Устройство для измерения зависил\ости поверхностного натяжения твердых электродов
кеоЕсо ни юатвитно-те ича о п и а-мн ЙЪ
277399
Соки Советскик
Социалистическик
Республик
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства ¹
Кл. 42/, 13/03
Заявлено 04ЛЧ.1969 (№ 1318660/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 22.VII.1970. Бюллетень № 24
Дата опубликования описания 14.Х.1970
МПК б 01п 13/02
УДК 539.612.3.08:621. .3.035.2 (088.8) Комитет по делам иеобретений и открытий при Совете теинистрое
СССР
Автор изобретения
А. Я. Гохштейн
Институт электрохимии АН СССР
Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАВИСИМОСТИ
ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОДОВ
ОТ ПОТЕНЦИАЛА
Предлагаемое устройство может быть применено в электрохимии для исследования межфазного слоя на границе твердого электрода с жидким раствором.
В известном устройстве для измерения зависимости поверхностного натяжения твердых электродов в жидком растворе от потенциала связанное с ростом тока возрастание омических потерь в растворе при частоте 1 кгт1 и выше соизмеримо с амплитудой переменного потенциала, которая, таким образом, перестает быть контролируемой величиной. Поэтому, если при частотах порядка 100 гт1 известное устройство позволяет регистрировать колебания поверхностного натяжения твердых электродов как в режиме заданного переменного потенциала, так и в режиме заданного переменного тока, то при частотах выше 1 кг1 осуществим лишь режим заданного переменного тока, в котором постоянной поддерживается амплитуда тока, проходящего через электрод.
Целью изобретения является расширение диапазона частот.
Предлагаемое устройство отличается тем, что исследуемый электрод выполнен в виде двух одинаковых параллельных пластин, расположенных вертикально над уровнем раствора и подключенных к противоположным полюсам генератора периодического напряжения. Такое взаимное расположение пластин позволяет путем их сближения снизить сопротивление раствора, который в этом случае чдерживается межд пластинами силами капиллярного поднятия. Вертикальное расположение пластин над раствором снижает гидродинамическое сопротивление их колебаниям.
Так как обе пластины из одного и того же материала и поддерживаются при одном и том же среднем потенциале. то подача периодической составляющей потенциала на пластины в противофазе приводит пластины в механические колебания, совпадающие по фазе. Это усиливает колебания системы элек15 трод — пьезоэлемент, причем обе пластины с прослойкой жидкого раствора между ними колеблются практически как одно целое.
Кроме того. указанное расположение пластин исследуемого электрода обеспечивает эквипотенциальность каждой из пластин по переменной составляющей и позволяет включить в цепь генератора переменного напряжения блок отрицательного сопротивления, что необходимо для компенсации сопротивления раствора между пластинами в том случае, когда пспользуются разбавленные растворы электролита.
На чертеже дана схема предлагаемого устройства.
30 Исследуемый электрод состоит из двух па277399
65 раллельпых пластин 1 и 2, расстояние между которыми определяется толщиной прокладки
8 из диэлектрика, например стекла пли тефлона. Прокладка 8 занимает только верхи|оно часть пространства ме>кду пластинами и вместе с ними за>ката в держателе 4, который через ребро б соединен с пьезоэлементом б. Пьезоэлемент б закреплен во втулке 7 и вместе с 1010 заключен в экран 8. Держатель 4 касается пластп!I в центральной части их тыльной стороны, чтобы нс образовывалось капилляров, по которым раствор мог бы проникнуть в держатель. Зазор между пластинами может быть установлен и без помощи прокладки. В этом слу | |е 1II BII r13 пластин крепится к держателю 1 отдельно, например, отог||утым концом.
Сосуд 9 заполнен раствором, в который погружены вспомогательный электрод 10 и электрод срявнеш|я !1. Эти электроды могут быть вынесены в отдельные сосуды, сообщающиеся с основным сосудом через сифоны. Электроды
1 H 2 ПОдК rro rerr r K ПрОтПВОГ|ОЛО>КНЫМ KJICMмам вторичной обмотки трансформатора 12, установленного ня выходе генератора 18 периодического напряжения. Электроды 10 и 11 подключены к компенсятору 14, служащему для поддер канпя средпсго потенциала пластин 1 и 2, равным потенциалу, задаваемому генератором lб линейно изменяющегося напря>кения. В цепи втор |иной обмотки трансформатора 12 находи гся перекл|очятель lб, служащий для введения в эту цепь блока 17 отрицательного сопротивления. Для настройки этого блока устройство снабжено генератором 18 напряжения высокой частоты, соединенным последовательно с сопротивлением !9, а также усилителем переменного напряжения
20. Обкладки пьезоэлемента подкл|очены к входу осциллографического регистратора 21, соединенного с генератором !б, который ггспользуется для формирования развертки регистратора 21.
Переменное напряжение, подаваемое с трансформатора 12 на пластипы 1 и 2 исследуемого электрода, складывается из двух одинаковых скачков потенциала па границах пластин 1 и 2 с раствором и омнческого падения потенциала в слое раствора ме>кду пластинами. Например, для растьоря 2 М КС1 при
20 С, дифферепцпальн зй емкости двойного слоя 20 л|кЧ>/слг- и расстоянии мс>кду пластинами 0,5 ли переменное напряжение с частотой 1 ко|1 и амплитудой 60 мв распределяется так: падение в растворе — 1,цв и два скачка потенциала — по 29,5 iirB. По отношению к пластинам 1 и 2 скачки потенциала имеют противоположные знаки. Поэтому увеличение поверхностного натяжения на одно " из пластин происходит одновременно с уменьшением его ня другой пластине. Так как изменение поверхностного натяжения происходит на плоскостях, которыми пластины обращены друг к другу, то в результате изменения прикладываемого напря>кения пластины изги5
15 гв
4. баются в одну и ту же сторону, увлекая зя собой .слой раствора, закл|очепный между ннмн.
Вместе с пластинами 1 и 2 начинает колебаться пьезоэлемент б. С его обкладок снимается напряжение, амплитуда которого пропорциональна амплитуде изменения поверхностного натяжения исследуемого твердого электрода. Это напряже|ше после усиления поступает на вертикально отклоняющие пластины осциллографического регистратора 21 и развертывается по горизонтали напряжением, поступающим от генератора lб и пропорциональньв| среднему потенциалу электрода. Таким путем снимаются осциллограммы
«амплитуда поверхностного натяжения— средний потенциал» в режиме заданного периодического потенциала.
В приведенном выше примере погрешность поддержания амплитуды периодического потенциала на заданном уровне составляет 3 ", о.
B случае необходимости эта пбгрешность может быть устранена с точностью до относительного отклонения от параллельности между пластинами. Для этого с помощью персключателя !б в цепь вводится блок 17 отрицательного сопротивления с разделительной емкостью на входе. Его отрицательное сопротивление устанавливается по величине равным сопротивлению слоя раствора между пластинами 1 и 2. Для контроля за совпадением обоих сопротивлений используется генератор
18, вырабатывающий напряжение с частотой, достаточно высокой, чтобы сопротивление емкости на границе электрод — раствор было пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением раствора. Сопротивление 19 и последовательно соединенные раствор и блок 17 образуют делитель напряжения. Сигнал с этого делителя поступает на вход усилителя 26; он минимален, если сопротивления раствора и блока 17 одинаковы по величине. Введение блока 17 необходимо также при измерениях с разбавленными растворами, обладающими высоким удельным сопротивлением, Вместо двух пластин, расположенных над уровнем раствора, в качестве исследуемого электрода в предлагаемом устройстве может быть использован набор большего числа пластин, параллельных друг друту. Кроме того, параллельные пластины могут быть погружены в раствор. Появляющаяся при этом утечка переменного тока с нерабочих граней пластин существенной погрешности в измерения не вносит, если зазор между пластинами выбран достаточно малым.
Предмет изобретения
Устройство для измерения зависимости поверхностного натяжения твердых электродов от потенциала, содержащее пьезоэлемент, скрепленный с исследуемым электродом, вспомогательный электрод и электрод сравнения, генераторы линейно и периодически изменяю277399
Составитель Н. В. Алимова
Текред Л. Я. Левина Корректор С. А. Кузовенкова
Редактор Н. Громов
Заказ 2892/15 Тираж 480 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 щегося напряжения и измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона частот при регистрации колебаний поверхностного натяжения в режиме заданной периодической составляющей потенциала, исследуемый электрод выполнен в виде нескольких, например двух, закрепленных с е одного конца одинаковых параллельных пластин, зазор между которыми обеспечивает капиллярное поднятие исследуемого раствора по всей площади электрода и которые попарно подключены к противоположным полюсам генератора периодически изменяющегося напряжения.
