Устройство для электрохимических исследований

(72) Авторы изобретения В.А. Демин и Б,Е. Лимин Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторскйй институт научного приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИИИЧЕСКИХИС СЛЕДОВАН 101 Изобретение относится к средствамФизико-химического анализа составаи свойств веществ и может быть использовано для проведения измеренийповьппенной точности при наличии паразитных омических потерь в злектрохимической ячейке,Известны регуляторы электрического режима (устройства для электрохимических исследований), обеспечивающие исключение влияния паразитных омических потерь и месте соединений (контактный провод., клемма)с основным (исследуемым) электродомэлектрохимической ячейки, которыесостоят из электрохимической ячейки,содержащей основной электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, и регулирующего усилителя(нотенциостата). Исключение влияния.паразитных омических потерь достигается путем соединения основногоэлектрода с общей точкой (массой)регулирующего усилителя, при этом вход и выход последнего не должны иметь гальванической связи 11 .Для обеспечения гальваническогоразделения входных и выходных цепей 5регулирующего усилителя приходится усложнять его, вводя, например, разделительный трансформатор, что ограничивает возможность улучшения других характеристик регулирующего усилителя, например увеличения быстродействия.Известны также устройства дляэлектрохимических исследований (регуляторы электрического режима), обеспечивающие исключение влияния паразитных омических потерь в месте соединений с основным (исследуеюю) электродом электрохимической ячейки и не требующие гальванического раз" деления входных и выходных цепей усилителя, Такие устройства содержат электрохимическую ячейку с тремя электродами: индикаторным, вспомогательным и электродом сравнения,868530 30 Э 5 регулирующий усилитель, соединенный со вспомогательным электродом, и диф-, ференциальный усилитель с коэффициентом передачи, равным единице, и симметричными входами, один из которых соединен с электродом сравнения21.Однако введение указанного дополнительного дифференциального усилителя обеспечивает исключение влияния паразитных омических потерь только на переходном сопротивлении, вместе соединения основного (исследуемого) электрода с общей точкой .(заземленной шиной) специальногоусилителя (потенциостата) и не обеспечивают исключение влияния омических потерь в растворе между основнымэлектродом и электродом сравнения.Цель изобретения - повышение точности регулирования потенциала основного электрода электрохимическойячейки.Указанная цель достигается тем,что устройство снабжено дополнительно цепочкой, состоящей из последовательно соединенных потенциометра.и дополнительного усилителя с коэффициентом передачи большем единицы,причем лотенциометр подключен междуиндикаторным электродом и землей,а его движок соединен со входом дополнительного усилителя, выход кото"рого соединен со вторым входом дифференциального усилителя,Укаэанное соединение цепочкии дифференциального усилителя с коэффициентом передачи, равным единице,обеспечивает вычитание из потенциала основного электрода (падение напряжения между основным электродом иэлектродом сравнения) напряжения,пропорционального протекающему токуи при некотором положении движкапеременного резистора исключает влияние паразитного падения напряженияв месте соединения основного электрода с общей точкой специального уси"лителя, а также падение напряжениян растворе между основным электродом и электродом сравнения.Усилитель с коэффициентом передачи, равным двум, может быть объединен с дифференциальным усилителемс коэффициентом передачи, равнымединице, и выполнен в виде сумматорааналоговых сигналов.На чертеже приведена схема предлагаемого устройства для электрохимических исследований,Устройство состоит из электрохимической ячейки 1, содержащей основной (исследуемый) электрод 2, вспомогательный электрод 3 и электрод 4сравнения, регулирующего усилителя(потенциостата) 5, соединенного сдифференциальным усилителем 6, имеющим коэффициент передачи, равныйединице, ко входу которого подклю чен выход усилителя 7 имеющего коэффициент передачи, равный двум, вход8 которого соединен с движком 9 переменного резистора 10, подключенногоодним концом к основному электроду2, а выход 11 - со входом 12 дифференциального усилителя 6 а коэффициентом передачи, равным единице.Через Е обозначен задаваемый потенциал.Устройство работает следукицим образом.Наличие отрицательной обратной связи через регулирующий усилитель 5 ивспомогательный электрод 3 при достаточно большом коэффициенте передачи специального усилителя обуславливает выполнение павенствац)где 0 - напряжение, действующее навыходе дифференциальногоусилителя 6, имеющего коэффициент передачи, равныйединице.Напряжение ОР равно:щ 1 ЭС )ЕХгде Ц - напряжение, действующееЭСна электроде 4 сравнения138 - напряжение, действующее на 40 входе усилителя 7, имеющего коэффициент передачи,равный двум.Напряжение, действующее на электроде сравнения, равно:С Э П Р137где- действующий потенциал основЭного электрода 2, которыйотличается от истинногопотенциала 9 на величину, 50 обусловленную омическимипотерями Рв растворе между основным электродом иэлектродом сравнения/Х - ток через ячейку,Я - переходное сопротивление виместе соединения с основньиэлектродом 2;Фр - сопротивление переменногорезистора 1 О,Напряжение действующее на входеусилителя 7, имеющего коэффициентпередачи, равный двум, равно:(41где К - сопротивление части переменного резистора 10 междудвижком 9 и точкой соединения 10с основным электродом 3.Исключая из формул (1) - (4) величины 1 ЕМзс,Яз0 к, полуи+ я+1 п 1 Р+2.а) 151Из формулы (5) видно, что погрешность регулирования потенциала основного электрода равна: 1 =1(+1-1 р+ 21 о)Изменяя положение движка 9 переменного резистора 1 О, т.е. изменяясопротивление Ко, можно добитьсявыполнения равенства% +й -Яр+а,1 О 7)и тем самым исключить погрешностьрегулирования потенциала, вызваннуюомическими потерями не,только на переходном сопротивлении в месте соединения основного электрода, но и врастворе между основным электродом иэлектродом сравнения,Формула (2 ) отражает функцию суммирования, выполняемую объединением35усилителей б и 7,Введение в предлагаемое устройствоцепочки, состоящей из усилителя скоэффициентом передачи, равным двум,,и переменного резистора позволяетпо сравнвнию с известными устройствами исключить погрешность регулирования потенциала основного электрода,вызванную омическими г,отерями нетолько в месте соединения основного электрода, но и в растворе между основным электродом и электродом сравнения. При этом цепь регулирования потенциала (цепь отрицательной обратной связи) не удлиняется, поэтому введение указанной цепочки не уменьшает быстродействия устройства.Формула изобретенияУстройство для электрохимическихисследований, содержащее элемтрохимическую ячейку с тремя электродами:индикаторнь 1 м, вспомогательньм иэлектродом сравнения, регулирующийусилитель, соединенный со вспомогательным электродом, и дифференциальный усилитель с коэФФициентом передачи, равным единице, и симметричными входами, один из которых соединенс электродом сравнения, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повьппення точности регулирования потенциала основного электрода, устройство снабжено дополнительной цепочкой, состоящей из последовательносоединенных потенциометра и дополнительного усилителя с коэффициентомпередачи больше единицы, причем потенциометр подключен между индикаторным электродом и землей, а его движоксоединен со входом дополнительногоусилителя, выход которого соединенсо вторым входом дифференциальногоусилителя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 289464, кл. Н Оэ 27/00, 971.2. Авторское свидетельство СССРВ 208324, кл. 8 01 Я 27/52, 968.,Редактор Т. Мермелштайн Подписное Филиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 8311760 Тираж 910 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5