Электронный кулонометр

 

(72) Автор изобретения

И, Г, Сентюрин

Ордена Ленина.. Институт геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского АН СССР (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ККУЛОНОМЕТР

Изобретение относится к алектрахимии и может быть использовано, в частности, в кулонометрии с регулируемым (контролируемым) потенциалом, Для проведения кулонометрических измерений с регулируемым потенциалом обычно используют трехалектродные алектролитические ячейки и потенциостаты.

Последовательно с ячейкой включают измерительный резистор, падение напряжения на котором поступает на интегратор тока, Так как электрод сравнения ячейки соединен со входом потенциостата, то рабочий электрод ячейки подключают к общему проводу (земле) Поатому измерительный резистор может быть включен только в цепь вспомогательного алектро да ячейки, т, е. в цепь, которая не имеет соединения с ойцим проводом. Послед нее обстоятельство требует применения в кулонометрах интеграторов тока входные зажимы которых не имеют соединения с землей, Это не дает возможности часто использовать электронные интеграторы и, кроме того, приводит к дополнительным погрешностям вследствие паводок и утечек, Известны кулонометры,, в которых из мерительный резистор и подключенный к

S нему интегратор имеют соединение с обшим проводом (землей). Для этого измерительный резистор включен в цепь рабочего электрода алектролитическойячейки и рабочий алектрод и алектрод сравнения ячейки подключены ко входам дифференциального усилителя потенциостата.

Недостатком таких кулонометров яв» ляется ограниченная точность поддержания потенциала на рабочем алектроде от носительно алектрода сравнения при про«ождений большого тока. Это происходит вследствие того, что рабочий электрод ячейки находится под напряжением, которое падае на измерительном резисто. ре, а коаффнциент режекции усилителя имеет конечную величину. Возникающая по атой же причине электрическая неус тойчивость в атом кулонометре устранена включением конденсатора между вспо646242

3 мо1 ательным электродом и электродом сравнения.

Указаннъ е недостатки устранены в кулонометрах, в которых точка соецинения рабочего электрода ячейки и измерительного резистора в его цепи поддерживаетея йри потенциале земли, Известный кулонометр содержит потенци остат, нагруженный HB трехэлектродную алектрическую ячейку, измерительнйй 10 резистор с подключенным к нему интегратором в цепи рабочего электрода ячейки. Интегратор имеет соединение одного из входных зажимов с измерительным резистором,, другого — с общим проводом (землей), 35

Дополнительный мощный усилитель (преобразователь "ток-напряжение ), вход и выход которого подключены к измерительному резистору, создает сигнал, компенсирующий падение напряже- 20 ния на измерительном резисторе, что эквивалентно заземлению точки соединения измерительного резистора, рабочего электрода и входа усилителя (виртуальная земля ). 25

Применение дополнительного компен сирующего усилителя приводит к значи, тельному усложнению кулонометра, так как требования к этому усилителю аналогичны требованиям к усилителю потенциостата,, С другой стороны, наличие атого усилителя приводит к сииже. нию точности интегрирования тока за счет конечности коэффициента усиления и существования собственного црейфа нуля усилителя.

Цель предлагаемого изобретения— упрощение конструкции электронного кулонометра и повышение его точности.

Она достигается тем, что в кулонометре, содержащем потенциостат, трехэлектродную электролитическую ячейку и измерительный резистор с поцклю- 45 ченным к нему интегратором в цепи рабочего алектрода ячейки, оконечный кас кад потенциостата выполнен по двухтактной схеме, каждое плечо которой представляет собой усилитель с анодно-катодной (коллекторно-емиттерной) нагрузкой и. параллельной отрицательной обратной связью, а точка соединения рабочего алектроца электрической ячейки и

° Ф измерительного резистора заземлена.;

На чертеже приведена упрощенная схема варианта предлагаемого кулонометра, выполненного на электронных лампа х.

Кулонометр имеет потенциостат 1, состоящий из предварительного усилителя 2 постоянного тока с симметричным выходом и мощного оконечного каскада, каждое плечо которого выполнено, соот:ветственно, на алектронных лампах 3 и

4. Каждое плечо охвачено параллельной отрицательной обратной связью через резисторы 5 и 6 (лампа 3), 7 и 8 (лампа 4). Оконечный каскац нагружен на послецовательно соединенные трехалектродную электрохимическую ячейку 9 и измери-: тельный резистор 10, к которому подсоединен вход интегратора 11 тока алектролиза. Вспомогательный электрод ячейки

9 соединен с катодом лампы 3, рабочий электрод ячейки 9 соединен с общим ,проводом (землей), электрод сравнения ячейки 9 соединен со входом предварительного усилителя 2. Измерительный резистор 10 одним концом соединен с общим проводом, а другим - с катодом лампы 4 и входом интегратора 11. Независимые источники питания оконечного каскада 12 и 13 включены в анодные цепи ламп 3 и 4, соответственно.

При работе кулонометра потенциал рабочего электрода относительно элек-. трода сравнения электролитической ячейки 9 сравнивается на входе усилителя

2 с заданным потенциалом (устройство сравнения потенциалов для уйроь ения на чертеже не показано), разность потенциалов усиливается усилителем 2 и в противоположных полярностях поступает на входы оконечного каскада. Плечи оконечного каскада полностью симметричны относительно нагрузки. для лампы

3 алектролитическая ячейка 9 является анодной нагрузкой, а измерительный резистор 10 — катодной нагрузкой; для лампы 4 электролитическая ячейка 9 является хатодной нагрузкой, а измерительный резистор 10 — аноцной нагрузкой. Резисторы 5 и 6 отрицательной обратной связи (соответственно 7 и 8) обеспечивают одинаковый коаффициент передачи лампы 3 (соответственно - лампы 4) по анодной и катодной цепям, т. е. режим аноцно-катодного повторителя. В зависимости от знака разности между потенциалом алектрода сравнения и заданным поте щиалом ток одного плеча оконечного каскаца увеличивается, а

6242

S 64 другого - уменьшается, что обеспечи- вает протекание тока определенного направления через ячейку 9 и измерительный резистор 10. Напря>кение с измерительного резистора 10 поступает на вход интегратора 1 1, который сумми-. рует и регистрирует количество электричества, прошедшее за время электро- . лиза через электролитическую ячейку 9.

Предлагаемый кулонометр изготовляется на базе серийной модели потенциостата, оконечный каскад которого переделан по вышеописанной схеме. Двухтактный анодно-катодный повторитель ! на выходе потенциостата, и соединение измерительного резистора, напряжение с которого поступает на вход интегратора, и рабочего электрода ячейки с общим проводом (землей) обеспечивает оптимальные условия работы как потенциостата, так и интегратора.

Укаэанное обстоятельство (в соче« танин с другими техническими. решениями) позволило упростить кулонометр и получить высокую точность электрохи« мического анализа - погрешность определения основного вещества, например, в металлической меди.не превысила

0,01% при коэффициенте вариации отдельного измерения около 0,004%., По своим параметрам разработанный хулонометр в 5-10 раэ превосходит лучшие зарубежные образцы

В настоящее время начата опытно конструкторская работа, направленная на серийный выпуск кулонометров. що формула изобретения

Электронный кулонометр для электрохимических исследований, содержащий потенциостат, нагруженный на трех. алектродную алектролитическую ячейку, и измерительный резистор с подключенным к нему интегратором в цепи рябочего алектрода ячейки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения куло. нометра, оконечный каскад потенциостата выполнен по двухтактной схеме, каж-.. дое плечо которой представляет собой усилитель с анодно-катодной (коллекторно-эммитерной) нагрузкой и параллельной отр щательной обратной связью, а точка соединения рабочего электрода электрической ячейки и измерительного резистора заземлена.

ЦНИИПИ Заказ 103/34 Тираж 1089 Подписное

Филиал ПП11 Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4