Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом

 

лбтчп@ » в н

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБР ЕТЕ Н И Я

<>769422

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.09.78 (21) 2662852/18-25 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 28.10.80 (51)М.Кл.з GО! N 27 42

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 543.253 (088.8) (72) Автор ы

Ф изобретения М. 3. Ташчян, P. И, Бигвава, П. П. Трейс, М. 3. Меике и A. H. Могилевский (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННЫЙ КУЛОНОМЕТР

С КОНТРОЛИРУЕМЪ|М ПОТЕНЦИАЛОМ

Изобретение относится к области аналитического приборостроения, в часпности к электрохимическим приборам, и может быть использовано для провед ения кулонометрического анализа при контролируемом потенциале.

Для проведения еулонометрического анализа при контролируемом потенциале используют трехэлектродную электролитическую ячейку, содержащую электроды: рабочий, вспомогательный и сравнения.

Ячейку включают в цепь отрицательной обратной связи контрольного усилителя, который обеспеч|ивает протекание электролизного тока такой величины, при котором потенциал рабочего электрода относительно электрода сравнения равен потенциалу, установленному на задатчике поляризующего потенциала, включенном в цепь электрода сравнения Причем величина и полярность потенциала задатчика установлены таними, при которых ток электролиза обусловлен эл ектропревращениями на рабочем электроде только анализируемого компонента раствора (1).

Для подключения электронного интегратора, вход которого обычно заземлен, в цепь рабочего электрода включают измерительный резистор, на котором при прохождении электролизного тока выделяется напряжение, пр опорциональное величине электролизного тока и подвергаемое интегрированию. Для исключения влияния этого напряжения на величину потенциала поляризации рабочего электрода дифференциальный, неинвертирующий вход усилителя подключают к рабочему электроду.

Одним из недостатков таких хулонометров является необходимость иметь задат10 чик поляризующего потенциала гальванически развязанным от земли, что при выполнении задатч ика с сетевым (обычным) питанием усложняет его конструкцию, так как необходимо принимать меры, предот-! з вращающие возникновение утечек и наводок в цепи электрода сравнения.

Другим недостатком таких кулонометров является ограниченная точность измерения .количества электричества, затрачен20 ного на электролиз, т. е. точность интегрирования. Это обусловлено тем, что в кулонз:метрии при контролируемом потенциале, величина тока, а следо вателыно, m,интегрируемого напряжения в процессе электролиза падает экспоненциально на несколь|ко порядков (так, для проведения анализа с погрешностью 0,01% электролиз надо проводить до падения величнтны тока в 104 раз) Точность же электронных интеграторов, которые обычно выполняются на базе

769422

25 зо

Целью изобретения является повышение точности электронного куло нометра с контролируемым потенциалом.

Предлагаемый кулонометр отличается тем, что в него введен дополнительный п овторитель напряжения, содержащий входной и выходной каскады, вход которого подключен к электроду сравнения, а выход — к общей шине питания повторителя, вход которого также подключен к электроду сравнения, причем стабилизатор напря же ния, питающий последн ий повторитель, выполнен незаземленным. интегрирующего усилителя, в значительной степени зависит от величины входного, интегрируемого напряжения.

Величина этого напряжения в,известнь|х кулонометрах ограничена (имеется в виду первое время электролиза — llpH протекании большого тока) конечным значением коэффициента режекции контрольного усилителя, которое приводит к сдвигу поляр изующего потенциала, и допустимым значением входного напряжения этого усилителя, Известен также кулонометр, в котором введен мощный усилитель, компенсирую щий падение напряжения на измерительном резисторе, в цепь рабочего электрода. Он позволяет сохранить точность поддержания потенциала при больших выходных напряжениях интегрирования (2).

Одна ко точность кулонометра практически не повышается, так как дрейф нуля и конечное, значение коэффициента усиления этого усилителя вносят такие же (при том дополнительные) погрешности, как и те же характеристики интегрирующего усилителя. Кроме того, значительно усложняется конструкция кулонометра.

Известен электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащий трехэлектродную электролитическую ячейку, подключенную !к выходу контрольного усилителя, ко входу которого подключены задатчик поляризующего напряженпя инвертирующего и неинвертирующего повтор ителей напряжения, причем вход и:ннверпирующего повторителя подключе н пс ра бочему электроду, а не и нвертирующий — к электроду сравнения, стабилизатор напряжен ия, .питающий этот повторитель и элект poнный интегратор с заземленным IBxogoM, подключенным к из мер итель наму,резистору, который введен в цепь рабочего электрода,(3). Повторитель, вход которого подключен к электроду сравнения IH должен IHIMBTb большое входное сопротивление, работает тоже при больших входных напряжениях и даже больших, чем в ранее приведенных кулонометрах, так как в этом случае на вход этого повторителя поступает сумма напряжений: падения на измерительном резисторе и поляризации рабочего электрода.

Кроме того, стабилизатор напряжения может с одержать симметричный генератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является одновременно источн икам питания входного каскада дополнительного повторителя.

На чертеже представлена схема предложенного электронного кулонометра с контролируемым потенциалом.

Кулонометр содержит трехэлектродную элнктролитическую ячейку 1 (электроды: рабочий — Раб., вспомогательный — Всп и сравнения — Ср.) с измерительным резистором 2 в цепи рабочето электрода, подключенных к выходу контрольного усилителя 8; электронный интегратор 4; дифференциальный электрометр.5 н задатчик б поляризующего потенциала, выходы которых подключены ко входу контрольного усилителя 8, и стабилизатор 7 напряжения.

Дифференциальный электрометр 5 вклю .ает повторитель, выполненный на операционном усилителе 8, со входом, подключенным к электроду сравнения; повторитель, выполненный на операционном усилителе 9, со входом, подключенным к рабочему электроду,,и допол н ителыный .IIQBтор итель 10 со входом, подключенным к электроду сравнения. Дополнительный повторитель 10 содержит входной каскад— транзистор 11 и выходной — транзисторы

i 2 и 18. Вход дополнительного повторителя подключен к электроду сравнения, а выход — к общей шине питания повторителя (усилитель 8), вход которого также подключен к электроду сравнения. Притание этого повторителя и входного каскада, дополнительного повторителя 10 осуществляется от стабилизатора 7 напряжения, выполненного незаземленным и содержа щим симметричный тенератор тока— транзисторы 14 и 15,.нагруженный стабилитронами 1б я 17.

Повторитель (усилитель 8), вход которото соединен с электродом сравнения, является неин верти рующим, а повторитель (усилитель 9), вход которого соединен с рабочим электродам, — инвертирующим.

Пр и работе кулонометра на вход контрольного усилителя 8 подается алгебраическая сумма напряжений: задатчика б поляризующего потенциала и выходного дифференциального электраметра 5. Пви этом на один из входов последнего — вход неинвертирующего повторителя (усилитель 8) подается сумма напряжений; поляризующего (между электродами рабочим и сравнения) и падения на измерительном резисторе 2, а на второй вход — только падение на:измерительном резисторе Как следует из описания и схемы, усилитель 3 устанавливает ток через ячейку с величиной и полярностью, при которых алгебраическая сумма напряжений на его входе равна нулю, т. е. напряжение задатчика б

769422

1 равно и противоположно по знаку поляр ности выходному напряжению электрометра 9. Это равенство обуславливает равенство напряжевия между электродами рабочим и сравнения (потенциал рабочего электрода) напряжению задатчика.

Подача на вход повторителя 10 напряжения с электрода сравнения вызывает варьирование потенциала общей шины питания повторителя, вход которого подключен к электроду сравнения, на величину, близкую к входной. Это обеспечивается выполнением стабилизатора 7 напряжения по описанной выше схеме, которая обуславливает большое динамическое сопротивление стабилизатора относительно земли, являющееся нагрузкой дополвительного повторителя 10. Указанное варьирование потенциала общей шины усилителя 8 относительного земли позволяет удерживать напряжения на входах усилителя 8 относительно ее общей шины близким IK нулю пр и изменении входного напряжения, по тенциала электрода сравнения относительно земли — в широких пределах. Кроме того, питание входного каскада повтор ителя 10 от незаземленного стабилизатора 7 напряжения обеспечивает очень малое изменение напряжений между электродами транзистора 11 npm таком же изменении входного напряжения в широких пределах.

Это позволяет применить во входном кас каде повторителя 10 униполярный транзистор, у которого входное сопротивление значительно выше, а допустимые значения напряжений между электродами значительно ниже, чем у биполярного, а повторитель 10, как и повторитель, выполненный на усилителе 8, должен HMeTb высокое входное сопротивление.

Использование дополнительного повторителя и выполнение питания его входного каскада и повторителя электрометра, вход которого подключен к электроду сравнения, по предлагаемой схеме позволяют увели-. чить входной сигнал интегратора электролизного тока и точность поддержания по

-тенциала поляризации. Это обеспечивает повышение точности кулонометра. KpioivIc того, раслиряется д иапазон точного поддержания потенциала.

Формула изобретения

1. Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащий трехI0 электродную электролитическую ячейку, подключенную к выходу контрольного усилителя, ко входу которого подключены задатчик поляризующего напряжения и выходы инвертирующего и неинвертирующего повтор,ителей напр.яжвния, првчем вход инвертирующего повторителя подключен к рабочему электрюду, а неинвертирующего — к электроду сравнения, стабилизатор:напряжения, nlHTBIoIII; неинверти20 рующий повторитель, и электрон(ный янтепрато р с заземленным входом, .подключенным к измерительному резистору, который включен в цепь рабочего электрода, от ланч а ющийся тем, что, с целью по25 вышения точности измерения, в пепо введен дополнительный повторитель напряжения, содержащий входной,и выходной каскады, вход которого подключен к электроду сравнения, а выход — к общей шине питания неинвертирующего повторителя, причем стабилизатор напряжения, питающий этот повторитель, выполнен незаземленным.

2. Кулонометр по п. 1, отл ич а юш и и с я тем, что незаземленный стабилиза тор напряжения содержит симметричный генератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является одновременно источником питания входного каскада дополнительного повторителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США 3486998, кл. 204-195, 1969.

45 2. Anal Chem vol 37, .№ 6, 680 — 687, 1965.

3. Anal. Chem. vol 35, № 12, 1789 — 1793, 1963 (прототип) .

7i69422

Составитель В. Кушнев

Техред О. Павлова

Редактор О. Филиппова

Корректор С. Файн

Тип. Харьк. фил. пред. «Патенть

Заказ № 1303/1293 Изд. № 486 Тираж 1ОЗЗ Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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