Устройство для автоматического и независимого регулирования потенциалов двух индикаторных электродов

1 11 491900 ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических(23) ПриоритетОпубликовано 15,11.75, Бюллетень4Дата опубликования описания 01.04.7 б 70 осударственныи комитет овета Министров СССР по делам изобретений 53) УДК 621,317,(088.8)н откры Авторыизобретения оц, В. Н. Алексеев, М, Р. Тарасевич иВ, А. Мускинэлектрохимии АН СССР В ев, Л.(71) Заявитель Инстит УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО И НЕЗАВИСИМОГОЕГУЛИРОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛОВ ДВУХ ИНДИКАТОРНЫХЭЛЕКТРОДОВ Изобретение относится к устроиствам для электрохимическчх исследований.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 (Е 1: Ез) 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 ных электродов ИЭ, и ИЭ 2 (диска и кольца) по отношению к электроду сравнения ЭС и электрохимической ячейке с одним вспомогательным электродом ВЭ.Эти элементы, образуя совместно с пара эитными емкостями дополнительные инерционные звенья, ухудшают амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики замкнутых систем регулирования, снижают их запас устойчивости. 30 Для упрощения конструкции в 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) в цепях отрицательных обратных связей и упростить схему устройства.На фиг. 1 показана блок-схема описываемого устройства применительно к ячейке с двумя электродами сравнения, где П 1 и П 2 - потенциостаты, построенные на базе дифференциальных усилителей постоянного тока с несимметричными выходами, имеющие коэффициенты усиления К и Кп, и дискриминации 0, и О соответственно; Р, и Р - дифференциальные усилители с коэффициентами усиления К=1 и КО 2= - 1 и дискриминации 0, и О, - соответственно, имеющие большое входное и малое выходное сопротивление.Электрохимичеакая ячейка содержит вспомогательный (поляризующий) электрод ВЭ, два индикаторных (рабочих) электрода ИЭ, (диск) и ИЭз (кольцо) и два электрода сравнения ЭС, и ЭС,. В некоторых случаях (токи поляризации малы) может быть использовани при соответствующем выборе величин Кп,и Ву, может оыть сделана пренебрежимо малой. Как показывает опыт, достаточными сличинами оказываются К =101 и Ву,=10.Если для второго потенциостата (П,) и длявторого дифференциального усилителя (РПг)ОСУЦЕСТВИТЪУ), ,р 1; О;:;1 и Ки, Э 1, (4)1 О то с учетом условия (1) и выражения (2) разность потенциалов между вторым индикаторным электродом ИЭг и его электродом сравнения ЭС, будет равна:вэ15 (и; - - Еог+ЕК 1: ) К Хи, пх(, - .-)+, а -- +лхПогрешность регулирования потенциала25второго индикаторного электрода ИЭ, будетравна(5) 30 35 Из выражеиия (6) видно, что влияние параметров ячейки Л, и Увв на . Уив, значитель но меньше, чем на Уив,. ПРи соответствУющем выборе значений К и Ву которые обычно выбираются равными Ки, и й у, соответственно (используются две идентичные системы), величина Ьlив, также может быть 45 сделана пренебрежимо малой.Метод исследования предполагает регистрацИЮ ЗаВИСИМОСтЕй 11=1(садив,) И 1 г=1(У,), которая осуществляется с помощь.о двух двух- координатных регистраторов ХУ - 1 и ХУ - 2 50 (фиг. 1). На входы Х обоих регистраторовподается напряжение с выхода дифференциального усилителя РП 1. На вход У регистратора ХУ - 1 подается падение напряжения с сопротивления Йоь а на вход У регист ратора ХУ - 2 - падение напряжения с сопротивления Рог,г 1 1 1 1 и- 1, К, (2)п у у и,60 Устройство для автоматического и независимого регулирования потенциалов двух ин.дикаторных электродов электрохимической ячейки со вспомогательным электродом и двумя (или одним) электродами сравнения, со держащее два источника задаваемого напряодин электрод сравнения, общий для обоихисследусмых электродов.ЕО 1 напряжение зада 1 оц 1 сго источниканапряжения, определяющее потенциал электрода ИЭ ЕОг - напряжение задающего источника напряжения, определяющее потенциалэлектрода ИЭг,На фиг, 2 изображена расчетная схема, гдеэлектрохимичеокая ячейка заменена эквивалентными элементами при условии, что 11 адением напряжения между электродами сравнения (капилляр Луггина) и индикаторнымиэлектродами можно пренебречь. При этомНЭо - нелинейный элемент, характеризующийфизико-химическ 1 ие процессы на вспомогательном электроде ВЭ, Ли - сопротивление кранаили диафрагмы, разделяющих катодное ианодное пространства, Я 1 и Яг - сопротивления, характеризующие распределение тока 1,между электродами ИЭ 1 и ИЭ,; Рз - сопротивление, характеризующее наличие гальванической связи между этими же электродами.НЭ 1 и НЭг - нелинейные элементы, характЕРИЗУЮЩИЕ фИЗИКО-ХИМИв 1 ЕаКИЕ ПРОЦЕССЫ Наиндикаторных электродах ИЭ 1 и ИЭг соответственно.Под Рввпв П 1 ПОНИМаЕтея ВЫХОДНОЕ СОПрОтивление потенциостата П 1;Рвых Пг ВЫХОдНОЕ СОПрОТИВЛЕНИЕ ПОТИциостата Пг;Ро 1 - образцовое сопротивление, падениенапряжения на котором используется для регистРации тока 1 ь или внУтРеннее сопРотивлсвие прибора, регистрирующего ток;Рпг - образцовое сопротивление, падениенапряжения на котором используется для регистРаЦии тока 1 г, илп внУТРе 1 ннее сопРотивление приборарегистрирующего ток 1БУДЕМ ПОНИмаТЬ ПОД Уив, И Ь 1 ивг ПаПРЯЖЕния на нелинейных элементах НЭ 1 и НЭг, которые соответствуют потенциалам индикаторных электродов ИЭ 1 и ИЭг.Если для потенциостата П, и усилителя РП,положитьВи,;р 1, Ву,13 и Кп,1, (1)что легко осуществимо, то разность потенциалов между первым индикаторным электродом(ИЭ 1) и его электродом сравнения (ЭС 1) будет равна вв 1 и + 11(1 иэ: Ео К гКл и,ГДЕ 1.1 вв - ПаДЕНИЕ НаПРЯжЕНИЯ На ВСПОМОГательном электроде ВЭ (нелинейный элемент НЭО) Из формул видно, что погрешность регулирования потенциала первого индикаторчого электрода ИЭ 1 равна:л,;х, - "+ЯК -1- - +1, -(3);х, 11, --+-- -1- (6) Ии 1 1 Кп, " Кэ дуг Формула изобретения491900 Составитель Л. СкворцоваТехред Е, Митрофанова Корректор И, Позняковская Редактор С, Хеи аз 569 5 Изд, Ле 2020 Государственного ко по делам изобре 113035, Москва, Ждппсно Тираж 902 итета Совета Министро тений и открытий Раушская наб., д. 4,5ИП Типография, пр. Сапунова, 2 кения, чва потенциостата, выход одного из которых подсоединен 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, опо спаожено двумя дифференциальными усилителями, один из которых с коэффициентом передачи, раненым единице, своим выхо;1 ом 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 квходу второго потенциостата, в то время как входы его подсоединены к второму электроду сравнения и к второму индикаторному электроду.