SU1518725A1 - Устройство дл определени комплексных компонент переменного поверхностного нат жени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области контрольно-измерительной техники, а именно к устройствам дл  изучени  поверхностных свойств твердых электродов, и может быть использовано в приборостроении, а также в научно-исследовательской практике. Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  одновременной регистрации обоех компонент. Дл  этого в устройство, выполненное на базе электрохимической  чейки, работающей на переменном токе, дополнительно введен компаратор и генератор парных пр моугольных импульсов, что позвол ет получать зависимость обеих комплексных компонент поверхностного нат жени  от потенциала электрода. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам дл  изучени  поверхностных свойств твердых электродов, и может быть использовано в приборостроении , а также в научно-исследовательской практике дл  регистрации зависимостей комплексных компонент производной поверхностного нат жени  (ППН) по плотности зар да электрода, наход щегос  в контакте с жидким электролитом, от потенциала электрода или времени.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечени  одновременной регистрации обоих комплексных компонент переменного поверхностного нат жени .

. На фиг. 1 приведена принципиальна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напр жени  в разных точках устройства; на фиг. 3 - кривые зависимости реальной и мнимой компоненты ППН от потенциала Е платинового электрода в контакте с 1 н. K-jSO ; 0,2 н. CdSO. Устройство состоит из электрохимической  чейки 1 с электролитом, рабочего электрода 2, расположенного в  чейке 1, жестко скрепленного с пьезоэлектрическим преобразователем 3. В  чейке 1 расположены также электрод 4 сравнени , первый вспомогательный электрод 5 дл  задани  среднего потенциала рабочего электрода 2, второй вспомогательный электрод 6 дл  пропускани  переменного тока.

О1

оо М го

СП

lihixoji ир образовател  3 соединен с нх( избирательного усилител  7, jjwxo;; которого подключен к входу осциллографнческот-о регистратора 8. Электрод 4 сравнени  через фильтр 9 с нысоким входным сопротивлением со- единен с инвертирующим входом потенци остата 10, выход которого соединен с первым вспомогательным электродом 5. Неиннертирующий вход потенциостата 10 соединен через фильтр 11 с выходом формировател  12 посто нного и линейно-мен ющегос  напр жени . Этот выход через переключатель 13, обеспечивающий переход от режима внутренней 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 напр жени . Этот же выход через компаратор 1Ь со- ед1шен с входом генератора 17 парных пр моугольных импульсов, выход которого подключен к модулирующему входу регистратора 8.

Устройство работает следующим образом .

Среднее значение потенциала рабочего электрода 1 формируетс  в формирователе 12 и представл ет собой, в общем случае, сумму посто нного и мен ющегос  по лрн1ейцому закону напр жени , которое поступает через фильтр 11 на неинвертирующий вход потенциостата 10. На инвертирующий вход потенциостата 10 через фильтр 9, идентичный фильтру II, поступает напр жение с электрода 4 сравнени . Таким образом, потенциостат 10 посредством пропускани  токэ через электрод 5 обеспечивает поддерх ание между рабочим 2 и вспомогательным 4 электродами значени  напр жени , формируемого формирователем 12. Дл  возбуждени  колебаний ППН через вспомог ательный электрод 6 от генератора 15 синусоидального напр жени  через образцовое сопротивление 14 на рабочий элекч род 2 подаетс  переменный ток. Разв зку цепей переменного и посто нного тока осуществл ет фильтр 9, поло(;а задерж ки которого охватывает диапазон рабочих частот генератора 15. Фильтр 1 обеспечивает компенсацию небольшого посто нного падени  напр жени  на фильтре 9 при линейной развертке потенциала рабочего элекарода 2.

0

5

0

5

0

5

0

5

Возбуж/хенные прохождением переменного тока через электрод 2 колебани  ППН преобразуютс  в электрическое напр жение пьезоэлектрическим преобразователем 3, а затем усиливаетс  избирательным усилителем 7. Усиленное напр жение с выхода усилител  7 подаетс  на Y-ВХОД (канал вертикального отклонени ) осциллографического регистратора 8. При этом фазовый сдвиг напр жени  на выходе усилител  7, в общем случае, может иметь любое значение 0-360 по отношению к колебанию напр жени  на выходе генератора 15 в точке его соединени  с сопротивлением 14. Поэтому перед регистрацией необходимо призвести настройку устройства по известному поверхностному нат жению в изучаемой электрохимической системе, В дальнейшем будем исходить из того, что калибровочный сигнал имеет нулевой фазовый сдвиг Lf 0° и значение модул  f 1,5 В, что соответствует реальной электрохимической системе, эстансо- граммы которой приведены на фиг. 3, нри потенциале электрода Е 1,4В (относительно нормального водородного электрода).

Настройку устройства в случае, когда уровень наводок незначителен и ими можно пренебречь провод т следующим образом. В данном случае переключатель 13 ставитс  в отключенное положение, при этом на экране регистратора по вл етс  синусоида, произвольно сдвинута  по отношению к началу развертки, например как на фиг. 2, график а. Напр жение с генератора 15 подаетс  на вход компаратора 16 и если первоначально на нем установлен нулевой уровень срабатывани , тогда запускаемый положительным фронтом импульса , компаратора 16, генератор 17 начинает генерацию пар импульсов, которые модулируют  ркость луча регистратора 8. Интерва.11 в паре равен 0,25 Т, длительность С импульса выбираетс  из услови  f 0,01 Т. В результате этого на синусоьще, иницируемой регистратором 8, по вл ютс   рко свет щиес  точки, зображенные черными кружками на графике а. Так как фазовый сдвиг ППН в данном случае равен нулю, измен   уровень срабатывани  компаратора 16 (фиг. 2, график б, уровень отмечен пунктирной линией, нанесенной на синусоиду выходного сиг

га свет щихс  точек на синусоиде к по-,, .,., ,

во врем  второго - на величину и

ложению, изображенному светлыми кружками , график а на фиг. 2. Напр жение на выходе компаратора при этом соответствует графику в на фиг. 2, а на выходе генератора 17 - графиг г. После этого включаетс  переключатель 13, обеспечивающий переход к управлению д горизонтального канала регистратора 8 напр жением формировател  12, снимаетс  остаточное свечение синусоиды при помощи внутреннего регул тора  ркости регистратора 8. При этом на экране J5 высвечиваютс  две точки, расположенные в одной вертикали. Положение последней зависит от потенциала электрода, так как при включении переключател  I3

равную

и и„ cos(i/ +е - f ) + и о, (2 Так как в калибровочном опыте Lf то из уравнений (I) и (2) определ е с  фазовый сдвиг при преобразовании усилении ПИН и коэффициент преобраз вани  ,

е ч- + arctg ---Г,.

и - LH

Un и

- sin(6)-v)

После определени  параметров б и К переход т к записи зависимости вели чин и (Е) и и (Е) от потенциала эле трода путем включени  переключатеравную

и и„ cos(i/ +е - f ) + и о, (2) Так как в калибровочном опыте то из уравнений (I) и (2) определ етс  фазовый сдвиг при преобразовании и усилении ПИН и коэффициент преобразовани  ,

е ч- + arctg ---Г,.

и - LH

Un и

- sin(6)-v)

После определени  параметров б и К переход т к записи зависимости величин и (Е) и и (Е) от потенциала электрода путем включени  переключате

каждои точке на горизонтали на экра- 20 л  13 и сн ти  остаточного свечени 

синусоиды колебани  при помощи в реннего регул тора  ркости свече регистратора 8. Зависимости компл ных компонент ППН получают в дан

tf(E) е- arctg о {|}-1-и

; „.yllEl

не регистратора соответствует определенное значение потенциала электрода. После этого производитс  запись кривых зависимостей комплексных компонент ППН от потенциала путем включени  случае путем расчета по формулам вертки напр жени  в формирователе 12. Результат регистрации представлен на фиг. 3.

Настройка устройства в присутствии . значительных электростатических наво- JQ док проводитс  следующим образом. Электроду 2 сообщаетс  потенциал, при котором известна фаза Ф и модуль эс- танса (в нашем случае 0 О и 1,5 В).

При этом механические колебани  электрода демпфируютс , а переключатель 13 ставитс  в отключенное положение , вследствие чего на регистраторе 8 по вл ютс  изображени  колебаний электростатических наводок. Измер етс  модуль и и фаза i наводок, а уровень срабатывани  компаратора 16 устанавливаетс  таким, чтобы в момент первого импульса генератора 17 сигнал наводок был равен нулю, а в момент

35

40

sin(tf(E))

Кез-дСЕ) sini(E)

тт„ г

cosi(E).

Us (Е)

Ул1Е к

45

Индексом Е в скобках помечены величины, которые завис т от поте циала электрода.

При регистрации временных зави мостей - Re J- g и , настройка бора осуществл етс  в тех же посл довательност х, с той разницей, ч запись зависимостей на регистрато ре 8 проводитс  с включенной внут ней разверткой по горизонтали с т буемой скоростью передвижени  луч

второго - модулю наводок U. После этого снимаетс  демпфирование рабочего электрода и на экране регистратора 8 по вл етс  изображение колебани , соответствующего сумме двух колебаний: наводок и полезного сигнала, преобразованного и усиленного ППН. Модуль последнего сигнала обозначим U,, а фазовый сдвиг при преобразовании и усилении - 8. Высвечиваемые импульсами генератора 17 точки отклонены от нулевой линии во врем  первого импульса на величину J , равную

синусоиды колебани  при помощи внутреннего регул тора  ркости свечени  регистратора 8. Зависимости компле.кс- ных компонент ППН получают в данном

случае путем расчета по формулам

tf(E) е- arctg о {|}-1-и; .

чае путем расчета по формулам

; „.yllEl

sin(tf(E))

Кез-дСЕ) sini(E)

тт„ г

cosi(E).

Us (Е)

Ул1Е к

0

5

0

Индексом Е в скобках помечены те величины, которые завис т от потенциала электрода.

При регистрации временных зависимостей - Re J- g и , настройка прибора осуществл етс  в тех же последовательност х , с той разницей, что запись зависимостей на регистраторе 8 проводитс  с включенной внутренней разверткой по горизонтали с требуемой скоростью передвижени  луча.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени  комплексных компонент переменного поверхностного нат жени , содсржлп се электрохимическую  чейку с рлсположенным Б ней рабочим электродо , скрепленным с пьезоэлектрическим iipodnii.r.iOBnTe- лем, который подключен к ихолу избирательного усилител , in jiiibii i нспомогательный электрод, расположенный в электрохимической  чейке и подключенный к выходу потенциостата, инвертирующий вход которого соединен с электродом сравнени , расположенным в электрохимической  чейке, а неинвертирующий вход соединен с выходом формировател  посто нного и линейно-мен ющегос  напр жени , второй вспомогательный электрод, расположенный в электрохимической  чейк е и подключенный к выходу генератора синусоидального напр жени , и осциллографи- ческий регистратор, Х-вход которого соединен с выходом формировател  посто нного и линейно-мен ющегос  напр (fufi

   жени , а Y-вход - с выходом избира тельного усилител , отличающеес  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей устройства путем обеспечени  одновременной регистрации обоих комплексных компонент переменного поверхностного нат жени  , устройство дополнительно содержит компаратор с переменным.уровнем срабатывани , вход которого соединен с выходом генератора синусоидального напр жени , и генератор парных пр моугольных импульсов, управл ющий вход которого соединен с выходом компаратора , а выход - с модулирующим входом осциллографического регистратора.

   (ригз