一種控制電位和電流并測量電位的裝置——恒電位儀

更新時間：2024-07-23

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什么是恒電位儀？

恒電位儀是一種控制電位和電流并測量電位的裝置。

在電解質(zhì)中由工作電極、對電極和參比電極組成的三電極系統(tǒng)中，控制工作電極和參比電極之間的電壓并測量工作電極和對電極之間流動的電流。用于電化學測量，常與恒電流儀、函數(shù)發(fā)生器配合使用。

恒電流儀精確控制流經(jīng)電極的電流并任意調(diào)節(jié)電反應(yīng)的化學速率，而恒電位儀則控制電極的電位并測量當時流經(jīng)電極的電流。市場上有許多型號可以讓您通過一臺設(shè)備在恒電流器和恒電位器之間切換。

恒電位儀主要用于電化學測量。實際上，它很少單獨用作恒電位儀，最常與恒電流儀和函數(shù)發(fā)生器結(jié)合使用。

單獨的恒電位儀只能進行恒壓控制，但與這些設(shè)備結(jié)合使用時，可以進行電壓掃描操作和脈沖輸出，并且通過測量響應(yīng)，可以更深入地了解目標物的電化學特性。做。

恒電位儀原理的關(guān)鍵點在于它利用運算放大器進行負反饋控制。

運算放大器用圖1所示的電路符號表示，具有以下兩個特性。

一種控制電位和電流并測量電位的裝置——恒電位儀

圖 1. 運算放大器電路符號

使用運算放大器的電路實現(xiàn)恒電位儀的以下主要功能。

高內(nèi)阻抗阻止電流流向參比電極，正負端電壓相同，因此可以將設(shè)定電壓作為參比電極電壓。

運算放大器可以測量電流，因為它輸出與流動電流相對應(yīng)的電壓。

圖 2.伏安圖示例。

電化學測量是一種測量方法，其中從電源或其他電路向特定樣品施加電信號以引起化學反應(yīng)，并根據(jù)響應(yīng)信號評估樣品內(nèi)部發(fā)生的化學反應(yīng)。

一個常見的例子是水電解。通過將連接到恒電位儀的電極插入水中并從外部電路施加電能，可以在工作電極上加速或逆轉(zhuǎn)水分解反應(yīng)。這可用于開發(fā)促進水電解的催化劑。

另外，在伏安圖測量中，使用計算機將受控電極電位從數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并且將恒電位儀測量的電解電流數(shù)字化并由計算機讀取。通過這樣做，您可以找出響應(yīng)電壓變化有多少電流流動。

根據(jù)伏安圖，可以考慮在每個電位下工作電極上發(fā)生什么樣的氧化/還原反應(yīng)。

圖3 恒電位儀和三電極系統(tǒng)示意圖

在電化學測量中，需要準確地知道電極上發(fā)生的反應(yīng)的電位。當使用雙電極系統(tǒng)進行電化學測量時，電流同時流過工作電極和對電極，這會導致稱為極化的現(xiàn)象，從而無法準確測量電位。極化是指電流流過電路引起的電極電位的變化。

因此，添加參比電極作為第三電極，形成由工作電極、對電極和參比電極組成的三電極系統(tǒng)。通過不讓電流流過參比電極并測量工作電極和參比電極之間的電位差，可以準確地測量工作電極的電位。