Устройство для автоматического и независимого регулирования потенциалов двух индикаторных электродов

 

00 491900

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (51) М, Кл. G Olr 7/02 (22) Заявлено 21.05.73 (21) 1919669/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.11.75. Бюллетень № 42

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 621.317.3 (088.8) по делам изобретений н открытий

Дата опубликования описания 01.04.7б (72) Авторы изобретения

В. В. Кушнев, Л. Л. Кноц, В. H. Алексеев, М. P. Тарасевич и

В. А. Мускин

Институт электрохимии АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО И НЕЗАВИСИМОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ДВУХ И НДИ КАТОРНЪ1Х

ЭЛЕКТРОДОВ

Изобретение относится к устройствам для электрохимических IHсследо ваний.

В настоящее время при исследовании электрохимических процессов используются методы, основанные на применении дискового 5 электрода с кольцом. Эффективное использование этого метода требует автоматического регулирования потенциала каждого электрода (диска и кольца) независимо друг от друга.

Известно устройство для автоматического 10 и независимого регулирования потенциалов двух индикаторных электродов, содержащее шесть операционных усилителей, два источника задаваемого напряжения (Е1 .. E.) и элсменты согласования обратных связей в виде 15 суммирующих цепей.

Указанные элементы и усилители образуют две цепи отрицательной обратной связи по напряжению, обеспечивающие независимое регулирование потенциалов двух индикатор- 20 ных электродов ИЭ, и ИЭ2 (диска и кольца) по отношению к электроду сравнения ЭС и электрохимической ячейке с одним вспомогательным электродом ВЭ.

Эти элементы, образуя совместно с пара- 25 эитным и емкостями дополнительные инерционные звенья, ухудшают амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики замкнутых систем регулирования, снижают их запас устойчивости. 30

Для упрощения конструкции B предлагаемом устройстве имеется только четыре операционных усилителя и не имеются дополнительные элементы, требующие тщательного согласования и периодической проверки. Это достигается тем, что данное устройство, наряду с двумя потенциостатами, содержит два согласующих дифференциальных усилителя, позволяющих резко сократить число элементов (звеньев) B цепях отрицательных обратных связей и упростить схему устройства.

На фиг. 1 показана блок-схема описываемого устройства применительно к ячейке с двумя электродами сравнения, где П1 и П2— потенциостаты, построенные на базе дифференциальных усилителей постоянного тока с несимметричными выходами, имеющие коэффициенты усиления К,, и К,, и дискриминации D>, и Dn,, соответственно; Р„, и P,,— дифференциальные усилители с коэффициентами усиления КО1 — — 1 и Ко2 — — — 1 и дискриминации D, и D;, — соответственно, имеющие большое входное и малое выходное сопротивление.

Электрохимичеакая ячейка содержит вспомогательный (поляризующий) электрод ВЭ, два индикаторных (рабочих) электрода ИЭ, (диск) и ИЭ2 (кольцо) и два электрода сравнения ЭС1 и ЭС . В некоторых случаях (токи поляризации малы) может быть использован

491900 один электрод сравнения, общий для обоих исследусмых элекгрo lов.

EOI --- напряжение задающего источника напряжения, определяющее потенциал электрода И31, EO2 — напряжение задающего источника напряжения, определяющее потенциал электрода ИЭг.

На фиг. 2 изображена расчетная схема, где электрохимичеокая ячейка заменена экви валентными элементами при условии, ITo llàдением напряжения между электродами сравнения (капилляр Луггина) и индикаторными электродами можно пренебречь. При этом

H3II — нелинейный элемент, характеризующий физико-химические процессы на вспомогательном электроде 83, R, — сопротивление крана или диафрагмы, разделяющих катодное и анодное пространства, R 1 и R 2 — сопроти вления, характеризующие распределение тока между электродами ИЭ1 и ИЭ2, R 3 — сопротивление, характеризующее наличие гальванической связи между этими же электродами.

НЭ1 и НЭ2 — нелинейные элементы, характЕРИЗУЮЩИЕ фИЗ ИКО-ХИМИв1ЕаК ИЕ ПРОЦЕССЫ На индикаторных электродах И31 и И32 соответственно.

Под R„ä, П, понимается выходное сопротивление потенциостата П1, >твых П2 выходное сопротивление потеициостата П2, RADII — образцовое сопротивление, падение напряжения на котором используется для регистрации тока il,,,или внутреннее сопротивление прибора, регистрирующего ток;

R дг — образцовое сопротивление, падение напряжения на котором используется для регистрации тока i2, илп внутре1ниее сопротивление прибора,,регистрирующего ток i.„.

Вудем пОнимать под U„, и U„, напряжения на нелинейных элементах НЭ1 и НЭэ, которые соответствуют потенциалам индикаторных электродов ИЭ1 и ИЭ .

Если для потенциостата П1 и усилителя РП1 положить

Dд > 1 Оу 1 ) и Кд )) 1 (1) что легко осуществимо, то разность потенциалов между первым индикаторным электродом (ИЭ1) и его электродом сравнения (ЭС1) будет равна вэ RA + 1 1 — к " к +

nq и, 1

+Ро 1 k > 1 Ià .Ê, (2)

ni

1 д, где Unn — падение напряжения на вспомогательном электроде ВЭ (нелинейный элемент

НЭО). Из формул видно, что погрешность регулирования потенциала первого индикаторчого электрода ИЭ1 равна: д, X — + +R0, k — +1г — (3) при cooTI3pTcTB> loIII Oivl выборе вел11 IHII Кд, и Dy может быть сделана прснебре>кимо малой. Как показывает опыт, достаточными «сличинами оказываются Кд, =10 и Dy, =10 .

Если для второго потенциостата (П2) и для второго дифференциального усилителя (РП2)

ОСУ!ЦЕС ГВИТЪ

DÄ, ". 1; D„, ..; 1 и К„, . >> 1, (4)

10 то с учетом условия (1) и выра>кения (2) разность потенциалов между вторым индикаторным электродом ИЭ и его электродом сравнения ЭС> будет равна: вэ (иэ. - — ог+ ог К 1: д К,> и, в д

X I + lI +, I>l — —; + 1.,J X

Х к 1=ив

Погрешность регулирования потенциала

25 второго индикаторного электрода ИЭо будет равна и,, и, у /

1 02

° (I,(1 1

+1 К„(1 Кд >,1 (5) 30

15 (6) К " К В

Формула изобретения

00 Устройство для автоматического и независимого регулирова ния потенциалов двух индикаторных электродов электрохимической ячейки со вспомогательным электродом и двумя (или одним) электродами сравнения, со65 держащее два источника задаваемого напряИз выражеиия (6) видно, что влияние параметров ячейки R, и U» на A U„., значитель40 но меньше, чем íà DUn При соответствующем выборе значений К., и Dy,, которые обыч но выбираются равными Кд, и Dy, соответственно (используются две идентичные системы), величи на Л Un», также может быть

45 сделана пренебрежимо малой.

Метод исследования предполагает регистрацию зависимостей Il — j(Unn ) и 1о — j(Uиэ ) которая осуществляется с помощь.о двух двухкоординатных регистраторов ХУ вЂ” 1 и ХУ вЂ” 2

50 (фиг. 1). На входы «Х» обоих регистраторов подается напряжение с выхода дифференциального усилителя РП1. На вход «У» регистратора ХУ вЂ” 1 подается падение напряжения с сопротивления RIII, а на вход «У» регист55 ратора ХУ вЂ” 2 — падение напряжения с сопротивления RIIq.

491900

Фиг 1

Составитель Л. Скворцова

Редактор С. Хейфиц Текред Е. Митрофанова Корректор И. Позняковская

Заказ 569 5 Изд. ¹ 2020 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 жения, чва потенциостата, .выход одного из которых подсоеди неH к вспомогательному электроду, а выход второго — к одному из индикаторных электродов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, " целью упрощения конструкции, повьппония точности, надежности и устойчивости, о.ю спаожено двумя дифференциальными усилителями, один из которых с коэффициенTovI передачи, рваным единице, своим выхо

;1ом подсоединен к входу первого потенциостата, а,входамп — к первому электроду сравнения и первому индикаторному электроду, а второй, с коэффициентом передачи, равным

5 минус единице, подсоединен своим выходом к входу второго потенциостата, в то время как входы его подсоединены к второму электроду сравнения и к второму индикаторному электроду.