Устройство для определения комплексных компонент переменного поверхностного натяжения

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам для изучения поверхностных свойств твердых электродов, и может быть использовано в приборостроении, а также в научно-исследовательской практике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременной регистрации обоех компонент. Для этого в устройство, выполненное на базе электрохимической ячейки, работающей на переменном токе, дополнительно введен компаратор и генератор парных прямоугольных импульсов, что позволяет получать зависимость обеих комплексных компонент поверхностного натяжения от потенциала электрода. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5II 4 С 01 N !3/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П.1НТ СССР (21) 4252169/31-25 (22) 28.05 ° 87 (46) 30.10.89. Бюл. Р 40 (71) Вильнюсский государственный университет им. В. Капсукаса (72) Г.В. Валинчюс и В.А. Кайрис (53) 543,542(088.8) (56) Гохштейн А.Я. Поверхностное натяжение твердых тел и адсорбация, М., Наука, 1976, c. .328-348.

Авторское свидетельство СССР

9 1241104, кл. С 01 N 13/02, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ КОМПОНЕНТ ПЕРЕМЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам для изучения поверхностных свойств твердых электродов, и может быть использовано в приборостроении, а также в научно-исследовательской практике для регистрации зависимостей комплексных компонент производной поверхностного натяжения (ППН) по плотности эаряда электрода, находящегося в контакте с жидким электролитом, от потенциала электрода или времени.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременной регистрации обоих комплексных компонент переменного поверхностного натяжения.

„„SU„„1518725 А 1

2 именно к устройствам для изучения поверхностных свойств твердых электродов, v. может быть использовано в приборостроении, а также в научно-исследовательской практике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременной регистрации обеих компонентов, Для этого в устройство, выполненное на базе электрохимической ячейки, работающей на переменном токе, дополнительно введен компаратор и генератор парных прямоугольных импульсов, что позволяет получать 3GQHcHMocTb обоих комплексных компонент поверхностного натяжения от потенциала электрода. 3 ил.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы напряжения в разных точках устройства; на фиг. 3 — кривые зависимости реальной и мнимой компоненты ППН от по- Ф тенциала Е платинового электрода в ЬР контакте с 1 н. Н $0„; 0,2 í. CdSO< ° Ql

Устройство состоит иэ электрохимической ячейки I с электролитом, рабочего электрода 2, расположенного в ячейке I, жестко скрепленного с пьезоэлектрическим преобразователем 3. В ячейке 1 расположены также элект- Ь род 4 сравнения, первый вспомогательный электрод 5 для задания среднего потенциала рабочего электрода 2, второй вспомогательный электрод 6 для пропускания переменного тока.

15187?5!

1ыхоп ир<обризонитепн 3 соединен с нходс>< избир,<гепьного усилителя 7, ны:сод которого подключен к входу 4

<>спиппографического регистратора 8.

Электр<>д 4 сравнения через фильтр 9 с высоким входным сопротивлением соединен с нннертирующим входом потенцис стати 1О, выход которого соединен с первым вспомогательным электрод<зм 5. 10

Неиннертирующий вход потенцностата 10 соединен через фильтр ll с выходом формирователя 12 постоянного и линейно-меняющегося напряжения. Этот выход через лереключатель 13, обеспечиваю- 15 щий переход от режима внутренней к внешней развертке по горизонтали регистратора 8, соединен с Х-входом регистратора 8, второй вспомогательный электрод 6 через образцовое сопротивление 14 подключен к выходу генератора 15 синусоидального напряжения.

Этот же выход через компаратор 16 соединен с входом генератора 17 парных

IIpIIIIoyroziI>ных импульсов > ВыхОд КОТО 25 ро го подключен к модулирующему входу регистратора 8.

Устройство работает следующим Обризом.

Среднее значение потенциала раба- 30 чего электрода 1 формируется в формирователе 12 и представляет собой, в общем случае, сумму постоянного и меняющегося по линейному закону нипрнженин, которое поступает через фильтр 11 ни неиннертирующий вход потенциостати 10. Ни инвертирующий вход потенциостата 10 через фильтр 9, идентичный фильтру ll, поступает напряжение с электрода 4 сравнения, Таким

Образом, потенциостат 10 посредс:тном пропускания тока через электрод 5 обеспечивает поддержание между рабочим 2 и вспомогательным 4 электродами значения напряжения Qopw»pye<-I<>I О форУ

45 миронателем 12. Для возбуждения колебаний ППН через вспомогательный электрод 6 От генератора 15 синусоидального напряжения через образцоное сопротивление 14 на рабочий электрод 2 подаетсн переменный ток. Развязку це- 50 пей переменного и постоянного тока осущестнпяет фильтр 9, поло< а задержки которого охвитынае T II Ii . IoII pG бочих частот генератора 15. Фильтр 11 обеспечивает компенсацию небольного пс стоянного IIa:;< IIIIII напряжения на фильтре 9 при линейной развертке потенциала p II><>a< I »next popes;I 2.

Возбужденные прохождением переменного тока через электрод 2 колебания ППН преобразуются в электрическое напряжение пьезоэлектрическим преобразователем 3, а затем усиливается избирательным усилителем 7. Усиленное напряжение с выхода усилителя 7 подается на Y-вход (канал вертикального отклонения) осциллографического регистратора 8. При этом фазовый сдвиг напряжения на выходе усилителя 7, в общем случае, может иметь любое значение 0-360 по отношению к колебанию напряжения на выходе генератора 15 в точке его соединения с сопротивлением 14. Поэтому перед регистрацией необходимо призвести настройку устройства по известному поверхностному натяжению в изучаемой электрохимической системе. В дальнейшем будем исходить из того, что калиброночный сигнал имеет нулевой фазовый сдвиг с = 0 и значение модуля Е = — 1,5 В, что соответствует реальной эпектрохимической системе, эстансограммы которой приведены на фиг. 3, при потенциале электрода E = 1,4 В (Относительно нормального водородного электрода).

Настройку устройства в случае, когда уровень наводок незначителен и ими можно пренебречь проводят следующим образом. Б данном случае переключатель 13 ставится в отключенное положение, при этом на экране регистратора появляется синусоида, произвольно сдвинутая по отношению к началу развертки, например как на фиг. 2, график а. Напряжение с генератора 15 подается на вход комларатора 16 и если первоначально на нем установлен нулевой уровень срабатывания, тогда запускаемый положительным фронтом импульса компаратора 16, генератор 17 начинает генерацию пар импульсов, которые модулируют яркость луча регистратора 8. Интервал в паре равен

0,25 Т, длительность с импульса выбирается из условия Г 0,01 Т. В результате этого на синусоиде, иницируемой регистратором 8, появляются ярко светящиеся точки, изображенные черными кружками на графике а. Так как фазовый сдвиг ППН в данном случае равен нулю, изменяя уровень срабатывания компаратора 16 (фиг. 2, график б, уровень отмечен пунктирной линией, нипесенной на синусоиду выходного снг

5 15187 нала генератора 15), добиваются сдви-! га светящихся точек на синусоиде к положению, изображенному светлыми кружками, график а на фиг. 2. Напряжение на выходе компаратора при этом соот5 ветствует графику в на фиг, 2, а на выходе генератора 17 — графиг r. После этого. включается переключатель 13, обеспечивающий переход к управлению горизонтального канала регистратора 8 напряжением формирователя 12, снимается остаточное свечение синусоиды при помощи внутреннего регулятора яркости регистратора 8. При этом на экране высвечиваются две точки, расположенные в одной вертикали. Положение последней зависит от потенциала электрода, так как при включении переключателя 13 каждой точке на горизонтали на экра- 20 не регистратора соответствует определенное значение потенциала электрода.

После этого производится запись кри вых зависимостей комплексных компонент

ППН от потенциала путем включения раз-)5 вертки напряжения в формирователе 12.

Результат регистрации представлен на фиг. 3.

Настройка устройства в присутствии . значительных электростатических наво- 30 док проводится следующим образом.

Электроду 2 сообщается потенциал, при котором известна фаза Ф и модуль с эстанса (в нашем случае / 0 и с =

1,5 В), При этом механические колебания электрода демпфируются, а переключатель 13 ставится в отключенное положе25

U, cos(

U = U„cos((g +6 — y ) + U „, (2)

Так как в калибровочном опыте <0 то из уравнений (1 ) и (2) определяется фазовый сдвиг при преобразовании и усилении ППН и коэффициент преобразования, U

8 = y + arctg

U " "— Гн

Ull

Е Е sin(H-ll)

После определения параметров 8 и К переходят к записи зависимости величин о1(Е) и U ""(Е) от потенциала электрода путем включения переключателя 13 и снятия остаточного свечения синусоиды колебания при помощи внутреннего регулятора яркости свечения регистратора 8. Зависимости комплексных компонент ППН получают в данном случае путем расчета по формулам

Ц(Е) = 0 — yl + агссд т (Е) Пн ц (Е) UÛ2 и 1, ((Е)+с,.) Re y (Е) = — -- s in y(E) Бп (Е) 9 К и Ы2

35 9 К

I y (E) = -- — cosy(E) .

Индексом Е в скобках помечены те величины, которые зависят от потенциала электрода.

При регистрации временных зависиMocTeA Re ) 9 ll 1Ф) настройка при бора осуществляется в тех же последовательностях, с той разницей, что запись зависимостей на регистраторе 8 проводится с включенной внутренней разверткой по горизонтали с требуемой скоростью передвижения луча.

Устройство для определения комплексных компонент переменного поверхностного натяжения, содержаи ее электрохимическую ячейку с расположенным в ней рабочим электродом, скрепленным с пьезоэлектрическим Ilplобр,l osателем, который подключ .н к их ну избирательного усилителя, перпый вспомоние, вследствие чего на регистраторе 8 появляются иэображения колебаний электростатических наводок. Измеряется модуль Е и фаза ь наводок, а уровень срабатывания компаратора 16 устанавливается таким, чтобы в момент первого импульса генератора 17 сигнал наводок был равен нулю, а в момент

45 второго — модулю наводок С . После этого снимается демпфирование рабочего электрода и на экране регистратора 8 появляется иэображение колеба- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ния, соответствующего сумме двух колебаний: наводок и полезного сигнала, преобразованного и усиленного 11ПН. 11одуль последнего сигнала обозначим а фазовый сдвиг при преобразовании vl усилении — 8. Высвечиваемые импульсами генератора 17 точки отклонены от нулевой линии во время первого импульса на величину Г, равную

1518725

Фий. 2

Составитель А. Кощеев

Редактор Ю. Середа Техред Л.Олийнык Корректор В,Кабаций

Заказ 6600/48 Тираж 789 Подписное

BHHHllH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г . Ужгород, ул. Гагарина, 101 гательный электрод, расположенный в электрохимической ячейке и подключенный к выходу потенциостата, инвертирующий вход которого соединен с элек5 тродом сравнения, расположенным в электрохимической ячейке, а неинвертирующий вход соединен с выходом формирователя постоянного и линейно-меняющегося напряжения, второй вспомогательный электрод, расположенный в электрохимической ячейке и подключенный к выходу генератора синусоидального напряжения, и осциллографический регистратор, Х-вход которого соединен с выходом формирователя постоянного и линейно-меняющегося напряжения, à Y-вход — с выходом избирательного усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременной регистрации обоих комплексных компонент переменного поверхностного натяжения, устройство дополнительно содержит компаратор с переменным. уровнем срабатывания, вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напряжения, и генератор парных прямоугольных импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом компара. тора, а выход - с модулирующим входом осциллографического регистратора.