Хронопотенциометр

 

(I i) 100088 I

Сотоэ Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 30.04.81 (21) 3279772/18-25 (53)M. Кл.

6 О1 и 27/52 с присоелннениеет за»вкн At

Гесуаерстеееее квинтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 543.257 (o88. 8) Опубликовано 28;02.83. Бюллетень Рй 8

Дата опублнкованн» описан»» 01.03.83

le делен езееретееке и етернтий.а

Н.М. Жданович, Б.М. Мильман, И.Т, Прига и В.А. Терешкин (72) Авторы

H 0 á )t T e H tt » (71) Заявитель (54) ХРОНОПОТЕНЦИОМЕТР

Изобретение относится к технике исследования электрохимических процессов и может быть. использовано для измерения площади изделий перед нанесением электролитических покрытий, а также для анализа электроли- . тов.

Известны хронопотенциометры, содержащие источник стабилизированного тока (гальваностат), блок контроля и фиксации потенциала 11 1.

Известные хронопотенциографы позволяют пропускать через измерительный электрод стабилизированный ток и измерять время достижения электродом заданного потенциала (переходное время). При измерении переходного времени с помощью таких хронопотенциографов возникает погрешность из-за наложения на электродный потенциал омической составляющей падения напряжения в электролите на участке между измерительным электродом сравнения. Эта погрешность иска2 жает результат измерения при работе

; на больших токах, а также в элект ролитах с низкой электропроводностью.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является хронопотенциометр, содержащий гальваностат, связанный с измерительным и вспомогательным электродами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, соединенный со счетчиком то времени, и блок компенсации омической составляющей, содержащий дифференциальный усилитель. Блок компенсаций содержит компенсационное сопротивление, включенное в цепь измерительного электрода, и два усилителя. К входу первого усилителя под" ключено компенсационное сопротивление, а выход второго соединен с измерительным электродом. При достиже-. нии электродом заданного потенциала срабатывает компаратор, входящий в блок фиксации потенциала, и хронопотенциометр переключается на другой

3 1000881 режим работы, Компенсация омической аналоговый преобразователи, причем составляющей осуществляется следую- регистр соединен через аналого-цифщим образом. Ток, протекающий через ровой преобразователь с электродом компенсационное сопротивление, соз- сравнения, через цифро-аналоговый дает на нем падение напряжения, рав- преобразователь - с дифференциальным ное омическому в электролите. Это усилителем и через линию задержкинапряжение при помощи дифференциаль- с гальваностатом. ных усилителей вычитается из потен- Введение в блок компенсации омициала измерительного электрода, взя- ческой составляющей запоминающего того относительно электрода сравне- 1в устройства, выполненного в аналогония f2 J. вой или цифровой форме, и его связь

Установка величины компенсацион- с гальваностатом через линию задержного сопротивления осуществляется ки обеспечивает запоминание потенвручную с контролем по осциллографу. циала через 10 "-10 < с после вклюПоскольку величина омической состав- у чения тока, т.е. запоминание неполяющей зависит от многих факторов, средственно омической составляющей. в том числе от формы и взаимного Запоминающее устройство позволяет расположения электродов, указанную сохранить величину омической составоперацию необходимо повторять при ляющей до конца измерения. Поэтому каждом измерении, что: снижает про- .устраняется имеющаяся в прототипе изводительность труда при массовых необходимость непрерывно снимать сигизмерениях и является недостатком нал, пропорциональный омической сосизвестного прибора. тавляющей, с компенсационного соЦель, изобретения - повышение про- противления, величина которого опреизводительности труда при массовых деляется и устанавливается вручную хронопотенциометрических измерениях перед каждым измерением. в однотипных электрохимических системах, например, при хронопотенциометрическом анализе.

Поставленная цель достигается тем, что в хронопотенциометре, содержащем гальваностат, соединенный с измерительным и вспомогательным электродами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, соединенный со счетчиком времени, и блок ,компенсации одической составляющей, содержащий дифференциальный усилитель, блок компенсации снабжен дополнительно запоминающим устройством, соединенным с электродом сравнения

40 и с одним из входом дифференциального усилителя, другой, вход которого соединен с электродом сравнения, а выход - с блоком фиксации потенциала, при этом запоминающее устройство соединено с гальваностатом через линию задержки.

Запоминающее устройство выполнено в аналоговой или цифровой форме.

В первом случае оно содержит усилитель, ключ и емкость, причем вход усилителя соединен с электродом сравнения, выход через ключ - с емкостью и дифференциальным усилителем, а ключ соединен через, линию задержки с гальваностатом. Во втором случае запоминающее устройство содержит регистр, аналого-цифровой и цифроВ предлагаемом решении учитывается тот факт, что сила тока в процес", се измерения не меняется, поэтому величина омической составляющей, зафиксированная в запоминающем устройстве, остается постоянной до конца измерения.

Погрешность определения омической составляющей, связанная с заряжением двойного слоя, для простых электрохимических систем может быть определена по формуле

3 t

С где 3 - плотность тока; время;

С - .удельная емкость двойного слоя.

Эта формула позволяет выбрать верхний предел времени запоминания

10 с. Нижний предел определяется быстродействием гальваностата. В тех случаях, когда не представляется возможным оценить емкость двойного слоя, погрешность может быть определена с помощью осциллографа, Емкость двойного слоя для однотипных электрохимических систем меняется незначительно, поэтому нет необходимости определять ее перед каждым измерением, достаточно проделать эту операцию один раз для данной системы.

000881 4 з т10

1S

43

М

% 1

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого хрснопотенциометра; на фиг. 2 - запоминающее устройство, выполненное в аналоговом виде; на фиг. 3 - то же, в цифровой форме.

Хронопотенциометр содержит гальваностат 1, соединенный с измеритель ным (ИЭ) и вспомогательным (ВЭ} элен родами электрохимической ячейки (Я).

Блок 2 фиксации потенциала, обеспечивающий фиксацию потенциала в пределах 0,01-2,00 В, соединен со счетчиком 3 времени, обеспечивающим отсчет времени в пределах 0,01-99,99 с

Блок 4 компенсации омической составляющей содержит запоминающее устройство 5, соединенное с электродом сравнения (ЭС) и с одним из входов дифференциального усилителя 6, входящего в этот же блок. Другой вход усилителя 6 соединен с электродом сравнения, а выход - с блоком 2 фиксации потенциала. Запоминающее устройство 5 связано с гальваностатом

1 через линию 7 задержки.

Запоминающее устройство 5, выполненное в аналоговом виде, содержит высокочастотный (не менее 10 МГц) усилитель 8, вход которого соединен с ЭС, а выход ч рез электронный ключ 9 - с емкостью 10. Ключ 9 соединен с гальваностатом 1 через линию . 7 задержки, а емкость 10 - с одним из входов дифференциального усилителя 6.

В запоминающем устройстве 5, вы- полненном в цифровой форме, регистр

11 памяти соединен с электродом сравнения через аналого-цифровой преобразователь 12, с одним из входов дифференциального усилителя 6 через цифро-аналоговый преобразователь 13, а с гальваностатом 1 - через линию 7 задержки.

Хронопотенциометр работает следующим образом, Включается гальваностат 1, поддерживающий заданный ток между ИЭ и ВЭ. При выполнении запоминающего устройства 5 в аналоговом виде (фиг. 2 . через усилитель 8 заряжается емкость 10, "отслеживая" потенциал ИЭ относительно ЭС.

Через 10 "-10 с после включения гальваностата 1 сигнал через линию задержки поступает на электронный ключ 9, который разрывает цепь заряда емкости 10. Напряжение на емкости 10 сохраняется практически неизменным до конца измерения, т.е. осу ществляется запоминание омической составляющей. Снижение напряжения на емкости за.время измерения превышает 13 и определяется входным сопротивлением дифференциального усилителя 6. Если запоминающее устройство

5 выполнено в цифровом виде,(фиг. 3} запоминание потенциала измерительного электрода относительно электрода сравнения осуществляется в регистре

11 через 10 "-10 с после включения гальваностата 1 по сигналу, поступившему через линию 7 задержки. Эта величина сохраняется в регистре 11 до поступления нового сигнала, т.е. до следующего измерения.

На дифференциальном усилителе 6 осуществляется вычитание омической составляющей, зафиксированной в запоминающем устройстве 5, иэ общей величины электродного потенциа. .а, и с выхода дифференциального усилителя 6 сигнал поступает на блок 2 фиксации потенциала. По достижении измерительным электродом заданного потенциала блок 2 фиксации потенциала отключает гальваностат I и останавливает счетчик 3 времени, вкпю" ченный одновременно с гальваностатом.

Время, зафиксированное счетчиком 3 времени, является переходным време" нем, которое используют затем для оп. ределения концентрации электролита, SS площади электрода или других харак" теристик процесса.

Применение предлагаемого хронопотенциометра позволяет расширить об" пасть применения хронопотенциометрии благодаря повышению производительности процесса измерения.

Формула изобретения

1. Хронопотенциометр, содержащий гальваностат, соединенный с измерительным и вспомогательным эпектро" дами электрохимической ячейки, блок фиксации потенциала, содиненный со счетчиком времени, и блок компенсации омической составляющей, содержа- щий дифференциальный усилитель, о ти и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности труда при массовых хронопотенциометрических измерениях в однотипных электрохимических системах, блок компенсации омической составляющей дополУ 1000881 8 нительно снабжен запоминающим устрой- запоминающее устройство содержит реством, соединенным с электродом срав- гистр, аналого-цифровой и цифроананения и с одним из входов дифферен- логовый преобразователи, причем рециального усилителя, другой вход ко- гистр соединен через аналого-цифроторого соединен с электрод и сравне- g вой преобразователь с электродом ния, а выход - с блоком фиксации по- сравнения, через цифроаналоговый тециала, при этом запоминающее уст-. преобразователь - с дифференциальным ройство. соединено с гальваностатом усилителем и через линию задержкичерез линию задержки. с гальваностатом.

2. Хронопотенциометр по и, 1, 1© отличающийся тем, что Источники информации, запоминающее устройство содержит уси- принятые во внимание при экспертизе литель, ключ.и емкость, причем вход усилителя соединен с электродом :. 1. Раннев Г. Г. Хронопотенциогра-сравнения, выход через ключ - с ем- ts фы. И., "Энергия", 1979, с. 54-62. костью и дифференциальным усилите- 2. Алексеев В.Н,, Кнот Л.Н., лем, а ключ соединен через линию Эршлер А.Б. Многофункциональные хрозадержки с гальваностатом. нопотенциометры. — "Электрохимия", 3. Хронопотенциометр по и, 1, 1976, т. 12, вып. 10, с. 1545 отличающийся тем, что 20 {прототип).

1000881, Корректор M Демчик

Подпйсное.Составитель И. Рогаль

Редактор С. Пекарь Texpeg О.Неце

Закаэ 1369/45 Тираж 871

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

13035 Москва Ж-)5a Раушская наб. g "/

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