Устройство для измерения электрохимического потенциала активности ионов в растворах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О UHIIHCh4

РЕСПУБЛИК (l9) (lr) (51)4 G О1 N 27/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТКРЫТИЙ (21) 3630735/24-25 (22) 10.. 08. 83 (46) 15. 10.85. Бюл. Ф 38 (72) И.Н.Андреев (53) 541.135(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 466439, кл. G 01 N 27/52, 1972.

Андреев И.Н. Схема устройства для автоматизированной проверки первичных преобразователей ионной активности в растворах. — В сб.:

Методы и системы автоматизации средств метрологического обеспечения.

Труды НПО ВНИИМ им. Д.И.Менделеева, 1980, с. 47-51.

Standard Reference Materials

"Standarchization of рН Measurementd

Richard А. Durst, NBS Special Publication 260-53, 1975, р. 8. . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .ИЗМЕРЕНИЯ

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА АКТИВНОСТИ ИОНОВ В РАСТВОРАХ, содержащее электрохимические ячейки с индикаторными электродами, подключенными к входам коммутатора, нормапьные элементы, выходы которых соединены с соответствующими входами коммутатора, цифровой вольтметр, подключенный к электронной вычислительной машине через интерфейсное устройство, соединенное с управляющим входом коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения длительности измерения при переключениях с однОго измерительного канала на другой путем ограничения токов поляризации, в устройство введены высокоомный согласующий преобразователь и реле с перекидным контактом, управляемое электронной вычислительной машиной через интерфейсное устройство, при этом общий вывод контакта реле соединен с входом цифрового вольтметра, вывод нор-. мально замкнутого контакта соединен с выходбм высокоомного согласующего преобразователя, а вывод нормально разомкнутого контакта подключен к входу высокоомного согласующего преобразователя и выходу коммутатора.

1185209

Изобретение относится к устройствам, применяемым в электрохимии, и может быть использовано для измерения электрохимического потенциала активности ионов н растворах. 5

Цель изобретения — уменьшение длительности измерения при переключениях с одного измерительного канала на другой путем ограничения токов поляризации. t0

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения электрохимического потенциала активности конов в растворах íà фиг. 2 — экнивалеHT— ная схема прототипа для случая двух- 15 канальной системы, на фиг, 3 — эк— ниналентная схема устройстна для измерения электрохимического потенциала активности ионов н растворах.

Устройство для измерения электро в 2О химического потенциала активньсти ионов н растворах состоит из электрохимических ячеек с индикаторными электродами 1, нормальных элементов

2, коммутатора 3, высакоомного сог- 25 ласующего преобразователя (ВС) 4, реле 5 с перекидным контактом, цифрового вольтметра (ЦБ) 6, гп терфейса 7 и электронной вичислительной машины (ОБ!!) 8.

ЗО

Индикаторные электроды 1, помещенные н электрохимическпе ячейки нормальных элеменl,лн 2, подсоединены к входам коммутатора 3, выход которого подсоединен к нходу нысокоомного

35 согласующего преобразователя 4 с коэффициентом передачи по напряжению равным единице, выход которого соединен с нормальным замкнутым выводом перекидного контакта реле 5,общий вывод перекидного контакта которого подан на вход ЦВ б, кодовым выходом подсоединенный через интерфейс 7 к

ЭВМ 8, управляющей через интерфейс

7 коммутатором 3 и реле 5, Устройство работает следующим образом.

Управляющим сигналом от интерфейса

7 измеря емьп» потенциал, например от индикаторного электрода 1, через 50 коммутатор 3 подается сначала на

ВС 4, которьпг заряжает нходпую емкость ЦВ 6 до потенциала, равного измеряемому, с точностью погрешно ти передачи по напряжению ВС 4 (контакт 55 реле 5 находится н исходном состоянии), Затем от сигнала интерфейса 7 срабатывает реле 5 и измеряемый потенциал с электрода 1 подается непосредственно на вход ЦВ 6 через контакт реле 5 и измеряется с точностью, опредепяемой погрешностью ЦВ 6. 3атем сигналом от интерфейса 7 контакт репе 5 приходит н исходное положение.

Измерение потенциала с любого другого электрода или нормальных элементов 2 проходит аналогично.

Рассмотрим эквивалентную схему прототипа цля случая двухканальной системы при переключении с измерения потенциала Е, на измерение Е (фиг. 2). Входное сопротивление ЦВ

К ь» имеет значение порядка 10 Ом.

»о

Величины Е, и Е < могут отличаться друг от друга на величину порядка кольта, в этом случае постоянная времени переходного процесса определяется, н основном, величиной

С „R <(1), где Сь„ — входная емкость

ЦВ, R=, — внутреннее сопротивление электродной системы с потенциалом

Å(. Время перезарядки емкости разомк«утого контакта реле С во внима— ние не принимается, так как в реальных условиях С (< Ñ „. Кроме того, начальный ток через правую электрод\ ную систему определяется выражением

1, —.— — (2), что, исходя из р еальных

Кэ соображений, может иметь значение

1" Л и больше (R 10 Ом) .

Рассмотрим, как ведет себя при аналогичных условиях описанное устройство (фиг. 3) . Здесь С п„и R соответственно входная емкость и входное сопротивление ВС. Время измерения в этом случае определяется двумя переходными процессами, что с:«,дует из описания работы устройства. Постоянная времени заряда входной емкости ВС определяется величиной С „ К.„ (3), а начальный ток аналогичен с прототипом (см. (3). Время зарядки С „ токами от ВС определяется величиной К „„ Сп„(4). Постоянная времени второго такта измерения — процесса точного измерения

{обмотка реле 5 под управляющим напряжением и измеряемый потенциал подан на ЦВ непосредственно) — выглядит как Св„ Кэ,(5), начальный ток через электродную систему выглядит

Л как — (6) где на !» — погрешность

7 передачи ВС по напряжению. Во всех рассуждениях считаем, что введение

1185209 в схему С и С емкостей разомкнутых контактов реле 5 вклад во временные характеристики процессов не дают, так как на выводах перекидного контакта во всех фазах измерения 5 ."дежурят" потенциалы, различающиеся на величину порядка h, которая в реальных условиях, например в случае исполнения ВС на дифференциальном операционном усилителе типа 10

284УД1А, 544УД1А и т.п., имеет значение порядка 1 мВ.

В существующих цифровых вольтметрах, работающих с фильтрами на входе, входная емкость имеет величины 15 о порядка 10" О, независимо от того, что за фильтр используется — компенсационный, пассивный или активный фильтр на операционном усилителе (ОУ). Для ОУ с полевыми транзистора- 20 .ми во входном каскаде входная емкость, определяемая входной емкос тью полевого транзистора, колеблется от десятьх долей пикофарады до 10—

20 пФ, поэтому для исполнения ВС, д играющего при измерениях вспомогательную роль, с минимальной входной емкостью и высоким быстродействием наиболее приемлемы дифференциальные

4 операционные усилителя (ДОУ) с полевыми транзисторами во входном канале, к примеру К284УД1А, К544УД1А и т.п. Кроме того, выходное сопротивление BCR „„ различными простейшими схемными решениями можно сделать порядка единиц Ом и ниже, поэтому значение величины R ц,„ С „ можно сделать одного порядка или меньше, чем значение величины С R вх

Следовательно, выбором ВС можно на три порядка и выше ограничить время спадания тока через электродную систему при переключении с канала на канал. Во время же точного измерения начальный ток по величине на.З

4 порядка меньше, чем в случае прототипа, и заметной поляризации не вызывает.

Как показала практика поляризация электродной системы при переключениях в прототипе увеличивает время измерения до минуты и выше (ЦВ типа

В7-28).

Время измерения в описанном устройстве, несмотря на двухтактность измерения, не превышает в худшем случае величины 10-15 с (ВС выполнен на ДОУ К284УД1А, ЦВ типа В7-28).

1185209

II85209

Составитель В.Алексеев

Редактор М.Бандура Техред Л.Микеш Корректор И.Зрдейи

Заказ 6356/39 Тираж 896 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4