Электрохимические процессы в датчике

Электродные процессы используют при конструировании различных средств измерения и преобразования информации датчиков механических и акустических величин, интеграторов, выпрямителей и стабилизаторов тока и т. п. Так на стыке электрохимии, автоматики и электроники возникло новое научное направление — хемотроника, задачей которого является разработка электрохимических преобразователей информации, или хемотронов. Развитие этого направления вызвано растущими потребностями в средствах технической кибернетики. [c.216]

Электрохимическими преобразователями, или хемотронами, называют приборы и отдельные элементы устройств, принцип действия которых основан на законах электрохимии. Электрохимические системы такого рода выполняют роль диодов, датчиков, интеграторов, запоминающих устройств и соответственно выполняют функции выпрямления, усиления и генерирования электрических сигналов, измерения неэлектрических величин и др. В хемотронах происходят процессы преобразования электрической энергии в химическую, а также механической энергии в электрическую и др. В отличие от электронных устройств (ламповых и полупроводниковых), в которых перенос электричества осуществляется электронами, в электрохимических преобразователях заряды переносятся ионами. Согласно закону Фарадея, количество вещества, претерпевшего изменение на электроде, пропорционально количеству прошедшего электричества. Поэтому измеряя тем или иным способом количественное изменение вещества, можно определить количество электричества, т. е. интегрировать электрические сигналы. Для этого электрохимическая реакция должна быть а) обратимой, т. е. реакция на аноде должна быть обратной реакции на катоде. Например, на аноде Си — 2е Си на катоде Си + + Че" Си б) реакция должна быть единственной, иначе точное интегрирование тока затруднено в) электролиты и электроды должны быть устойчивыми во времени г) реакции на электродах должны протекать с достаточно высокими скоростями. Таким требованиям могут удовлетворять некоторые электрохимические реакции, характеризующиеся потенциалами, лежащими между потенциалами водородного и кислородного электродов (рис. 66). При отсутствии в системе газообразных водородов и кислорода и при малой электрохимической поляризации электродов на них будут протекать лишь основные реакции. Системой, удовлетворяющей указанным требованиям, может быть 12+ + 2е ч 21" Е = 0,53 В. Потенциал ее положительнее потенциала водородного электрода и при рН< 11 отрицательнее потенциала кислородного электрода, поэтому в водных растворах в присутствии иода и ионов I" кислород и водород выделяться не будут. Эта реакция в прямом и обратном направлениях протекаете небольшой электрохимической поляризацией, следовательно, на электродах можно получить [c.367]

Любая электрохимическая ячейка должна иметь, по меньшей мере, два электрода и электролит (рис. 3.1). В общем случае под электродом понимают границу раздела фаз, на которой направленное движение электронов (носителей заряда) меняется на направленное движение ионов или наоборот. Раствор, обеспечивающий направленное движение ионов, называют электролитом. При этом один из электродов (иногда оба) выполняет роль электрохимического датчика (зонда), чувствительного к процессам, протекающим с участием электронов или ионов, т.е. этот электрод реагирует на фактор возбуждения (ток, потенциал) и состав электролита. [c.74]

Обнаруженные эффекты могут быть объяснены следующем образом. При прохождении постоянного тока через металлическую частицу (проводник I рода), помещенную в электролит (проводник II рода), на границе поверхность частицы — электролит происходит смена носителей тока (ионов на электроны и наоборот). Это вызывает нейтрализацию па противоположных концах частицы ионов электролита различного знака, что в свою очередь приводит к появлению гальванической электродвижущей силы, направленной встречно полю, т. е. наблюдается явление типа электродной поляризации (см. раздел 1.3.4). Поскольку характер электрохимических процессов па границах электрод — раствор и частица — раствор при прохождении через них постоянного тока идентичен, изменение сопротивления металлических частиц, помещенных в электролит, может быть объяснено, исходя из поляризационной кривой датчика (см. раздел 1.3.4, рис. 16). Если падение напряжения в отверстии, приложенное к частице, меньше э. д. с. поляризации, ток через частицу не проходит, т. е. металлическая частица ведет себя как диэлектрик область 1, левая часть кривой). Если падение напряжения превышает величину э. д. с. поляризации, частица ведет себя как проводник (область 3, правая часть кривой). Между этими двумя состояниями частицы находится область неустойчивости (область 2, средняя часть кривой). [c.38]

ГИДРОДИНАМИКА ДАТЧИКА. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ДАТЧИКЕ [c.45]

В резервуар монтируют теплообменник и датчик уровня электролита здесь же могут быть установлены элементы стабилизации основных параметров электролита — датчики температуры и концентрации, датчики водородного показателя pH, а также бачок с корректирующим реагентом, например соляной кислотой. К корпусу резервуара прикрепляют фильтр на заборном трубопроводе насоса, крышку с вентиляционной трубой для удаления газов, образующихся в процессе электрохимической обработки, и другую аппаратуру. В нижней части резервуара целесообразно размещать аппаратуру для подвода сжатого воздуха, который обеспечивает интенсивное перемешивание электролита. Приготовление электролита целесообразнее осуществлять в отдельном баке. [c.174]

Электрохимические процессы в датчике [c.53]

Величина потока диффузионно-подвижного водорода (ДПВ), проходящего через стенку изделий, контактирующих с наводороживающими средами, определяет степень активности коррозионных сред (скорость электрохимических процессов, вероятность СР и ВР) и эффективность противокоррозионных мер (ингибирование, покрытие, модифицирование поверхности и т.п.). Согласно разработанному ВНИИНЕФТЕМАШем и ПО ОГД Регламенту по неразрушающему контролю металлических конструкций ОГКМ, поток водорода, проходящий через стенку оборудования, периодически измеряется с помощью накладных электрохимических регистраторов [143]. Контролю подвергаются аппараты и участки трубопроводов, в которых возможна конденсация влаги и затруднен доступ ингибиторов (выход из низин на линейных участках, узлы запуска и приема поршня, перемычки и отводы, тупиковые участки). Контроль осуществляется по всему периметру металлических конструкций, при. этом в области установки электрохимического датчика диаметром 200 мм не должно быть несплошностей (расслоений), регистрируемых УЗД, место установки датчика покрывается палладием. По величине водородного потока состояние контролируемого участка оценивается как нормальное, если сигнал меньше 2,5 мкА. [c.274]

Переходя к рассмотрению вопросов теории вольтамперометрии, важно отметить, что она, с одной стороны, представлена большим разнообразием методов и типов используемых электродов, а с другой стороны, процессы, происходящие в электрохимической ячейке, имеют, в основном, общий характер. При этом с точки зрения аналитических задач важно установить теоретические соотношения, определяющие функциональные закономерности вольтамперометрического датчика, т.е. соотношения, связывающие потенциал индикаторного электрода, ток электрохимической реакции определяемого вещества и его количественное содержание в растворе. Для получения более адекватной математической модели, позволяющей, кроме всего прочего, оценивать метрологические возможности, сравнительные достоинства и недостатки вольтамперометрических методов, нужно наряду с основными функциональными зависимостями учитывать соотношения, описывающие источники основных помех и искажений аналитического сигнала. Имеются в виду, прежде всего, ток заряжения емкости двойного слоя, омическое падение напряжения в объеме раствора, а также шумы, возникающие в ячейке и измерительной аппаратуре. [c.269]

Электрохимические методы предусматривают использование специальных датчиков, представляющих собой электрохимический элемент, действующей по принципу процесса электролиза, с регулируемым потенциалом при управляемой диффузии. Электрохимический метод особенно эффективен при определении [c.74]

Индикаторные электроды используют либо для аналитических целей (для определения концентрации разных веществ по значению бестокового потенциала или по характерным особенностям поляризационных кривых), либо для обнаружения и количественной характеристики различных явлений и процессов—электрохимические датчики или преобразователи информации, Разновидность индикаторных электронов электроды [c.123]

Разделение процесса электрохимической обработки на две стадии — предварительную и окончательную — при проведении всего цикла обработки детали на одном станке ставит принципиально новую задачу применения импульсного элемента (шагового двигателя) в замкнутом контуре непрерывного регулирования. Так как в замкнутой системе стабилизации МЭЗ на предварительной стадии обработки информация о величине регулируемого параметра поступает от датчика в непрерывной форме, то для управления шаговым двигателем необходимо преобразовать данный непрерывный сигнал в импульсную форму. С этой целью в Тульском политехническом институте разработан частотно-импульсный модулятор (ЧИМ) [181]. Частота импульсов, поступающих с ЧИМ на вход блока управления шаговым двигателем, обратно пропорциональна амплитуде управляющего разностного сигнала. [c.132]

В книге описаны электрохимические методы и аппаратура (в основном датчики с твердыми электродами, наиболее удобными для работы в производственных и полевых условиях) для автоматического контроля содержания водорода, окиси и и двуокиси углерода, углеводородов, окислов азота, кислорода, озона, серусодержащих соединений, хлора и хлорсодержащих, фтора и фторидов в окружающей среде и при анализе биохимических процессов. [c.2]

К настоящему времени созданы электрохимические преобразователи информации, которые могут служить диодами, интеграторами, элементами задержки, датчиками ускорений и малых механических колебаний и т. п. в сейсмоприемниках, измерителях пульса и скорости морских течений, устройствах контроля производственных процессов и т. д. Эти элементы потребляют очень малую мощность они особенно перспективны для использования в рбласти низких частот. — Прим. ред. [c.208]

Таким образом, процесс изменения стационарных электродных потенциалов, напряжения, тока и сопротивления электрохимической системы под влиянием проникновения Н+- и ОН -ионов в ее электролит происходит относительно медленно и система является достаточно инерционной в промышленных условиях к влиянию кислотности и щелочности анализируемых вод. Однако длительная работа электрохимических систем как датчиков анализаторов кислорода в сильнокислых средах (более 5 суток) не желательна вследствие происходящего нарушения линейной зависимости между предельным диффузионным током системы и содержанием растворенного кислорода. [c.133]

При использовании электрохимического метода измерения концентрации растворенного кислорода пробу культуральной жидкости помещают в небольшой сосудик, заполняя его под пробку так, чтобы в измерительной ячейке не оставалось даже небольших газовых пузырьков и на изменение концентрации растворенного кислорода не влияли бы физические процессы сорбции (или десорбции). В такой заполненный сосудик герметически вводят электрохимический датчик растворенного кислорода и при постоянном перемешивании пробы культуры через определенные интервалы времени (или непрерывно, в зависимости от конструктивных особенностей используемой схемы) проводят измерение концентрации растворенного кислорода. При более строгой постановке эксперимента изъятую пробу культуры помещают в несколько сосудиков, снабженных перемешивающим устройством находящихся при температуре культивирования. [c.256]

Анализаторы на кислород, обладающие необходимой стабильностью в течение 5 и даже 25 суток, можно использовать для более рационального способа измерения БПК. Пробу исследуемой воды, приготовленную так же, как и при определении БПК методом разведения, заливают только в одну колбу. Во вторую аналогичную колбу помещают разбавляющую воду. В обе герметично закрытые колбы помещают электрохимические датчики, колбы устанавливают на магнитных мешалках и тер-мостатируют, например, в специально оборудованном холодильном шкафу. Датчики соединены со своими преобразователями и далее с записывающими потенциометрами. Информация получается в виде кривых потребления кислорода во времени. Как всегда, процесс заканчивается в момент появления нитратов, что усматривается по перелому кривой Со2 = /(0 либо по данным анализа на нитриты и нитраты. [c.143]

Для изучения химической, электрохимической и смешанной коррозии разрабатывают исследовательские резисторные (резистометрические) методы в качестве образца, подвергаемого коррозии, используют стальную, медную и другую проволоку или специальные пластинки, а также круглые электроды-датчики, нанося на их поверхность тонкий слой исследуемого металла развитие коррозионного процесса фиксируют электрическим методом пЬ изменению характеристик датчика (сопротивления, плотности тока и т. д.) [89]. [c.74]

Поскольку в основе электрохимических процессов лежат общие закономерности, связанные с напичием электрических потенциалов, электрических зарядов и электрических токов, то вполне естественно стремление представить вольтамперометрические датчики в виде электрической модели (эквивалентной схемы), состоящей из общеизвестных элементов электрических (электронных) цепей. Разумеется, что такая модель должна в реальном или ином масштабе количественно воспроизводить основные электрические характеристики электрохимической системы. [c.300]

Селективность электрохимических сенсоров зависит от природы чувствительного слоя датчика, т.е. электрода. Так, датчики электронной проводимости, изготовленные из химически стойких материалов (платины, углерода и т.п.), чувствительны к химическим процессам, протекающим с участием электронов, т.е. ко всем окислительно-восстановительным процессам. Датчики ионной проводимости проявляют чувствительность к частицам, которые присоединянэт ионы или служат источниками ионов, проявляющих подвижность в материале, из которого состоит чувствительный элемент датчика. [c.553]

В развитии электротехники как науки о процессах, связанных с практическим применением электрических явлений, электрохимия всегда занимала видное место. Открытия Вольта, Фарадея, Рейсса, Якоби и других выдающихся ученых XIX столетия оказали большое влияние на развитие прикладных исследований в этой области. Особенно важную 1роль сыграли открытые Фарадеем законы электролиза, которые установили количественные закономерности, связанные с прохождением электрического тока через электрохимические системы. Одними из первых источников электрической энергии были гальванические элементы и аккумуляторы, а среди измерителей электроэнергии — электролитические счетчики. Разработаны и нашли широкое применение электрохимические кулометры, датчики неэлбктричесшх величин и ряд других устройств. В развивающейся радиоэлектронике уже в начале XX века нашли примеиение алюминиевые электролитические конденсаторы и химические источники тока. [c.3]

Многие биосенсоры работают при постоянном потенциале, что существенно упрощает приборное оформление. Однако при этом всегда наблюдается фоновый ток, величина которого может быть значимой при низких концентрациях определяемого вещества. Коррекция фонового тока и градуировка биосенсоров in vivo-две серьезные проблемы, которые требуют надежного решения. Колебания этих параметров могут быть обусловлены отравлением электрода компонентами среды. Ухудшается также чувствительность и время отклика биосенсора. Если флуктуации базовой линии обусловлены колебаниями концентраций эндогенных электроактивных мешающих частиц, то можно использовать двухэлектродную (дифференциальную) систему. Этот подход использовали при конструировании глюкозного датчика, где один электрод покрыт мембраной на основе глюкозооксидазы, а другой-мембраной, не содержащей фермента. Предполагается, что электроактивные примеси одинаковым образом диффундируют через обе мембраны [60]. В случаях, когда электрод загрязняется примесями из матрицы или продуктом электрохимической реакции, его подвергают многоимпульсной ступенчатой обработке при разных потенциалах [45, 52]. Этот способ позволяет одновременно провести как обработку электрода (в том числе удаление накопившихся на его поверхности пленок), так и установку базовой линии в области потенциалов, в которой отсутствует электролиз. Применяют также различные виды импульсной полярографии, вольтамперометрию (циклическую или с линейной разверткой потенциала). Последняя особенно полезна в двух случаях, описываемых ниже. Многие нейроактивные вещества окисляются при очень близких значениях потенциалов, и поэтому их трудно различить. Полная циклическая вольтамперограмма отражает различие в химических свойствах продуктов электролиза. Она может служить, с одной стороны, для качественного анализа, как отпечаток пальца исследуемой системы [56], а с другой-для количественного описания протекающих в ней электрохимических процессов. Недавно было показано [61], что представляющие интерес для биологии органические молекулы могут концентрироваться на обработанной поверхности электрода. При линейной развертке потенциала осадок определяемого вещества удаляется с поверхности, давая четко выраженный пик. [c.146]

Химотроника, или электрохимические преобразователи информации. Точность выполнения электрохимических законов и удобство измерения и преобразования электрических величин позволяют использовать электрохимические явления для создания ряда точных приборов преобразователей тока, интегрирующих устройств, регистрирующих устройств и датчиков различного типа. Работа этих приборов чаще всего основана на процессах пропускания электрического тока через систему электролит — металл, сопровождающихся поляризацией, изменением массы или объема веществ используются также электрокапиллярные явления, связанн-ые с изменением поверхностного натяжения на границе металл — электролит, зависящим от наложенного потенциала. [c.257]

В Автоматический анализатор растворенного кислорода АКВА-С состоит из нзмерительиого устройства (датчика) с соединительным кабелем длиной 10 м, преобразователя в корпусе, предназначенного для наружной установки и имеющего внутренний обогрев и самопишущий миллиамперметр K У2-0QЗ. Анализатор имеет ручную компенсацию остаточного тока и автоматическую компенсацию влияния температуры анализируемой среды на выходной ток электрохимической ячейки датчика и на растворимость кислорода. Температура среды контролируется мостовой схемой, размещенной в корпусе датчика. Выходные сигналы датчика, пропорциональные содержанию растворенного кислорода и температуре воды, поступают на вход преобразователя, в котором усиливаются и корректируются с учетом зависимости тока ячейки и растворимости кислорода от температуры до получения выходного сигнала 0...5 мА. Анализатор АКВА-С применяют в системах автоматического контроля за кислородным режимом сточных и природных вод и для регулирования процессов очистки. [c.237]

Наибольшее применение находят электрохимические датчики переменного давления и электрохимический сейсмоприемник. Первые используются для регистрации малых колебаний атмосферного давления, исследования морских течений, изучения биомеханических сигналов, автоматического контроля производственных процессов и т. д. Сконстру- [c.221]

Электрохимические датчики могут выполнять различные функции. Наибольшее применение пока находят электрохимические датчики переменного давления и электрохимический сейсмоприемннк. Первые используются для регистрации малых колебаний атмосферного давления, исследования морских течений, изучения биомеханических сигналов, автоматического контроля производственных процессов и т. д. Сконструированы электрохимические датчики, которые позволяют определить перепад давления ЫО атм. Электрохимический сейсмоприемник обладает более высокой чувствительностью, а также более малым весом и размерами, чем электродинамические сейсмоприемники. [c.236]

Электрохимическими преобразователями, или хемотронами, называют приборы и отдельные элементы устройств, принцип действия которых основан на законах электрохимии. Электрохимические системы такого рода выполняют роль диодов, датчиков, интеграторов, запоминающих устройств и соответственно выполняют функции выпрямления, усиления и генерирования электрических сигналов, измерения неэлектрических величин и др. В хемотронах происходят процессы преобразования электрической энергии в химическую, а также механической энергии в электрическую и др. В отличие от электронных устройств (ламповых и полупроводниковых), в которых перенос электричества осуществляется электронами, в электрохимических преобразователях заряды переносятся ионами. Согласно закону Фарадея, количество вещества, претерпевщего изменение на электроде, пропорционально количеству прошедшего электричества. Поэтому измеряя тем или иным способом количественное изменение вещества, можно определить количество электричества, т. е. интегрировать электрические сигналы. Для этого электрохимическая реакция должна быть а) обратимой, т. е. реакция на аноде должна быть обратной реакции на катоде. Например, на аноде Си — 2е на катоде Си + + 2е Си б) ре- [c.417]

Эвтрофи- рование Растворенный кислород Электрохимический метод с использованием портативных датчиков Сравнение наблюдаемых характеристик с нормативными уровнями, показате- Экспертные оценки на основе установленных закономерностей развития процессов. Сравнение с водоемами-аналогами. Балансовые расчеты. Математическое моделирование процессов формирования качества воды [c.453]

Химо- или хемотроиика, возникшая совсем недавно, разрабатывает электрохимические системы, способные выполнять роль отдельных элементов или даже блоков в сложных радиоэлектронных и кибернетических схемах. Сравнительно простые электрохимические ячейки (и их комбинации) могут выполнять функции диодов, датчиков давления, интеграторов, умножителей, запоминающих устройств или мемистеров и т. п. Специфической особенностью химотронных устройств является то, что они наиболее удобны для измерений или контроля за ходом процессов, характеризую- [c.486]

Химо- или химотроника, возникшая совсем недавно, разрабатывает электрохимические системы, способные играть роль отдельных элементов или даже блоков в сложных радиоэлектронных и кибернетических схемах. Сравнительно простые электрохимические ячейки (и их комбинации) могут выполнять функции диодов, датчиков давления, интеграторов, умножителей, запоминающих устройств или мемистеров и т. п. Специфической особенностью химотронных устройств является то, что они наиболее удобны для измерений или контроля за ходом процессов, характеризующихся сравнительно низкими частотами (обычно менее 1000 гц), где электронные или полупроводниковые приборы почти неприменимы. Такая особенность [c.543]

Иоследования [6] в области подбора состава электролитов показали, что при полярографическом определении кислорода наиболее целесообразно использовать 0,1—1,0 н. растворы КС1 и Na l (рН 7,5), растворы КОН и NaOH различных концентраций вплоть до 5 н. растворов, а также 0,1 н. растворы Hs OONa (рНл 8). Использование кислых электролитов нецелесообразно, так как в щелочных растворах (pH = 8—10) примерно на три порядка выше скорость электровосстановления кислорода на золотом и серебряном электродах. Для стабилизации процесса желательно также, чтобы pH электролита в работающей электрохимической системе, когда постоянно образуются, например, ОН -ионы в результате электровосстановления кислорода, изменялся очень мало. Этим требованиям отвечают буферные электролиты. Чистота реактивов, из которых готовится электролит, и качество сборки электрохимической системы сильно влияют на остаточный ток, т. е. на погрешность анализатора. Наряду с жидкими электролитами целесообразно использовать также загущенные электролиты. Такие электролиты позволяют упростить конструкцию элементов датчика я затрудняют диффузию продуктов реакции на индикато(рном электроде к вспомогательному электроду и наоборот. [c.94]

На рис. 4.4 приведены зависимости концентрации растворенного кислорода, получанные при изучении процессов сорбции и десорбции кислорода питательной средой типа ПС в аппарате КМ-2. Концентрацию растворенного кислорода определяли электрохимическим датчиком с полупроницаемой мембраной. [c.272]

Главное преимущество методов ВЧА обусловлено отсутствием гальванического контакта между наружными обкладками или катушкой индуктивности и раствором, находящимся внутри ячейки с изолирующими стенками. Благодаря этому исключаются явления электрохимической поляризации, отравления электродов, катализа материалом электродов реакций в растворе и другие побочные процессы, что особенно важно для анализа различных агрессивных сред в промышленных условиях. При этом необходимо учитывать, что диэлектрик, из которого изготовлена ячейка, не является абсолютно инертным к растворам электролии-в в условиях высокочастотных измерений. По наблюдениям авторов, на внутренних стенках стеклянных ячеек в местах, соответствующих наружным обкладкам, наблюдается своеобразное расстекло-вывание , помутнение стекла и образование в нем микротрещин. В этой связи возникает проблема выбора материала с антикорро-ЗИ0ННЫ.МИ свойствами для датчиков промышленного назначения. [c.4]

ТИПОМ индикаторного датчика, который регистрирует в процессе реакции изменение либо потенциала, либо тока и способом введения фермента (в растворимом или иммобилизованном виде) (рис. IV. 2). В качестве электрохимических датчиков чаще всего применяются платиновый элек грод (амперометрический) различные ионоселективные электроды газовые электроды. [c.128]

Следует отметить еще одну особенность применения редокс-электродов для контроля процесса восстановления хрома поверхность этих электродов может покрываться продуктами как основных, так и побочных электрохимических реакций, осадками веществ, содержащихся в сточнььх водах. Вследствие этого электродная система теряет чувствительность и возникает проблема ее восстановления. Решать ее можно различными путями чаще всего это делают периодической или непрерывной механической очисткой поверхности электродов или промывкой соответствующими растворителями. Для этого погружные промышленные датчики приборов на хром (СХ-1М) снабжены мехатг-Геским устройством — ссткой из капроновых нитей, которая совершает возвратно-поступательное движение и очищает поверхность электродов. Устройство приводится в действие портативным электроприводом, укрепленным на головке датчика. От различных замасливателей электроды очищают промывкой растворителями. [c.209]