概述
恒電位儀是用于控制同一電解池中,，工作電極和參比電極之間電位差的電子設(shè)備,，是通過輔助電極或?qū)﹄姌O，向電解池中引入電流來實現(xiàn)的,。
在幾乎所有應(yīng)用當中,，恒電位儀都是在測量工作電極和輔助電極之間的電流,。即控制電位，測量電流,。
前提
此應(yīng)用報告需要熟悉電子方面的專業(yè)術(shù)語,，如電位、電流,、電阻,、電容等。如果感覺這方面有所欠缺,，建議您先復習一下電子學或物理學基本知識,。
電極
恒電位儀要求下圖所示的三電極電解池。 W/WS表示工作電極或工作+傳感電極,，R代表參比電極,，C代表輔助電極
工作電極
在控制工作電極電位的條件下，測量通過工作電極的電流,。對于許多物理電化學實驗,，工作電極都采用惰性材料，如金,、鉑,、玻碳等。這時,，工作電極表面可以看作是電化學反應(yīng)發(fā)生的場所,。
在腐蝕實驗中，工作電極就是腐蝕金屬樣品,。一般來講,，工作電極并非被研究金屬材料的全部結(jié)構(gòu)，而只需使用一小片,，這一點與腐蝕掛片法類似,。工作電極可以是裸金屬或者帶涂層或鍍膜的金屬。
對電池而言,，恒電位儀直接與電池的正負極連接,。
參比電極
參比電極用于測量工作電極電位，合格的參比電極在沒有電流通過的情況下,，應(yīng)該具有恒定的電位,。
實驗室常見的的參比電極有飽和甘汞電極（SCE）和銀-氯化銀電極(Ag/AgCl)。在某些情況下,，常常使用與工作電極一致的一小片材料用作參比電極,，稱為“準參比”。
銀-氯化銀電極(Ag/AgCl)
對電極（輔助電極）
對電極或輔助電極是構(gòu)成電解池回路的導體,。
實驗室電解池中的對電極一般都是惰性導體,，如鉑或石墨,。在某些情況下，與工作電極材料一致,。通過工作電極流入溶液的電流，通過對電極再流出溶液,。
電極浸沒在電解液（導電溶液）中,，所有電極、溶液,、盛放溶液的容器統(tǒng)稱為電解池,。
原理圖
Gamry恒電位儀簡化原理圖如下：
電路主要包含四大部分，我們將逐一討論,。如果不熟悉電子學知識,，別擔心，您仍可以從下列描述中了解到很多信息,。
在原理圖中,，放大器上標有“X1”表示是單位增益差分放大器，該回路的輸出電壓等于兩個輸入端的電位差,。
標有“Voltage”和“Current * Rm”的部分表示發(fā)送到模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓和電流信號,，這些模擬信號將被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
靜電計（Electrometer）
靜電計回路用于測量工作電極和參比電極之間的電壓,，其輸出值具有兩方面的作用：一是作為恒電位儀回路的反饋信號,；二是需要提供電解池電壓的時候，給出測量值,。
理想的靜電計輸入電流應(yīng)為零,，并具有無窮大輸入阻抗。通過參比電極的電流將會改變其電位,，影響參比電極電位穩(wěn)定性,，但實際上，所有現(xiàn)代靜電計輸入電流都無限接近零,，所以這個影響基本可以忽略,。
帶寬和輸入電容是靜電計的兩個重要特性。
靜電計帶寬描述的是低阻抗條件下,，該靜電計能夠測量的交流頻率,。靜電計帶寬必須高于恒電位儀中所有其它電子元件帶寬。
靜電計輸入電容及參比電極電阻構(gòu)成了一個RC過濾器,。如果這個過濾器時間常數(shù)太大,，將會限制靜電計的有效帶寬，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定,。較小的輸入電容將有利于儀器穩(wěn)定運行,，并更加耐受高阻抗參比電極,。
電流/電壓轉(zhuǎn)換器（I/E Converter）
簡化原理圖中的電流/電壓轉(zhuǎn)換器用于測量通過電解池的電流，它強制使電流通過一個電流測量電阻Rm,，依據(jù)電阻兩端電位下降值,，來計算通過的電流大小，即電解池電流,。
對于有些實驗,，電流值改變并不大。然而,，另外有些如腐蝕實驗,，電流變化經(jīng)常達到七個數(shù)量級。你不能在如此大范圍內(nèi),，用同一個電阻來測電流值,，因此，電流/電壓轉(zhuǎn)換器回路中引入了多個電阻,，并使用電腦自動控制,，選擇相應(yīng)的電阻來測量電流。"I/E autoranging"運算法則常用于電阻值的選擇,。
電流/電壓轉(zhuǎn)換器的帶寬主要依賴于轉(zhuǎn)換器的靈敏度,。測量小電流需要大電阻。轉(zhuǎn)換器電阻Rm與雜散電容形成了RC過濾器,，限制了電流/電壓轉(zhuǎn)換器的帶寬,。沒有恒電位儀能在100kHz頻率下準確測量10nA的電流，因為在這個電流范圍的帶寬太低,，這一點在電化學阻抗測量中尤為重要,。
控制放大器(Control Amp)
控制放大器是一種伺服放大器。它會比較測量電位與設(shè)定電位的差值,，驅(qū)動電流在電解池中流動,，強制使工作電極電位符合設(shè)定值。
請注意,，測量電位輸入到控制放大器的反相輸入端,。測量電位正向的波動將引起控制放大器的反相輸出。這個反相輸出使初的正向波動減弱,。這種控制方式成為負反饋,。
通常條件下，電解池電壓等于信號源的電壓,。
控制放大器輸出能力有限,，以Gamry生產(chǎn)的Series G 300恒電位儀為例，控制放大器輸出不超過20V或者300mA。
信號(Signal)
信號電路是受電腦控制的電壓源,，一般由數(shù)-模轉(zhuǎn)換器（D/A）輸出信號,，該轉(zhuǎn)換器可以將電腦產(chǎn)生的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。
通過電腦選擇合適的數(shù)字陣列,，信號電路可以輸出恒定的電位,、線性變化的電位，以及正弦波,。
當數(shù)-模轉(zhuǎn)換器用來發(fā)生如正弦波或線性變化的波形時,，實際得到是模擬波形的等效近似波形，包含微小的電位階躍,，階躍電位的大小是由數(shù)-模轉(zhuǎn)換器的分辨率和轉(zhuǎn)換速率決定的。
恒電流儀及零電阻電流計（ZRA）
Gamry恒電位儀也可以作為恒電流儀,，或者零電阻電流計（ZRA）進行工作,。
當簡化原理圖中的反饋電路從電解池電壓切換到電流信號時，恒電位儀就變成了恒電流儀,。儀器控制的不再是電壓,，而是電流。靜電計輸出同樣可以用于測量電解池電壓,。
零電阻電流計（ZRA）可以強制使兩個電極之間的電位差為零,，同時測量電極之間流過的電流。這常常用于研究電化學腐蝕現(xiàn)象和測量電化學噪聲,。
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