной величины, например, в ячейках с низкоомной средой при больших плотностях тока, и с высокоомной средой. Кроме того,,появляется возможность 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 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, надежности и упрощения измерения, в него дополнительно введены генератор переменного напряжения, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, оптоэлектрический преобразователь с источником света и фотоприемником, и детектор, при .этом генератор переменного напряжения подключен ко входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого

20 через усилитель мощности подключен к рабочему электроду, к электроду сравнения подключен вход детектора, выход которого соединен со вторым входом потенциостата, причем в цепь д обратной связи усилителя с регулируемым коэффициентом усиления включен фотоприемник оптоэлектрического преобразователя, источник света которого включен между выходом потенциостата и вторым выводом индуктивности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дэван .И., Лендьел Б., Месарош Л. Метод и аппаратура для автоматической компенсации омического падения напряжения. — "Защита ме,таллов", 1973, т.. 9, вып. 3, с. 276.

4О 2. Авторское свидетельство СССР

9625638, кл. G 01 R 27/22, 1978.

3. Дэван И., Лендьел Б., Месарош Л. Метод и аппаратура для авто4 матической компенсации омического падения напряжения. — "Защита металлов", 1973, т. 9, вып. 3, с. 280 (прототип).

847227

Рие. 1 фиг.2

Составитель В.Костин

Редактор 0.Персиянцева Техред Т. Маточка рр р

Ко екто Г.Решетник

Заказ 5480/71 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4