Устройство контроля электрохимических приборов

 

Изобретение относится к измерительным приборам, предназначенным для контроля злектрохимических приборов: полярографов и хронопотенциометров с использованием имитаторов электрохимической ячейки. Цель - повышение точности моделирования вольтамперометрических измерений и расширение области применения. Для зтогр в устройство , содержащее двухполюсник, выполненный в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора, и две цепи, состоящие из последовательно соединенных источника тока, диода и резистора, дополнительно вводят делитель, стабилизатор напряжения , элемент ИЛИ, интегратор и дополнительную цепь из последовательно соединенных источника тока, диода, резистора, стабилизатора тока и параллельно соединенных выключателя, резистора и конденсатора. Устройство позволяет моделировать электрохимические процессы, включая инвер- , сионную вольтамперометрию и хронопотенциометрию. 1 ил. с S (Л ф о 00 оэ 42ь м

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) И1) (50 4 G 01 N 27/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И.ОТНРЫТИЙ (21) 4157077/24-25 (22) 08.12.86 (46) 07.07,88. Бюл. Ф 25 (7 1) Специальное конструкторско-технологическое бюро по конструированию оборудования и приборов для очистки промышленных сточных вод и Северо-Кавказский филиал Всесоюзного научно-исследовательского и конструк-торского института "Цветметавтоматика" (72) В.В.Гадицкий и Б.И.Варновский (53) 543. 257 (088. 8} (56) Авторское свидетельство СССР

У 497864, кл. G 01 Н 27/48, 1973.

Авторское свидетельство СССР

11 697903, кл. G 01 N 27/48, 1976. (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ (57) Изобретение относится к измерительным приборам, предназначенным для контроля электрохимических приборов:

1 полярографов и хронопотенциометров с использованием имитаторов электрохимической ячейки. Цель - повышение точности моделирования вольтамперометрических измерений и расширение области применения. Для этого в устройство, содержащее двухполюсник, выполненный в виде параллельно соединенных резистора и конденсатора, и две цепи, состоящие из последовательно соединенных источника тока, диода и резистора, дополнительно вводят делитель, стабилизатор напряжения, элемент ИЛИ, интегратор и дополнительную цепь из последовательно соединенных источника тока, диода, 9 резистора, стабилизатора тока и параллельно соединенных выключателя, резистора и конденсатора. Устройст- ( во позволяет моделировать электро \ химические процессы, включая инвер-, сионную вольтамперометрию и хронопотенциометрию. 1 ил.

4ь го соединен с входной клеммой Вспомогательный электрод, а выход через резистор 11 соединен с входной клеммой 11Электрод сравнения", причем ин-, формационный вход стабилизатора 24 напряжения соединен с источником 20 тока.

Устройство работает следующим образом.

Конденсатор 4 моделирует заряд двойного электрического слоя, резистор 6 — фарадеевскую составляющую остаточного тока, резистор 11 — внутреннее сопротивление электрода сравнения. При замкнутых конта .тах выключателя 2 1 моделируется ячейка со стационарными условиями диффузии (раствор интенсивно перемешивается, режим, используемый в инверсионных электрохимических методах анализа в стадии осаждения).

Возникновение предельного тока моделирует стабилизатор 22 тока. Величина концентрации анализируемых ионов задается силой тока стабилизатора 22.

Потенциал полуволны определяется напряжением источника 20 тока. Резистор

7 определяет наклон ветви вольтамперограммы. Таким образом, при увеличении катодного потенциала на индикаторном электроде появляется фоновый ток (определяемый резистором 6 и конденсатором 4), затем по достижении потенциала источника 20 тока диод 15 открывается, возникает ток, который определяется стабилизатором 22 тока.

При увеличении катодного потенциала до величины источника 18 тока открывается диод 13, и через резистор

7 возникает ток, который моделирует разряд фонового электролита и выделение водорода на индикаторном электроде. Выделение кислорода в анодной области потенциалов моделирует электрическая цепь из источника 19 тока, диода 14 и резистора 8. Потенциал выделения кислорода определяется источником тока. Величина резистора 8 определяет наклон вольтамперограммы.

Если контакты выключателя 21 разомкнуты, моделируется ячейка с нестационарными условиями диффузии (раствор не перемешивается, режим, используемый в полярографии). В этом случае в диффузионной области концентрация анализируемых ионов уменьшаетсг в,результате их разряда на индикаторном электроде, соответственно! . 1408347 ( (Изобретение относится к измери= ельной технике и предназначено для Ойтроля работоспособности электроимических приборов (полярографов, версионных вольтамперометрических нализаторов, инверсионных хронопоенциометров и т.п.) в процессе их оздании и эксплуатации и может быть рименено в радиоэлектронной промышенности при разработке, производсте электрохимичЕских приборов, в друих отраслях промышленности при настойке, эксплуатации электрохнмичесих приборов. 15

Цель изобретения — повышение точости моделирования вольтамперометических измерений и расширение области применения за счет возможности оделирования инверсионных вольтамперометрических и хронопотенциометрических процессов анализа.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит входные клем- 25 мы, соответствующие вспомогательному

lf и индикаторному 2 электродам, и электроду 3 сравнения, конденсаторы

4 и 5, резисторы 6-12, полупроводниковые диоды 13-17, источники 18-20 пи- 30 тания, выключатель 21, стабилизатор

22 тока, элемент ИЛИ 23, стабилизатор ,24 напряжения, делитель 25, интегра;тор 26, в котором конденсатор 27 оп1 ределяет постоянную времени интегри рования. Между индикаторным 2 и вспо могательным 1 электродами включены ! двухполюсник в виде параллельно сое, диненных резистора 6 и конденсатора 4 и три электрические цепи: первая цепь 40 состоит из последовательно соединенных источника 18 тока, диода 13, резистора 7; вторая — из источника 19 тока, диода 14, резистора 18, третья — из источника 20 тока, диода 15, резистора 10, стабилизатора 22 тока и параллельно соединенных выключателя 21, резистора 9 и конденсатора 5.

Вход интегратора 26 соединен через.делитель 25 с резистором 10, который включен между стабилизатором

22 и диодом 15, при этом параллельно конденсатору 27, определяющему постоянную времени интегратора 26, включены резистор 12 и два последовательно соединенных диода 16 и 17, а вы55 ход интегратора через стабилизатор

24 напряжения связан с первым входом элемента HJIH 23, второй вход которо1408347 уменьшается ток разряда анализируемых ионов. Этот процесс моделируется зарядом конденсатора 5. В первый момент времени конденсатор 5 разряжен, и ток, протекающий через него, максимальный (определяется стабилизатором

22), затем по мере разряда конденсатора ток через него снижается до нуля (моделируется полный разряд анализируемых ионов в диффузионной области). Резистор 9 определяет миграционный ток через ячейку.

Выделение анализируемого вещества на индикаторном электроде при превышении равновесного потенциала на 0,10,2 В моделируется резистором 10.

Т.е. для выхода стабилизатора тока на заданный режим необходимо превысить не только напряжение источника

20 тока (и прямое падение напряжения на диоде 15), но и падение напряжения на резисторе 10. В стадии катодного электроосаждения напряжение с резистора 10 поступает через делитель 25 на интегратор 26, На выходе последнего пропоционально времени осаждения формируется линейно возрастающее напряжение. Сигнал с выхода интегратора 26 поступает на вход стабилизатора 24 напряжения, который ограничивает напряжение до величины

Е,. = Е, . Поскольку входное напря га жение на электродах 1 и 2 вьппе, чем напряжение с выхода стабилизатора

24, на электрод 3 через элемент KIH

23 поступает входное напряжение. В стадии успокоения раствора обычно ток через ячейку не пропускают, поэтому конденсатор 4 быстро разряжается через резистор 6, и напряжение на клемме 3 определяется выходным напряжением стабилизатора 24.

Растворение анализируемого вещества под действием растворенного кислорода моделируется током разряда конденсатора 27 через резистор 12. Величина тока на последнем определяет

"утечку" конденсатора 27 или в реальной ячейке степень удаления растворенного кислорода из электродной ячейки.

В стадии электрорастворения полярность входного тока изменяется. При этом блокируется стабилизатор тока, а вход интегратора через заблокированный стабилизатор тока и выключатель 2 1 подключается к входной клемме 1 — на вход интегратора поступает напряжение в зависимости от потенциала клеммы 1. Интегратор реверсируется — напряжение на выходе интег 5 ратора уменьшается. В стадии регенерации индикаторного электрода анодный ток обычно скачком увеличивают.

В этом случае происходит дальнейшая перезарядка конденсатора 27 до нап10 ряжения, определяемого моментом открытия диодов 16 и 17. Это небольшое напряжение моделирует окисленное состояние индикаторного электрода. Заряд конденсатора 27 в сле15 дующий цикл измерения начинается не с нуля, а с некоторой величины, характеризующей количество электричества, необходимое для "снятия" хемосорбированного кислорода с индика2О торного электрода.

При использовании устройства для контроля инверсионных полярографов (дифференциально-импульсных или с линейной разверткой потенциалов) все

25 стадии за исключением анодного электрорастворения проходят идентично методу инверсионной хронопотенциометрии. В стадии электрорастворения при подходе потенциала развертки к Е

30 возникает пик анодного растворения.

Причем высота пика определяется как скоростью развертки потенциала,, так напряжением на выходе интегратора.

Площадь под пиком определяется только напряжением на выходе интегратора.

Результаты испытания устройства показали его универсальность, эффективность и работоспособность. Для осуществления предлагаемого изобрете40 ния не требуются капитальные затраты и специальное оборудование.

Устройство точнее моделирует электрохимическую ячейку и может моделировать электрохимическую ячейку, рабо45 тающую в следующих режимах: инверсионной хронопотенциометрии, инверсионной вольтамперометрии, инверсионной дифференциально-импульсной вольтамперометрии, разряда ионов фонового электролита и Выделения водорода на индикаторном электроде, возникновения остаточного тока (фарадеевской составляющей), разряда анализируемых ионов в условиях стационарной диффузии.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для контроля электрохимических приборов, содержащее двухполюсник, выполненный в виде парал"

5 40 л 1льно соединенных резистора и конд нсатора, и две цепи, каждая из кот рых состоит из последовательно соед енных источника тока, диода и рез стара, о т л и ч а ю щ е е с я т м, что, с целью повышения точности м делирования вольтамперометрических и мерений и расширения области прим нения, в него дополнительно введен делитель, стабилизатор напряжения, э емент ИЛИ, интегратор, в котором п раллельно конденсатору, определяющ му постоянную времени интегратора, п дключены резистор и два последоват лько соединенных диода, и включенн я между входными клеммами: "Индик торный электрод" — "Вспомогательн и электрод" дополнительная цепь, 8347 6 состоящая из последовательно соединенных источника тока, диода, резистора, стабилизатора тока и параллель5 но соединенных выключателя резистоЭ ра и конденсатора, при этом вход интегратора через делитель соединен с резистором, который включен в дополнительной цепи между стабилизатором тока и диодом, а выход интегратора через стабилизатор напряжения связан с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входной клеммой "Вспомогательный элект1В род", а выход — через резистор с клеммой "Электрод сравнения", причем вход стабилизатора напряжения соединен с источником тока дополнительной цепи, Составитель P. Салихджанова

Техред N.Äèäûê 1(орректор Э.Лончакова

Редактор И.Горная

Подписное

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3305/47

11роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4