RU2131602C1 - Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error - Google Patents
Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error Download PDFInfo
- Publication number
- RU2131602C1 RU2131602C1 RU98111218/25A RU98111218A RU2131602C1 RU 2131602 C1 RU2131602 C1 RU 2131602C1 RU 98111218/25 A RU98111218/25 A RU 98111218/25A RU 98111218 A RU98111218 A RU 98111218A RU 2131602 C1 RU2131602 C1 RU 2131602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- output
- potential
- electrode
- measurement
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для электрохимических, в том числе для коррозионных исследований, а именно к потенциостатам или гальваностатам, и может быть использовано в нефтегазовой, химической, металлургической и других отраслях промышленности. The invention relates to devices for electrochemical, including for corrosion studies, namely to potentiostats or galvanostats, and can be used in oil and gas, chemical, metallurgical and other industries.
В электрохимических исследованиях при контролируемом потенциале или токе исследуемого электрода возникает погрешность определения потенциала электрода (IR-погрешность), обусловленная падением напряжения в объеме электролита между исследуемым электродом и электродом сравнения. Эта погрешность пропорциональна величине омического сопротивления и силе протекающего через ячейку тока. In electrochemical studies with a controlled potential or current of the studied electrode, an error in determining the electrode potential (IR error) arises due to the voltage drop in the electrolyte volume between the studied electrode and the reference electrode. This error is proportional to the magnitude of the ohmic resistance and the strength of the current flowing through the cell.
Известно устройство для измерения потенциала при электрохимических исследованиях с компенсацией IR-погрешности, основанное на введении переменной составляющей в поляризующий ток, после демодуляции которой получается оценка величины падения напряжения в объеме электролита, используемая для коррекции потенциала [1]. A device is known for measuring potential in electrochemical studies with compensation for IR error, based on the introduction of a variable component into the polarizing current, after demodulation of which an estimate of the voltage drop in the electrolyte volume is obtained, which is used to correct the potential [1].
Устройство включает в себя электрохимическую ячейку, вспомогательный и рабочий электроды, электрод сравнения, измеритель тока. The device includes an electrochemical cell, auxiliary and working electrodes, a reference electrode, a current meter.
Недостатком этого устройства является то, что область его применения ограничена условиями, когда постоянную и переменную составляющую поляризационного тока можно считать независимыми. Кроме того, необходимо иметь представление о влиянии переменной составляющей поляризационного тока на кинетику электродных реакций. The disadvantage of this device is that its scope is limited by the conditions when the constant and alternating component of the polarization current can be considered independent. In addition, it is necessary to have an idea of the influence of the variable component of the polarization current on the kinetics of electrode reactions.
Также известно устройство для электрохимических исследований, содержащее электрохимическую ячейку, вспомогательный и рабочий электроды, электрод сравнения, дифференциальный усилитель [2]. В данном устройстве обеспечивается постоянство разности потенциалов между рабочим электродом или электродом сравнения вне зависимости от поляризационного тока. Also known is a device for electrochemical research, containing an electrochemical cell, auxiliary and working electrodes, a reference electrode, a differential amplifier [2]. This device provides a constant potential difference between the working electrode or the reference electrode, regardless of the polarization current.
Недостаток этого устройства состоит в том, что изменение омического сопротивления в объеме электролита приведет к дополнительной погрешности измерения потенциала. The disadvantage of this device is that a change in ohmic resistance in the volume of the electrolyte will lead to an additional measurement error of the potential.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство [3], содержащее электрохимическую ячейку, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, дифференциальный усилитель, буферный усилитель, измеритель тока, переключатель режима, вход устройства, первый и второй выходы устройства, причем электрод сравнения соединен с неинвертирующим входом буферного усилителя, выход этого усилителя соединен с его инвертирующим входом, рабочий электрод соединен с измерителем тока, выход которого соединен со вторым выходом устройства. The closest technical solution to the proposed invention is a device [3] containing an electrochemical cell, including a working electrode, an auxiliary electrode and a reference electrode, a differential amplifier, a buffer amplifier, a current meter, a mode switch, a device input, the first and second outputs of the device, the electrode comparison is connected to the non-inverting input of the buffer amplifier, the output of this amplifier is connected to its inverting input, the working electrode is connected to the current meter, the output is The second is connected to the second output of the device.
Данное устройство обеспечивает компенсацию IR-погрешности за счет введения в контур регулирования обратной связи по току и требует установки глубины обратной связи до начала эксперимента, а изменение величины омического сопротивления электролита во время эксперимента приведет к появлению погрешности определения электродного потенциала порядка 2-10%. This device provides compensation for IR errors by introducing current feedback into the control loop and requires setting the feedback depth before the start of the experiment, and a change in the ohmic resistance of the electrolyte during the experiment will lead to an error in determining the electrode potential of about 2-10%.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства для потенциостатических или гальваностатических измерений с автоматической компенсацией IR-погрешности. The objective of the invention is to develop a device for potentiostatic or galvanostatic measurements with automatic compensation of IR error.
Технический результат, который может быть получен при использовании разработанного устройства, - повышение точности измерения потенциала. The technical result that can be obtained using the developed device is to increase the accuracy of measuring potential.
Предлагаемое устройство содержит электрохимическую ячейку, включающую рабочий электрод, вспомогательный электрод и электрод сравнения, дифференциальный усилитель, буферный усилитель, измеритель тока, переключатель режима, вход устройства, первый и второй выходы устройства, причем электрод сравнения соединен с неинвертирующим входом буферного усилителя, выход буферного усилителя соединен с его инвертирующим входом, рабочий электрод соединен с измерителем тока, выход которого соединен со вторым выходом устройства и дополнительно содержит устройство выборки-хранения, генератор импульсов и прерыватель тока, вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход с вспомогательным электродом, вход устройства выборки-хранения соединен с выходом буферного усилителя, а выход - с первым выходом устройства и с первым неподвижным контактом переключателя режима, второй неподвижный контакт которого соединен с выходом измерителя тока, выход генератора импульсов соединен с управляющим входом прерывателя тока и с управляющим входом устройства выборки-хранения, инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с подвижным контактом переключателя режима, а неинвертирующий вход - с входом устройства. The proposed device contains an electrochemical cell, including a working electrode, an auxiliary electrode and a reference electrode, a differential amplifier, a buffer amplifier, a current meter, a mode switch, a device input, the first and second outputs of the device, the reference electrode being connected to a non-inverting input of the buffer amplifier, the output of the buffer amplifier connected to its inverting input, the working electrode is connected to a current meter, the output of which is connected to the second output of the device and, in addition, holds a sampling-storage device, a pulse generator and a current chopper whose input is connected to the output of the differential amplifier, and the output to the auxiliary electrode, the input of the sampling-storage device is connected to the output of the buffer amplifier, and the output to the first output of the device and to the first fixed contact of the switch mode, the second fixed contact of which is connected to the output of the current meter, the output of the pulse generator is connected to the control input of the current chopper and to the control input of the sample-storage device, the inverting input of the differential amplifier is connected to the movable contact of the mode switch, and the non-inverting input is connected to the input of the device.
На чертеже представлена структурная схема устройства для потенциостатических или гальваностатических измерений с автоматической компенсацией IR-погрежности. The drawing shows a structural diagram of a device for potentiostatic or galvanostatic measurements with automatic compensation of IR-mismatch.
Схема предлагаемого устройства содержит электрохимическую ячейку 1, вспомогательный электрод 2, который соединен с выходом 3 прерывателя тока 4, генератор импульсов 5, выход которого соединен с управляющим входом 6 прерывателя тока 4 и управляющим входом 7 устройства выборки-хранения в, буферный усилитель 9, неинвертирующий вход которого соединен с электродом сравнения 10, а выход соединен с его инвертирующим входом и входом 11 устройства выборки-хранения в, выход 12 которого соединен с первым выходом 13 устройства и с первым неподвижным контактом 14 переключателя режима 15, измеритель тока 16, вход которого соединен с рабочим электродом 17, а выход со вторым выходом 18 устройства и со вторым неподвижным контактом 19 переключателя режима 15, дифференциальный усилитель 20, неинвертирующий вход которого соединен с входом 21 устройства, а инвертирующий вход с подвижным контактом переключателя режима 15, выход дифференциального усилителя 20 соединен с входом 23 прерывателя тока 4. The circuit of the proposed device contains an electrochemical cell 1, an auxiliary electrode 2, which is connected to the output 3 of the current chopper 4, a pulse generator 5, the output of which is connected to the control input 6 of the current chopper 4 and the control input 7 of the sample-storage device in, buffer amplifier 9, non-inverting the input of which is connected to the reference electrode 10, and the output is connected to its inverting input and input 11 of the sample-storage device, the output 12 of which is connected to the first output 13 of the device and to the first fixed contact ohm 14 of the mode switch 15, a current meter 16, the input of which is connected to the working electrode 17, and the output with the second output 18 of the device and with the second stationary contact 19 of the mode switch 15, a differential amplifier 20, the non-inverting input of which is connected to the device input 21, and the inverting the input with the movable contact of the mode switch 15, the output of the differential amplifier 20 is connected to the input 23 of the current chopper 4.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Режим работы устройства в качестве потенциостата или гальваностата задается переключателем режима 15. The operation mode of the device as a potentiostat or galvanostat is set by the mode switch 15.
В режиме потенциостата подвижный контакт 22 переключателя 15 соединен с первым неподвижным контактом 14. На вход 21 подается напряжение, равное заданному значению потенциала рабочего электрода 17. Это напряжение прикладывается к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 20. Текущее значение потенциала рабочего электрода 17, измеренное с помощью электрода сравнения 10, через буферный усилитель 9 запоминается в устройстве выборки-хранения в и через переключатель режима 15 прикладывается к инвертирующему входу усилителя 20. На выходе усилителя 20 формируется напряжение, пропорциональное разности значений заданного и измеренного потенциалов рабочего электрода 17. Это напряжение через прерыватель тока 4 прикладывается к вспомогательному электроду 2 и определяет силу поляризационного тока через ячейку 1, который изменяет потенциал рабочего электрода 17 так, чтобы последний был равен заданному (с погрешностью контура регулятора). In the potentiostat mode, the movable contact 22 of the switch 15 is connected to the first fixed contact 14. A voltage equal to a given value of the potential of the working electrode 17 is applied to input 21. This voltage is applied to the non-inverting input of the differential amplifier 20. The current value of the potential of the working electrode 17, measured using the electrode 10, through the buffer amplifier 9 is stored in the sample-storage device in and through the mode switch 15 is applied to the inverting input of the amplifier 20. At the output of the amplifier 20 voltage is formed proportional to the difference between the values of the given and measured potentials of the working electrode 17. This voltage is applied through the current chopper 4 to the auxiliary electrode 2 and determines the polarization current through the cell 1, which changes the potential of the working electrode 17 so that the latter is equal to the specified ( with the accuracy of the controller loop).
Исключение IR-составляющей из контура регулирования потенциала осуществляется по механизму бестокового измерения потенциала, т.е. потенциал рабочего электрода измеряется в моменты, когда через ячейку не протекает ток. The exclusion of the IR component from the potential control loop is carried out by the mechanism of currentless potential measurement, i.e. the potential of the working electrode is measured at times when no current flows through the cell.
Этот механизм реализуется следующим образом. Генератор импульсов 5 периодически на короткие моменты времени посредством прерывателя тока 4 (например, мощный транзисторный ключ с большим сопротивлением в разомкнутом состоянии) обесточивает ячейку 1. This mechanism is implemented as follows. The pulse generator 5 periodically for short times by means of a current chopper 4 (for example, a powerful transistor switch with a large resistance in the open state) de-energizes cell 1.
IR-составляюцая - падение напряжения в объеме электролита между электродом сравнения 10 и рабочим электродом 17 исчезает с прекращением тока и на выходе буферного усилителя 9 устанавливается напряжение без IR-составляющей, которое запоминается в устройстве выборки-хранения 8 до следующего прерывания тока через ячейку 1. Измеритель тока 16 в цепи рабочего электрода измеряет среднее значение тока через рабочий электрод и величина тока в виде напряжения прикладывается ко второму выходу 18 устройства. Первый выход 13 и второй выход 18 устройства используются для регистрации вольтамперных зависимостей исследуемых электродов: электродного потенциала и поляризационного тока соответственно. IR component - the voltage drop in the volume of the electrolyte between the reference electrode 10 and the working electrode 17 disappears with the cessation of current and the output of the buffer amplifier 9 sets the voltage without the IR component, which is stored in the sample-storage device 8 until the next interruption of the current through cell 1. A current meter 16 in the working electrode circuit measures the average value of the current through the working electrode and the current value in the form of voltage is applied to the second output 18 of the device. The first output 13 and the second output 18 of the device are used to register the current-voltage dependences of the studied electrodes: electrode potential and polarization current, respectively.
В режиме гальваностата подвижный контакт 22 переключателя режима 15 соединен со вторым неподвижным контактом 19. В этом режиме на вход 21 устройства подается напряжение, пропорциональное заданному току поляризации, которое прикладывается к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 20, на инвертирующем входе которого действует напряжение, пропорциональное измеренному значению тока через ячейку 1. Выходное напряжение дифференциального усилителя 20, пропорциональное разности между заданным и измеренным значениями тока через прерыватель тока 4, прикладывается к вспомогательному электроду 2 и задает ток через ячейку 1 с точностью до ошибки контура регулирования. In the galvanostat mode, the movable contact 22 of the mode switch 15 is connected to the second fixed contact 19. In this mode, a voltage proportional to the specified polarization current is applied to the input 21 of the device, which is applied to the non-inverting input of the differential amplifier 20, on the inverting input of which there is a voltage proportional to the measured value current through cell 1. The output voltage of the differential amplifier 20, proportional to the difference between the set and measured values of the current through breaks 4 atel current is applied to the auxiliary electrode 2 and sets the current through the cell 1 up to a loop error.
Как и в режиме работы потенциостата, на первом выходе 14 устройства будет действовать напряжение, пропорциональное величине электродного потенциала и не содержащее IR-составляющей погрешности, так как оно измеряется в моменты прерывания тока через ячейку 1. As in the operation mode of the potentiostat, a voltage proportional to the electrode potential and not containing the IR component of the error will act on the first output 14 of the device, since it is measured at the moments of interruption of the current through cell 1.
При прохождении поляризационного тока через электролитическую ячейку 1 напряжение U на выходе электрода сравнения 10 будет состоять из собственно электродного потенциала E рабочего электрода 17 и напряжения, равного произведению поляризационного тока 1 на сопротивление R в объеме электролита между электродом сравнения 10 и рабочим электродом 17, а именно U=E+IR. При величине тока I= 10 мА и сопротивлении R=(2-5) Oм произведение IR составит 20-50 мВ. Однако действующее на выходе устройства выборки-хранения 8 напряжение не содержит IR составляющей, так как оно запоминается в моменты прерывания тока I=0. With the passage of the polarization current through the electrolytic cell 1, the voltage U at the output of the reference electrode 10 will consist of the actual electrode potential E of the working electrode 17 and a voltage equal to the product of the polarization current 1 by the resistance R in the volume of the electrolyte between the reference electrode 10 and the working electrode 17, namely U = E + IR. With a current value of I = 10 mA and a resistance of R = (2-5) Ohm, the product of IR will be 20-50 mV. However, the voltage acting at the output of the sample-storage device 8 does not contain an IR component, since it is stored at the moments of current interruption I = 0.
Дополнительно введенные устройство выборки хранения генератор импульсов и прерыватель тока с соответствующими связями обеспечивают механизм беcтокового измерения электродного потенциала. An additionally introduced storage sampling device, a pulse generator and a current chopper with corresponding connections provide a mechanism for non-current measurement of the electrode potential.
Таким образом, предлагаемое устройство за счет введения механизма беcтокового измерения потенциала приводит к компенсации погрешности электрохимических измерений, равной по абсолютной величине напряжению в объеме электролита между электродом сравнения и рабочим электродом и вызываемой проходящим через ячейку поляризационным током, т.е. обеспечивает повышение точности измерения потенциала. Thus, the proposed device, due to the introduction of the mechanism of non-current potential measurement, compensates for the error of electrochemical measurements, which is equal in absolute value to the voltage in the electrolyte volume between the reference electrode and the working electrode and caused by the polarizing current passing through the cell, i.e. provides increased accuracy of potential measurement.
На практике общая погрешность измерений уменьшается с 2-10% до 0,5% и менее. In practice, the total measurement error decreases from 2-10% to 0.5% or less.
Список литературы
1. А. с. СССР N 958951, G 01 N 27/48, 1982.List of references
1. A. p. USSR N 958951, G 01 N 27/48, 1982.
2. А. с. СССР N 864097, B 01 N 27/48, 1981. 2. A. p. USSR N 864097, B 01 N 27/48, 1981.
3. Патент США N 4500840, G 01 N 27/48, 1985. 3. US patent N 4500840, G 01 N 27/48, 1985.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111218/25A RU2131602C1 (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111218/25A RU2131602C1 (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2131602C1 true RU2131602C1 (en) | 1999-06-10 |
Family
ID=20207170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98111218/25A RU2131602C1 (en) | 1998-06-11 | 1998-06-11 | Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2131602C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2830937A1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-04-18 | Inst Nat Polytech Grenoble | Electrochemical measuring instrument, for determining characteristic of liquid-solid or liquid-liquid interface, has measuring electrode immersed in fluid to determine electrical characteristic |
| WO2010113021A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-07 | St. Petersburg State University | Method for determining the concentration profile of a dopant in semiconductors |
| RU2511648C2 (en) * | 2012-03-05 | 2014-04-10 | Анатолий Владиславович Колмаков | Method for determination of electromotive force at alternating voltage and circuit resistance |
-
1998
- 1998-06-11 RU RU98111218/25A patent/RU2131602C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2830937A1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-04-18 | Inst Nat Polytech Grenoble | Electrochemical measuring instrument, for determining characteristic of liquid-solid or liquid-liquid interface, has measuring electrode immersed in fluid to determine electrical characteristic |
| WO2010113021A1 (en) * | 2009-03-30 | 2010-10-07 | St. Petersburg State University | Method for determining the concentration profile of a dopant in semiconductors |
| RU2511648C2 (en) * | 2012-03-05 | 2014-04-10 | Анатолий Владиславович Колмаков | Method for determination of electromotive force at alternating voltage and circuit resistance |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7372277B2 (en) | Method and apparatus for providing stable voltage to analytical system | |
| US8063644B2 (en) | Impedance measurement of a pH electrode | |
| JPS6325300B2 (en) | ||
| KR20080003419A (en) | Method and apparatus for detection of abnormal traces during electrochemical analyte detection | |
| Lister et al. | The effect of localized electric fields on the detection of dissolved sulfur species from Type 304 stainless steel using scanning electrochemical microscopy | |
| Cooke et al. | Sensitive End-Point Procedure for Coulometric Titrations | |
| RU2131602C1 (en) | Device for potentiostatic and galvanostatic measurements with automatic compensation for ir error | |
| US20060086623A1 (en) | Time-based integrated potentiostat | |
| EP0598380B1 (en) | Method of monitoring constituents in plating baths | |
| Enke et al. | A versatile and inexpensive controlled potential polarographic analyzer | |
| TWI464397B (en) | Biosensor, sensing unit and method | |
| Ghani et al. | Evaluation of Portable Potentiostats for Electrochemical Measurements: Voltammetry and Impedance Spectroscopy | |
| US3730869A (en) | Corrosion ratemeter | |
| GB2117120A (en) | Anodic stripping voltameter | |
| Swartz et al. | Small-volume coulometric redoxostat | |
| Cox | Square-wave amperometry | |
| EP4306948A1 (en) | Validation of electrochemical measurements using a potentiostat | |
| Pomeroy et al. | Voltammetry at the thin-film mercury electrode (TFME): Anodic and cathodic stripping voltammetries and simple potentiostat construction | |
| Saha et al. | Electrode kinetics of the O2/O2− redox couple at Hg electrode in the presence of PVC in aprotic media | |
| RU2101697C1 (en) | Method of volt-amperometric analysis | |
| Varamban et al. | Simultaneous measurement of emf and short circuit current for a potentiometric sensor using perturbation technique | |
| RU2199734C2 (en) | Technique of electrochemical analysis | |
| SU1006988A1 (en) | Ac polarograph | |
| SU1404977A1 (en) | Device for measuring electric conductivity of fluids | |
| JPH02128155A (en) | Oxygen sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040612 |