Pierwszenstwo: Zgloszenie ogloszono: 01.06.1973 Opis patentowy opublikowano: 31.07.1975 78546 KI. 421,3/04 MKP GOln 27/00 CZYTELNIA Urzedu ftikntowego Twórcy wynalazku: Edward Przybysz, Andrzej Kalinowski, Henryk Sholl Uprawniony z patentu tymczasowego: Polska Akademia Nauk Instytut Chemii Fizycznej, Warszawa (Polska) Potencjostat z automatycznym dostosowywaniem do elektrochemicznego ukladu badanego oraz programowanym zabezpieczeniem tego ukladu Przedmiotem wynalazku jest potencjostat z au¬ tomatycznym dostosowywaniem do elektrochemicz¬ nego ukladu badanego oraz programowanym za¬ bezpieczeniem tego ukladu.W badaniach procesów elektrochemicznych w roztworach lub substancjach znajdujacych sie w stanie cieklym maja zastosowanie potencjostaty, umozliwiajace otrzymanie stalego i/lub zmienne¬ go potencjalu elektrycznego na badanej elektrodzie, wzgledem elektrody odniesienia, w obwodzie ele¬ ktrochemicznym.Analityczne dzialanie potencjostatu moze byc okreslone za pomoca wzoru na prad wyjsciowy: Iwy=K-Y2i-Uwe=K- Y21 (Uz — U0) gdzie: K — oznacza wzmocnienie napieciowe ukla¬ du, Iwy — prad wyjsciowy potencjostatu, * Y2i — transmitancje pradowo^napieciowa ukladu, Uz — potencjal zadany, U0 — napiecie na elektrodzie odniesienia, Uwe — napiecie wejsciowe Napiecie otrzymane na elektrodzie odniesienia jest równe: _ _ Zt-Yzi-Uz Uo-IwyZ,- 1 + Zi.Yai gdzie: Zj oznacza impediancje pomiedzy elektroda 'odniesienia a elektroda badana. 2 Dla warunku K-Z^Yai^l otrzymuje sie: U0=UZ który to warunek powinien byc zapewniony przy 5 poprawnej pracy potencjostatu.Znane sa elektroniczne uklady potencjositatu skladajace sie z szeregowo polaczonych czlonów: wejsciowego ukladu porównujacego napiecie otrzy¬ mane na elektrodzie Odniesienia z napieciem zró- io dla zwanym potencjalem zadanym, wzmacniacza napiecia stalego, wyjsciowego wzmacniacza mocy pradu stalego lub wyjsciowego wzmacniacza mo¬ cy pradu zmiennego z przetwarzaniem, wyposazo¬ nego w uklad prostowniczy i filtr. 15 Znane potencjostaty charakteryzuja sie koniecz¬ noscia recznego nastawiania ich zakresów pomiaro¬ wych, co zmusza do wstepnego okreslenia para^ metrów zewnetrznego obwodu- naczynka elektro¬ chemicznego i wymaga znacznego czasu. Do okre- 20 siania tych parametrów sluza czesto naczynka za¬ stepcze w postaci dzielników rezystorowych, umie¬ szczonych na zewnatrz lub w przyrzadzie.Zaciski do podlaczenia zewnetrznego rejestrato¬ ra lub oscyloskopu w znanych ukladach poten- 25 cjostatów znajduja sie w obwodzie wyjsciowym tych potencjostatów, zwyMe na znacznym poten¬ cjale w stosunku do elektrody badanej, stanowia¬ cej mase elektryczna przyrzadu. Stosowane reje¬ stratory lub oscyloskopy musza posiadac dwa wej- 30 scia symetryczne wzgledem masy. 78 54678 546 Uklady potencjostatów z przetwarzaniem charak¬ teryzuja sie ponadto niemoznoscia ich uzywania przy badaniach impulsowych, ze wzgledu ha znacz¬ ny czas odpowiedzi na zadany potencjal,- rzedu milisekund oraz brak plynnego przejscia przez 5 zero napiecia i pradu wyjsciowego.Wynalazek stawia sobie za cel stworzenie ukla¬ du potencjiositaitu, który nie zawieralby omówio¬ nych wald, a wiec zapewnial, przy duzej doklad¬ nosci pomiaru, plynne przejscie przez zero na- 10 piecia i pradu wyjsciowego, niski czas odpowie¬ dzi, rzedu mikrosekund, duza moc wyjsciowa przy samoczynnym dostosowywaniu sie do elektroche¬ micznego ukladu badanego z programowanym za¬ bezpieczeniem tego ukladu, a ponadto umozliwial u podlaczenie zewnetrasnego rejestratora lub oscylo¬ skopu z wejsciem niesymetrycznym.L£A ^n , c«i||gmet{$ przez skonstruowanie ukla¬ du wykonawczego potencjostatu zawierajacego szeregowo polaczone: wzmacniacz róznicowy na- 20 piecia stalego i wyjsciowy stopien mocy, zlozony z dwóch wysokonapieciowych tranzystorów, któ¬ rych bazy sa polaczone z wyjsciem wzmacniacza róznicowego i wyjsciem automatycznego ukladu regulacji pradu zerowego. Szeregowo polaczone 25 wyjscia tych tranzystorów, polaczone z zasilacza¬ mi posiadajacymi automatycznie przelaczane za¬ kresy napieciowe, polaczone sa w ukladzie most¬ kowym, posiadajacym w galezi zerowej czujnik pradu wyjsciowego, najkorzystniej rezystor z u- 30 ziemionym koncem, stanowiacy wyjscie stopnia mocy oraz zewnetrzne naczynko elektrochemiczne podlaczone elektroda badana do wyjscia stopnia mocy, elektroda pomocnicza przez czujnik zakre¬ su pradu, najkorzystniej rezystor, do srodka sze- ** regowo polaczonych zasilaczy umieszczonych w galeziach mostka i elektroda odniesienia podlaczo¬ ne, w petli ujemnego sprzezenia zwrotnego, do wejscia wzmacniacza róznicowego, który swym drugim wejsciem jest podlaczony dó zródla po- *° tencjalu zadanego, przy czym automatycznie prze¬ laczane zasilacze tranzystorów wyjsciowego stop¬ nia mocy polaczone sa, przez uklad sterujacy, z ukladem automatyki wchodzacym w sklad bloku automatyki i zabezpieczen.Blok automatyki i zabezpieczen zawiera uklad automatyki |odlaczony do punktu polaczenia zasi¬ laczy, zbudowany z dyskryminatora zakresu pra¬ du, przerzutniJkowej pamieci pracy impulsowej i programowanego ogranicznika maksymalnego na¬ piecia wyjsciowego, polaczony z ukladem steru¬ jacym.Uklad sterujacy jest polaczony z ukladem za¬ bezpieczenia przed przeciazeniem, ukladem zmia¬ ny zakresu pomiarowego, ukladem regulacji pra¬ du zerowego oraz. monitorem wyswietlajacym za¬ kresy pomiarowe.Uklad sterujacy oraz uklad zabezpieczenia przed przeciazeniem sa ponadto polaczone z zasilaczami, M a uklad zmiany zakresu pomiarowego jest pola¬ czony z rezystorem zmiany zakresu miernika pra¬ du podlaczonego do galezi zerowej mostka, a u- klad regulacji. pradu zerowego jest polaczony z wejsciami tranzystorówmocy. 65 45 50 55 Dzialanie potencjostatu wedlug wynalazku jest nastepujace. Potencjostat sklada sie z czesci wy¬ konawczej-potencjostatycznego ukladu mostkowego i bloku automatyki oraz zabezpieczen.W czesci wykonawczej potencjostatu, stabilizowa¬ ne i regulowane zródlo 1 potencjalu zadanego jest podlaczone do wzmacniacza róznicowego 2. Róz¬ nica napiec, pomiedzy napieciem otrzymanym na elektrodzie odniesienia EO a napieciem zadanym otrzymywanym ze zródla 1,. jest wzmacniana we wzmacniaczu 3 napiecia stalego.Wzmocnione napiecie róznicowe steruje szere¬ gowo polaczone tranzystory mocy 4. Srodek tran¬ zystorów mocy jest poczatkiem galezi zerowej mostka. Galezie mostka stanowia tranzystory mo¬ cy 4 oraz szeregowo polaczone zasilacze 5 i 6 za¬ silajace te tranzystory, posiadajace automatycznie przelaczane blokiem 7 automatyki i zabezpieczen zakresy napieciowe.Pierwszym elementem galezi zerowej mostka jest rezystor 8 o malej wartosci rezystancji stanowia¬ cy czujnik pradu wyjsciowego, który podlaczony jest swym koncem dio masy i zacisku wejscio¬ wego elektrody badanej EB. Do srodka tranzysto¬ rów mocy jest podlaczony amperomierz 9 z re¬ zystorem regulowanym 10. Srodek szeregowo po-' laczonych zasilaczy jest koncem galezi zerowej mostka i poprzez niewielki rezystor 11, stanowia¬ cy czujnik zakresu pradu, dostarcza mocy wyjscio¬ wej z potencjositatu do elektrody pomocniczej EP. iCzujnik 11 zakresu pradu jest podlaczony do ukladu automatyki 12 wchodzacego w sklad blo¬ ku 7 automatyki i zabezpieczen. W sklad bloku 7 automatyki i zabezpieczen wchodzi ponadto ste¬ rujacy uklad 13, polaczony z ukladem automa¬ tyki 12 oraz z wejsciami sterujacymi zasilaczy 5 i 6, a takze z ukladem 14 zabezpieczenia przed przeciazeniem oraz ukladem zmiany zakresu po¬ miarowego 15,'ukladem 16 regulacji pradu zero¬ wego i monitorem, 17 wyswietlajacym zakresy pomiarowe.Uklad automatyki 12 zawiera dyskryminator za¬ kresu pradu, przerzutnikowa pamiec pracy impul¬ sowej oraz programowany ogranicznik maksymal¬ nego napiecia wyjsciowego.Sygnal z ukladu 12 steruje przekazniki wcho¬ dzace w sklad sterujacego ukladu 13 zawierajace¬ go ponadto przerzutniki.Sterujacy uklad 13 przelacza napiecia dodatnie z zasilacza 5 i ujemne z zasilacza 6, doprowa¬ dzane do szeregowo polaczonych tranzystorów stop¬ nia mocy 4, lodpowiednio do ustawionego poten¬ cjalu zadanego otrzymywanego ze zródla 1, para¬ metrów ukladu elektrochemicznego, z uwzglednie¬ niem ograniczen narzuconych w programie ukla¬ du automatyki 12. Poza tym sterujacy uklad 13 przelacza wstepny prad polaryzacji bazy szerego¬ wo polaczonych tranzystorów stopnia mocy 4 za pomoca ukladu regulacji pradu zerowego, zmienia zakres amperomierza 9 mierzacego prad plynacy w zewnetrznym obwodzie elektrochemicznym za pomdca ukladu 15 zmiany zakresu pomiarowego, steruje monitorem 17 wyswietlajacym zakres po¬ miarowy pradu i napiecia.78546 W przypadku przekroczenia mocy wyjsciowej potencjostatu uklad sterowania za pomoca u- kladu 14 zabezpieczenia przed przeciazeniem, od¬ lacza zasilacze 5 i 6 sygnalizujac stan przeciaze¬ nia i zabezpieczajac w ten sposób uklad potencjo- statu.W przypadku rozwarcia zewnetrznego ukladu elektrochemicznego, przy niezerowym potencjale za¬ danym 1, uklad 14 zabezpiecza przed nadmiernym wysterowaniem tranzystorów stopnia mocy 4.Do czujnika 8 pradu podlaczone jest wyjsciowe gniazdo 18, umozliwiajace podlaczenie zewnetrzne¬ go rejestratora lub oscyloskopu. PL PL