Измерения импеданса системы

Измерения импеданса системы [c.122]

Этот вариант измерений может быть реализован и при крутильных колебаниях трубчатого образца, если наружный цилиндр установить неподвижно, внутренний закрепить на торсионе и задать действующий на него по гармоническому закону крутящий момент. Если теперь измерять разность фаз между моментом и углом поворота цилиндра, а также амплитуду угла закручивания, то расчетная схема определения О сведется к выше рассмотренным формулам (VI. 15) и (VI. 16). Однако если измерять отношение крутящего момента к угловой скорости движения цилиндра, то это отвечает задаче о,б определении импеданса системы. [c.123]

Наряду с развитием теоретических представлений, целью которых является установление количественной характеристики электродного импеданса и нахождение эквивалентных цепей, адекватно описывающих электрохимические системы, важную роль в развитии электрохимии переменного тока сыграло создание и совершенствование методов измерения импеданса. Простой перенос схем и приборов, используемых в электротехнике, на электрохимические объекты был затруднен рядом специфических требований, предъявляемых к аппаратуре для электрохимических измерений. В частности, эта аппаратура должна обеспечивать измерение составляющих импеданса в широком диапазоне частот от десятков и даже единиц герц до частот радиодиапазона (мегагерцы). При этом тангенс угла электрохимического импеданса (отношение емкостной и активной составляющих) также может изменяться в диапазоне нескольких порядков. Наконец, важнейшим из специфических требований, предъявляемых к аппаратуре для электрохимических измерений, является требование высокой чувствительности, которая необходима для обеспечения возможности проводить измерения импеданса с наложением на ячейку весьма малых колебаний потенциала. Как правило, чтобы обес- [c.9]

В тех же случаях, когда измерения с чистым фоном удается осуществить, после их проведения в электролит вводится исследуемое электрохимически-активное вещество и после установления равновесия измеряется импеданс системы. Далее поступают следующим образом [c.107]

В общем случае электрод при высоких анодных потенциалах покрыт полупроводниковой окисной пленкой, роль которой в электрохимическом процессе не ограничивается только ролью лучшего или худшего переносчика зарядов. Окисная пленка с внедренными в нее анионными радикальными остатками и катионами играет активную роль каталитической поверхности, свойства которой часто определяют направленность процесса. Хорошо известны факты, когда некоторые процессы синтеза идут на платине и не протекают на двуокиси свинца и золоте, и наоборот [2]. Как правило, на благородных металлах, в том числе и платине, образуются хорошо проводящие окисные пленки, падением потенциала в которых можно пренебречь. Существует, однако, целый ряд металлов (Ag, N1, Си), вентильные металлы (Та, Т1 и др.), на которых при анодной поляризации возникают окисные пленки с очень малой проводимостью, в которых локализуется значительная часть приложенного скачка потенциала. Наиболее плодотворным методом изучения строения границы фаз и распределения скачка потенциала в таких системах является сочетание фотоэлектрохимического метода с методом измерения импеданса [3, 4]. [c.133]

Основная трудность исследования кинетики в этой системе заключается в том, что при учете одновременной адсорбции иода и иодида оказываются возможными большое число независимых путей, реализующих суммарный процесс Л -Ь2е"=ЗЛ это число значительно превышает число, известное для реакции выделения водорода (из-за участия хемосорбированного иодида в реакциях). Несколько упрощает картину то обстоятельство, что ад- сорбция иодид-ионов на необратима и сравнительно медленно меняется во времени при изменении внешних условий [7]. Поэтому при измерениях импеданса, выпрямления и других характеристик электрода в области достаточно высоких частот величину адсорбции иодида можно считать неизменной, и тогда возможные пути суммарного процесса оказываются эквивалент- ыми известным схемам выделения водорода [3]. [c.235]

Измерение дифференциальной емкости обычно проводят на переменном токе в достаточно широком диапазоне частот при небольшой амплитуде переменного напряжения (менее 15 мВ). Измеряется импеданс системы (рпс. 7.4,а), состоящей пз двух электродов (рабочего и вспомогательного), погруженных в исследуемый раствор, через которые пропускают переменный ток. Импеданс системы состоит из емкости двойного слоя на исследуе-мом (Сл) и вспомогательном (Св. э) электродах, сопротивления [c.219]

Теперь мы более или менее в состоянии рассмотреть некоторые механистические причины частотной зависимости электрических свойств систем, помещенных между электродами и включающих не только ионные растворы, но и биологические материалы. Диэлектрические (пассивные электрические) свойства биологических материалов и различных химических [206] веществ давно (см., например, [157]) привлекают внимание исследователей как с чисто познавательной, так и аналитической точки зрения. Так, например, еще в 1899 г. Стюарт [204] заметил, что низкочастотная проводимость плазмы крови превышает проводимость цельной крови, из которой она получена, на величину, являющуюся монотонной функцией гематокрита, и вывел уравнение, позволяющее по проводимости оценивать гематокрит. С тех пор по этому вопросу накоплена обширная литература. Она непрерывно пополняется, и ее объем слишком велик, чтобы дать адекватный ее обзор в этой книге. Поэтому автор хотел бы ограничиться следующими моментами 1) обратить внимание читателя на многие превосходные книги, обзорные статьи и монографии по диэлектрической спектроскопии биологических веществ 2) рассмотреть вкратце наиболее важные особенности диэлектрических дисперсий, описанные для биологических систем, механистические модели, описывающие такие системы, и соотношения между диэлектрическими свойствами и эффективным дипольным моментом молекул, для которых наблюдается дисперсия 3) описать некоторые методы анализа и приборы, используемые на практике или разработанные, в основе которых лежат измерения проводимости, диэлектрической проницаемости или их векторной суммы. Далее предполагается вкратце рассмотреть некоторые технические и методологические аспекты, которые следует учитывать при проведении измерений импеданса биологических систем, обращая особое внимание на различия между релаксационными измерениями и измерениями в широком диапазоне частот. Отсюда мы перейдем к обсуждению временного степенного анализа (фурье-анализа) в области биосенсоров вообще. И наконец, попытаемся свести вместе рассмотренные выше идеи и факты, чтобы найти новые подходы к конструированию и эксплуатации биосенсоров. [c.354]

Релаксационные методы условно делят на три группы 1) импульсные потенциостатические 2) импульсные гальваностатические 3) методы, основанные на использовании переменного тока. В первой группе методов систему выводят из равновесия ia счет заданного изменения потенциала и регистрируют зависимость тока от времени. Во второй группе, наоборот, систему выводят из равновесия за счет пропускания запрограммированного тока, а регистрируют зависимость потенциала от времени. Наконец, методы третьей группы основаны на периодических колебаниях исследуемой системы около ее равновесного состояния. Именно к этой группе относится импедансный метод, сущность которого заключается в измерении общего сопротивления электрохимической системы (ее импеданса) при протекании через нее синусоидального переменного тока. [c.261]

При измерении линейного импеданса на электрохимическую ячейку накладывают гармонический электрический сигнал с частотой / и, анализируя тем или иным прибором спектр отклика системы, измеряют действительную Яе и мнимую 1т Z составляющие импеданса Z. [c.27]

Граница раздела электрод — электролит обладает определенной величиной импеданса. Емкость и сопротивление такой системы будут изменяться по мере проникновения электролита в поры и разрушения самой пленки. Метод измерения сопротивления и емкости защитных пленок применяется для изучения влияния различных свойств пленки на ее защитную способность. Применяя этот метод, через исследуемую ячейку пропускают переменный ток. [c.159]

Следует отметить, что при анодном окислении металла обычно меняется состояние его поверхности, в результате чего происходят изменения во времени как потенциала электрода при постоянной плотности тока, так и составляющих его импеданса. Для поддержания исследуемой системы в заданном состоянии в течение времени, необходимого для измерения частотной характеристики импеданса, применяются потенциостаты, включение которых в измеряемую систему должно предусматривать корректное измерение составляющих импеданса [32, 33] при задаваемых значениях потенциала. [c.34]

Если измерения проведены при трех значениях частот (юк (О2 и (О3), то получены соответственно три пары значений составляющих импеданса Rs, Xs Ri, Х , R , Х и Rg, Х ), так что может быть составлена система из шести линейных уравнений типа [c.117]

В работе [1] был проведен расчет фарадеевского выпрямления системы Р1— Л "/Л —для последовательности реакций типа разряд — рекомбинация, причем стадия рекомбинации считалась быстрой, и адсорбция иода учитывалась в рамках изотермы Ленгмюра. В данной работе получены более общие формулы, учитывающие также торможение стадии рекомбинации для трех возможных изотерм адсорбции иода — изотерм Ленгмюра, Темкина и Фрумкина (см. [2—4]). В дополнение к этому дан анализ фарадеевского импеданса и выпрямления для двух других возможных путей реакции, включающих стадию электрохимической десорбции. Сравнение результатов расчета с экспериментом показывает, что вывод работы [5] о замедленности стадии электрохимической десорбции иода не согласуется с результатами измерений фарадеевского выпрямления. [c.234]

Рис. 24.12. Принцип четырехэлектродного метода измерения низкочастотного импеданса в объеме раствора с минимальными помехами от импеданса границ раздела электрод -электро.тт. Ток, генерируемый источником переменного тока, проходит через два токовых электрода (1 и 12-) и измеряется амперметром. Падение напряжения на соответствующем участке системы измеряют с помощью двух улавливающих электродов (V, иУ2)< связанных с вольтметром с высокоимпедансным входом. Током через измерительные электроды можно пренебречь, и поэтому их поляризация не оказывает влияния на измеряемый импеданс [72, 192[.

Создание модели газовой турбины представляет известные трудности и является наименее изученным при моделировании выхлопной системы ГТУ. В настоящее время наиболее перспективным является эмпирический подход к разработке модели газовой турбины, основанный на прямых измерениях ее импеданса. [c.194]

В настоящее время для исследования проницаемости полимерных и лакокрасочных материалов нанесенных на защищаемую поверхность, все более широкое распространение получают электрические методы. Наибольший интерес представляет метод измерения импеданса системы металл — полимерное покрытие — электрОоТит [62—64]. Этот метод исключает поляризационный эффект, имеющий место при иопользовании постоянного тока позволяет оценивать не только проницаемость, но и защитные свойства покрытия в комплексе, причем в условиях, характерных для эксплуатации полимерных покрытий. [c.42]

Поскольку в данной системе токи обмена электрохимической реакции намного ниже, чем на Р1, влияние диффузионного импеданса на измеряемые величины практически отсутствует. Эквивалентная схема в этом случае упрощается до схемы рис. 4.35. Для получения элементов данной эквивалентной схемы измерения импеданса необходимо проводить при частотах переменного тока 10 —10 Гц (из-за бо.1Ьшой величины / р), т. е.для выполнения работы следует воспользоваться простейшей установкой, описанной в начале раздела, либо соответствующей автоматической. [c.267]

Практич. измерения в И. м. осуществляют с помощью мостов перем. тока или приборов с фаэочувствит. системой, напр, вектор-полярографа. В первом способе измеряют составляющие импеданса системы, во втором — ток или пропорциональное ему напряжение, к-рые соответствуют составляющим импеданса. р. М. Салихджанова. ИМПУЛЬСНЫЙ РАДИОЛИЗ, метод исследования быстрых хим. р-ций и их короткоживущих продуктов при радиационно-хим. воздействии на в-во коротким импульсом излучения, чаще всего пучком быстрых электронов. В осн, испольэ. для исследования быстрых р-ций атомов водорода, радикала гидроксила, сольватированных и <сухих электронов, не захваченных средой. В кач-ве источников электронов примен. гл. обр. линейные ускорители регистрацию частиц осуществляют в осн. скоростной спектроскопией. [c.218]

Несмотря на отсутствие непрерывного частотного диапазона, методы. характерпстического импеданса и.меюг большое значение для измерений в системах, в которых как С, так и 1] малы, напри.мер, в разбавленных растворах поли.меров эти методы являются единственно пригодными для таких систем. Можно указать несколько новых работ [46, 47]. [c.123]

Выполнение экспериментальных работ в электрохимическом практикуме, как, впрочем, и в научных исследованиях, связано с использованием большого комплекса аппаратуры для измерений тока, протекающего через электрохимическую ячейку, потенциала и заряда электрода, составляющих электродного импеданса и т. д. Для этих целей у нас в стране и за рубежом выпускаются специальные приборы потен-циостаты, гальваностаты, высокоомные вольтметры, кулонометры, мосты переменного тока, автоматизированные системы для проведения электрохимических и коррозионных намерений, В последние годы все шире используется импульсная техника в сочетании с аналого-цифровыми преобразователями и электронно-вычислительными ма-1иинами. [c.38]

Импеданс вспомогательного электрода может быть элимнниро-, ван до очень малых величин путем максимально возможного увеличения размера этого электрода. На практике обычно поверхность вспомогательного электрода в 100—200 раз больше поверхности ис- следуемого электрода. Сопротивление же электролита измеряется при достаточно высоких частотах, когда эквивалентная схема может быть представлена в виде последовательно соединенных емкостей плотной части двойного электрического слоя и сопротивления электролита. Таким образом, переменнотрчный метод является единственным из релаксационных методов, позволяющим экспериментально изучать сложные электрохимические системы. Этому способствует хорошо разработанная теория цепей переменного тока. Re меньших успехов в настоящее время достигла экспериментальная техника.переменноточных измерений. [c.53]

В связи с тем, что свойства элементов электрических цепей хорошо известны, а методы их анализа и синтеза детально разработаны, перевод электрохимической системы на язык электрических цепей позволяет лучше понять происходящие в ней процессы и оценить количественно ее параметры. В науке существует даже специальное направление - электрохимическая импедансометрия (импедансная спектрометрия), занимающаяся изучением электрохимических систем по их малосигнальным эквивалентным схемам, синтезируемым на основе измерения комплексного импеданса в широкой области частот и значений постоянной составляющей потенциала или тока. [c.300]

Металлопорфирины являются полупроводниками с величиной электропроводности от до 10 Ом -м . При нанесении на электропроводный носитель их проводимость резко воз-оастает. Об этом свидетельствуют результаты измерения диффе-)енциальной емкости в такой системе на границе с электролитом 57]. Ее величина, например, для фталоиианина кобальта составляет — 0,7-10 Ф/м Это на несколько порядков выше, чем можно было бы ожидать на основании приведенного значения электропроводности металлопорфиринов. Отсутствие достаточно точных электрофизических параметров и их большая чувствительность к структурным факторам не позволяют провести теоретический расчет импеданса на границе раздела фталоцианин/элек-тролит. [c.197]

Можно поставить и обратную задачу по экспериментально измеренным параметрад электродного импеданса определить термодинамические характеристики обратимого электрода. Несложные вычисления с использованием уравнений (12.15)—(12.18) приводят к следующим выражениям, являющимся обращением системы уравнений (12.15)—(12.18) [c.53]

В кондуктометрии растворов электролитов основная задача заключается в определении преимущественно активной составляющей импеданса электрохимической ячейки. В зависимости от того, контактирует ли исследуемый раствор электролита с входными цепями измерителя электропроводности или нет, различают контактные и бесконтактные методы измерения. В научной практике в основном используется контактная кондуктометрия, ввиду ее высокой точности и простоты оборудования, а возникающие в этом методе ошибки из-за поляризационных эффектов на электродах легко уменьшаться до требуемого уровня, определяемого конкретной задачей. Бесконтактные методы применяются в основном при измерениях в агрессивных средах, при экстремальных внешних воздействиях (высокие температуры и давления) или когда материал электрода катализирует побочные химические процессы. Хотя в бесконтактных ячейках исчезает погрешность, связанная с поляризационными эффектами на электродах, высокая точность измерений на них не достигается [2, 5]. Их чаще используют для относительных измерений электропроводности в технологических процессах. Так, например, в [122] описан безэлектродный метод измерения электропроводности в потоке жидкой среды с помощью кондуктометра с микропроцессором. Метод основан на явлении взаимоиндукции в системе генератор - жидкость - детектор, при этом генератор и детектор выполнены в виде тороидов, опоясьшающих трубопровод с анализи- [c.126]

Найденные при уравновешенном мосте величины и С используют для расчета поляризационного сопротивления и псевдоемкости С . Для этого из измеренных значений / и С по правилам векторного сложения омической и емкостной составляющих сопротивления вычитают сопротивление раствора и емкость двойного слоя С. Последние определяют независимым способом, например, в индифферентном электролите, не содержащем исследуемой окислительно-восстановительной системы. В индифферентном электролите фарадеевский импеданс будет бесконечно большим, и эквивалентная схема ячейки будет состоять из последовательно включенных омического сопротивления раствора и емкости двойного слоя С. Описание расчетов значений и из определенных с мостовой схемой величин / и С можно найти в книге [11]. [c.109]

Поскольку восстановление цианидных комплексов кадмия происходит при отрицательном заряде поверхности электрода, то с увеличением концентрации фонового электролита (при ср= onst) отрицательное значение ф -потенциала уменьшается, что приводит к увеличению концентрации отрицательно заряженных комплексов кадмия у поверхности электрода и, следовательно, увеличивает скорость реакции (8.7). Соответственно результаты, полученные Г. Геришером [59] методом фарадеевского импеданса с амальгамой кадмия в растворе с высокой ионной силой (5 М), свидетельствуют об обратимом протекании предшествующей химической реакции в системе d(Hg)/ d( N)4 (см. стр. 134). Результаты гальваностатических измерений, проведенных Г. Геришером [60] для системы d(Hg)/ d ( N)4 при более положительных потенциалах по сравнению с потенциалами, изучавшимися при потенциостатических измерениях [58], были объяснены им медленным протеканием реакции (8.7), не осложненным влиянием строения двойного электрического слоя. [c.188]

До сих пор мы почти не уделяли внимания техническим и инструментальным вопросам импедансометрии, поскольку обычно пользователю достаточно знать, что применяемые им методы вытекают непосредственно из лежащих в их основе принципов. В ряде обзоров обсуждаются импедансные измерения в химических [17, 21, 105, 132, 173, 176, 196, 213] (см. также приведенные выше ссылки на работы по электрохимическим системам), а также в биологических системах [61, 91, 100, 143, 163, 184] в диапазоне до приблизительно 30 МГц. Эта частота выбрана в качестве критерия потому, что примерно в этой точке длина волны электромагнитного излучения приближается к размерам измерительной системы, так что при больших частотах рассмотренное выше описание электрической цепи перестает быть применимым и необходимо перейти к теории поля, основанной на уравнениях Максвелла (см., например, [24, 48, 131]). В этих условиях импеданс электродов становится пренебрежимо малым. Представление о состоянии работ по методологии высокочастотных измерений можно получить из статей [12, 40, 60, 77, 203, 208] к этому вопросу мы больше не будем возвращагься. [c.359]

В системах рассмотренного выще типа обычно проводят двухэлектродные измерения. Это, однако, означает, что всегда измеряется импеданс исследуемого образца плюс элекпроды. Последние же, особенно при низких частотах и высокой проводимости, могут давать основной вклад в результаты измерений, что не представляет научного или практического интереса. В таких случаях более эффективны четырехэлектродные методы (рис. 24.12), в которых в принципе исключаются проблемы поляризации [152, 184-186, 192], хотя и необходим тщательный анализ точного расположения силовых линий электрического поля [182, 192]. В таких случаях постоянная ячейки определяется положением электродов, к которым подводится напряжение от внешнего источника [c.360]

В настоящее время метод импеданса все шире применяют в корро-зиометрии, поскольку коррозия как фарадеевский процесс (прохождение тока через электрохимическую систему) описывается фарадеевским импедансом. К достоинствам метода относятся использование очень слабых электрических сигналов ( АЕ < 5 мВ), которые не оказывают воздействия на корродирующую систему, а также возможность измерения скорости коррозии в средах с низкой электропроводностью [103 ] и оценки защитных свойств покрытий на металле [104], коща метод поляризационного сопротивления непригоден. Это обусловило интенсивные работы по установлению взаимосвязи скорости коррозии и составляющих фарадеевского импеданса [102,105]. Согласно теории [102]корро-зионный ток (скорость коррозии) определяется сопротивлением переноса заряда (т.е. сопротивлением электрохимической реакции переменному току при активационном контроле) Кт. Величину Кт можно рассматривать как предел ( радеевского импеданса при бесконечной частоте переменного тока [106 ], поскольку экспериментальные данные лучше согласуются со значениями импеданса, измеренными при достаточной высокой частоте, коща не нарушается диффузионное и адсорбционное равновесие в электрохимической системе [c.20]