Устройство для определения комплексных компонент переменного поверхностного натяжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9)ЯО(и 1 5 7 1 13 О 50 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П.1 НТ СССР ЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ(71) Вильнюсский государственный уни верситет им, В. Капсукаса(56) Гохштейн А.Я. Поверхност тяжение твердых тел и адсорба Наука, 1976, с. 328-348.Авторское свидетельство СССР Р 1241104, кл. С 01 Б 13/02, 986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИ КОМПЛЕКСНЬИ КОМПОНЕНТ ПЕРЕМЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИИ(57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а ное нация, М.,Изобретение относится к контрольн измерительной технике, а именно к устройствам для изучения поверхностных свойств твердых электрсдов, и может быть использовано в приборостроении, а также в научно-исследова тельской практике для регистрации за висимостей комплексных компонент про изводной поверхностного натяжения (ППН) по плотности заряда электрода, находящегося в контакте с жидкимЬР электролитом, от пода или времени.Целью изобретени енциала эл является расширение функциональных возможностеиустройства путем обеспечения одновременной регистрации обоих комплексных омпоиент переменного поверхностногатяжения. ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ СВ именно к устроиствам 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 путемобеспечения одновременной регистрации обеих компонентов, Для этого вустройство, выполненное на базе электрохимической ячейки, работающей напеременном токе, дополнительно введен компаратор и генератор парныхпрямоугольных импульсов, что позволяет получать зависимость обоих комплексных компонент поверхностного натяжения от потенциала электрода. 3 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 потенциала Е платинового электрода в контакте с 1 н, НБО; 0,2 н. САБО.Устройство состоит из электрохимической ячейкис электролитом, рабочего электрода 2, расположенного в ячейке 1, жестко скрепленного с пьезоэлектрическим преобразователем 3. В ячейке 1 расположены также электрод 4 сравнения, первый вспомогательный электрод 5 для задания среднего потенциала рабочего электрода 2, второй вспомогательный электрод 6 для пропускания переменного тока.Выхоп преобразователя 3 соединен с нхдси изгцр гепьного усилителя 7, ныход которого гцздкпючен к входу 4 ециппографического регистратора 8.Электрод 4 сранцецця через Фильтр 9 с высоким входным сопротивлением соединен с ццнертирующим входом потецциостата О, выход которого соединен с первым вспомогательным электродом 5. 1 О Неицнертирующий вход потенццостата 10 соединен через фильтр 11 с выходом формирователя 12 постоянного и линейно-меннющегося напряжения, Этот выход через переключатель 13, обеспечиваю щий переход от режима ннутренцей 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 прямоуголгных импульсов выход кото 25 рого подключен к модулирующему входу регистратора 8.Устройство работает следующим образом.Среднее значение потенциала рабочего электрода 1 формируется в Формирователе 12 и представляет собой, в общем случае, сумму постоянного ц меняющегося по линейному закону цацрнженин, которое поступает через Фильтр 11 ца неицнертирующий вход потецциостата 1 О. На ицвертирующий вход потецциостата 10 через фильтр 9, идентичный фильтру 11, поступает напряжение с электрода 4 сравнения, Таким40 образом, потенциостат 10 посредством пропускания тока через электрод 5 обеспечивает поддержание между рабочим 2 и вспомогательным 4 электродами значения напряжения формируемо о фор 145 миронателем 12. Для возбуждения колебаний ППН через вспомогательный электрод 6 от генератора 15 сицусоидального напряжения через образцоное сопротивление 14 ца рабочий электрод 2 подаетсн переменный ток. Развязку це пей переменного и постоянного тока осущестнпяет фильтр 9, поло а задержки которого охватывает диапазон рабочих частот генератора 15. Фильтр 11 обеспечивает компенсацию небольногопсстоянного падения напряжения ца фильтре 9 црц линейной развертке потенциала рабочего электрода 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 У-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 цо 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 калиброночцый 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 Е = 1,4 В ,относительно нормального водородного электрода).Настройку устройства в случае, когда уровень наводок незначителен ц ими можно пренебречь проводят следующим образом. Б данном случае переключатель 13 ставится в отключенноеположение, 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, длительностьимпульса выбирается из условия Г0,01 Т. В результате этого на синусоиде, иницируемой регистратором 8, появляются ярко светящиеся точки, изображенные черными кружками на графике а. Так как Фазовьв сдвиг ППН в данном случае равен нулю, изменяя уровень срабатывания компаратора 16 (Фиг, 2, график б, уровень отмечен пунктирной линией, нанесенной ца синусоиду выходного сцг25 6ц = цсов(ю +6 - Ч ) + 11,БО щ+ агсС 8Б" - Ги 0 п ЦЕ Е вдп(И-)После определения параметров 0 и К переходят к записи зависимости величин о 1(Е) и 11"(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 формуламЦ(Е) = 0 -+ агссд тПоЕ35 9 К1 у (Е) =- сову(Е). Индексом Е в скобках помечены те величины, которые зависят от потенциала электрода. ние, вследствие чего на регистраторе 8 появляются иэображения колебанийэлектростатических наводок. Измеряется модуль Е и фазанаводок, а уровень срабатывания компаратора 16 устанавливается таким, чтобы в моментпервого импульса генератора 17 сигналнаводок был равен нулю, а в момент45второго - модулю наводок С . Послеэтого 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 11 ПН, Модуль последнего сигнала обозначима фазовый сдвиг при преобразовании иусилении - О, Высвечиваемые импульсами генератора 17 точки отклонены отнулевой линии во время первого импульса на величину Б, равную При регистрации временных зависимостей - Кез ц 1, настройка прибора осуществляется в тех же последовательностях, с той разницей, что запись зависимостей ца регцстраторе 8 проводится с включенной внутренней разверткой по горцзоцталц с требуемой скоростью передвижения луча. Устройство для определения комплексных компонент перемеццого поверхностного натяжения, содержаи ее электрохимцческую ячейку с расположенным в цей рабочим электродом, скрецленцым с пьезоэлектрическим цробрцователем, который подключен к цхцу избирательного усилителя, первый всцомо 5 1587Чнала генератора 15), добиваются сдвига светящихся точек на синусоиде к положению, изображенному светлыми кружками, график а на фиг. 2, Напряжениена выходе компаратора при этом соот 5ветствует графику в на фиг, 2, а навыходе генератора 17 - графиг г. После этого включается переключатель 13,обеспечивающий переход к управлениюгоризонтального канала регистратора 8напряжением формирователя 12, снимается остаточное свечение синусоиды припомощи внутреннего регулятора яркостирегистратора 8. При этом на экраневысвечиваются две точки, расположенныев одной вертикали. Положение последней зависит от потенциала электрода,так как при включении переключателя 3каждой точке на горизонтали на экране регистратора соответствует определенное значение потенциала электрода.После этого производится запись кривых зависимостей комплексных компонентППН от потенциала путем включения раз вертки напряжения в формирователе 12.Результат регистрации представлен нафиг. 3.Настройка устройства в присутствии .значительных электростатических наводок проводится следующим образом,Электроду 2 сообщается потенциал, прикотором известна фаза Ф и модуль с эстанса (в нашем случае ч О и1,5 В),При этом механические колебанияэлектрода демпфируются а переключатель 13 ставится в отключенное положево время второго - на величину Ьравнуюц" = Б сов(с + 6 - ч) + С о. (2)Так как в калибровочном опытеО ,то из уравненийи (2) определяется фазовый сдвиг при преобразовании иусилении ППН и коэффициент преобразования,1518725 ее баций рект Заказ 6600/48 Тираж 789 Подписно НИИАРИ Государственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 при ГКНТ СССР оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужг 10 ул. Гага гательный электрод, расположенный в электрохимической ячейке и подключенный к выходу потенциостата, инвертирующий вход которого соединен с элек 5 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 напряСоставитель А,Редактор Ю. Середа Техред Л,Олийнь жения, а У-вход - с выходом избирательного усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширенияфункциональных возможностей устройства путем обеспечения одновременнойрегистрации обоих комплексных компонент переменного поверхностного натяжения, устройство дополнительно содержит компаратор с переменным. уровнемсрабатывания, вход которого соединенс выходом генератора синусоидальногонапряжения, и генератор парных прямоугольньм импульсов, управляющий входкоторого соединен с выходом компаратора, а выход - с модулирующим входомосциллографического регистратора.