Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом — SU 769422 (original) (raw)
Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕ ИЗОБР ЕТЕ Н И Я 11769422 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(45) Дата опубликования описания 28,10.80(51) М.Кл.з б О 1 Х 27/42 Государственный комитет по делам изобретений и открытийИзобретевие относится к области аналитического приборостроения, в часпности к электрохимическим приборам, и может быть использовано для проведения 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 обеспечивает 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 электропревращениями на рабочем электроде толвко анализируемогокомпонента раствора 1 Ц.Для подключения электронного интегратора, вход которого обычно заземлен, в цепь рабочего электрода включают измерительный резистор, на котором при прохождении электролизного тока выделяется напряжение, пропорциональное величине электролизного тока и подвергаемое интегрированию. Для исключения влияния этого напряжения на величину потенциала Ь поляризации рабочего электрода дифференциальный, неинвертирующий вход усилителя подключают к рабочему электроду.Одним из недостатков таких осулонометров является необходимость иметь задат О чик поляризующего потенциала гальванически развязанным от земли, что при выполнении задатчика с сетевым (обычным) питанием усложняет его конструкцию, так как необходимо принимать меры, предот 1 з вращающие возникновение утечек и наводок в цепи электрода сравнения.Другим недостатком таких кулонометров является ограниченная точность измерения количества электричества, затрачен ного на электролиз, т, е. точность интегрирования. Это обусловлено тем, что в кулонрметрии при контролируемом потенциале, величина тока, а слендователыно, и,интегрируемонго напряжения в процессе электро лиза падает экспоненциально на несколькопорядков (так, для проведения анализа с погрешностью 0,01% электролиз надо проводить до падения величбтны тока в 104 раз). Точность же электронных интеграто С ров, которые обычно выполняются на базе15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 Целью изобретения является повышение точности электронного кулонометра с контролируемым потенциалом.Предлагаемый кулонометр отличается тем, что в него введен дополнительный повторитель 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. жения, питающий последний повторитель, выполнен незаземленным. интегрирующего усилителя, в значительнойстепени зависит от величины входного, интегрируемого напряжения,Величина этого напряжения в,известньх кулонометрах ограничена (имеется ввиду первое время электролиза - при протекании большого тока) конечным значением коэффициента режекцин контрольного усилителя, которое приводит к сдвигуполяризующего потенциала, и допустимымзначением входного напряжения этого усилителя,Известен также кулонометр, в которомвведен мощный усилитель, компенсирую.щий падение напряжения на измерительномрезисторе, в цепь рабочего электрода. Онпсзволяет сохранить точность поддержания потенциала при больших выходныхнапряжениях интегрирования 2).Однако точность кулонометра практически не повышается, так как дрейф нуляи конечное, значение коэффициента усиления этого усилителя вносят такие же (притом дополнительные) погрешности, как ите же характеристики интегрирующегоусилителя. Кроме того, значительно усложняется конструкция кулонометра.Известен электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащийтрехэлектродную электролитическую ячейку, подключенную к выходу контрольногоусилителя, ко входу которого подключенызадатчик поляризующего напряженпя инвертирующего и неинвертирующего повторителей напряжения, причем вход и ннверпирующего повторителя подключен к рабочему электроду, а невнвертирующий - кэлектроду сравнения, стабилизатор напряжения, .питающий этот повторитель и элект:ронный интегратор с заземленным входом,подключенным к измерительнаму,резистору,который введен в цепь рабочего электрода,(3). Повторитель, вход которого подключен к электроду сравнения и должен вметьбольшое входное сопротивление, работаеттоже при больших входных напряжениях идаже больших, чем в ранее приведенных кулонометрах, так как в этом случае на входэтого повторителя поступает сумма напряжений; падения на измерительном резисторе и поляризации рабочего электрода. Кроме того, стабилизатор напряжения может содержать симметричный генератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является одиоцременно источникам питания входного каскада дополнительного повторителя.На чертеже представлена схема предложенного электронного кулонометра с контролируемым потенциалом.Кулонометр содержит трехэлектродную электролитическую ячейку 1 (электроды: рабочий - Раб., вспомогательный - Всп и сравнения - Ср.) с измерительным резистором 2 в цепи рабочето электрода, подключенных к выходу контрольного усилителя 3; электронный интегратор 4; дифференциальный электрометр 5 и задатчик б поляризующего потенциала, выходы которых подключены ко входу контрольного усилителя 3, и стабилизатор 7 напряжения,Дифференциальный электрометр 5 включает повторитель, выполненный на операционном усилителе 8, со входом, подключенным к электроду сравнения; повторитель, выполненный на операционном усилителе 9, со входом, подключенным к рабочему электродуи дополнителвный повторитель 10 со входом, подключенным к электроду сравнения. Дополнительный повторитель 10 содержит входной каскад - транзистор 11 и выходной - транзисторы 12 и 13. 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 1 б я 17Повторитель (усилитель 8), вход которото соединен с электродом сравнения, является неинвертирующим, а повторитель (усилитель 9), вход которого соединен с рабочим электродам, - инвертирующим.При работе кулонометра на вход контрольного усилителя 3 подается алгебраическая сумма напряжений: задатчика б поляризующего потенциала и выходного дифференциального электраметра 5, Пои 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 б5равно 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 обшей шины близким к нулю при изменении входного напряжения, по тенциала электрода сравнения относительно земли - в широких пределах. Кроме того, питание входного каскада повторителя 10 от незаземленного стабилизатора 7 напряжения обеспечивает очень малое изменение напряжений между электродами транзистора 11 прои 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 иметь 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 увеличить входной сигнал интегратора электролизного тока и точность поддержания по .тенциала поляризации. Это обеспечивает повышение точности кулонометра, Кроме того, раслиряется диапазон точного поддержания потенциала.5Формула изобретения1. Электронный кулонометр с контролируемым потенциалом, содержащий трех О электродную электролитическую ячейку,подключенную к выходу контрольного усилителя, ко входу которого подключены задатчик поляризующего напряжения и выходы инвертируюшего и неинвертирующего 15 повтор,ителей напряжвния, првчем входинввртирующего повторителя подключен к рабочему электрюду, а неинвертируюшего - к электроду сравнения, стабилизатор напряжения, почитающий неинверти рующий повторитель, и электрон(ный янтепратор с заземленным входомподключенным к измерительному резистору, который включен в цепь рабочего электрода, отлич а ющийся тем, что, с целью по вышения точности измерения, в непо введен дополнительный повторитель напряжения, содержащий входной и выходной каскалы, вход которого подключен к электроду сравнения, а выход - к общей шине пи- ЗО тания неинвертирующего повторителя, причем стабилизатор напряжения, питающий этот повторитель, выполнен незаземленным.2. Кулонометр по п. 1, отлич а юш и й с я тем, что незаземленный стабилиза.тор напряжения содержит симметричный генератор тока, нагруженный на стабилитроны, и является одновременно источником питания входного каскада дополнительного повторителя.40Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе:1. Патент США 3486998, кл. 204-195,1969.45 2. Апа 1 Сйет то 1 37, . 6, 680 - 687,1965.3. Апа 1. СЬегп, чо 1 35,12, 1789 - 1793,1963 (прототип) .769422Составитель В. Кушневедактор О, филиппова Техред О. Павлова Корректор С. файн Заказ1303/1293 Изд.486 Тираж 1 ОЗЗ Подписно 1 ПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытн 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ип. Харл. пред, Патент