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(shí)現(xiàn)的,。
在幾乎所有應(yīng)用當(dāng)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(bào)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(fù)習(xí)一下電子學(xué)或物理學(xué)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(xué)實(shí)驗(yàn)，工作電極都采用惰性材料,，如金,、鉑、玻碳等,。這時(shí),，工作電極表面可以看作是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場所。
在腐蝕實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(fù)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(shí)驗(yàn)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(zhǔn)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(dǎo)體,。
實(shí)驗(yàn)室電解池中的對電極一般都是惰性導(dǎo)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(dǎo)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(xué)知識,，別擔(dān)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(biāo)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(gè)輸入端的電位差,。
標(biāo)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(jì)（Electrometer）
靜電計(jì)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(shí)候，給出測量值,。
理想的靜電計(jì)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(shí)際上,，所有現(xiàn)代靜電計(jì)輸入電流都無限接近零,，所以這個(gè)影響基本可以忽略。
帶寬和輸入電容是靜電計(jì)的兩個(gè)重要特性,。
靜電計(jì)帶寬描述的是低阻抗條件下,，該靜電計(jì)能夠測量的交流頻率。靜電計(jì)帶寬必須高于恒電位儀中所有其它電子元件帶寬,。
靜電計(jì)輸入電容及參比電極電阻構(gòu)成了一個(gè)RC過濾器,。如果這個(gè)過濾器時(shí)間常數(shù)太大,，將會限制靜電計(jì)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(yùn)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(qiáng)制使電流通過一個(gè)電流測量電阻Rm,，依據(jù)電阻兩端電位下降值，來計(jì)算通過的電流大小,，即電解池電流,。
對于有些實(shí)驗(yàn)，電流值改變并不大,。然而,，另外有些如腐蝕實(shí)驗(yàn)，電流變化經(jīng)常達(dá)到七個(gè)數(shù)量級,。你不能在如此大范圍內(nèi),，用同一個(gè)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(gè)電阻,，并使用電腦自動(dòng)控制，選擇相應(yīng)的電阻來測量電流,。"I/E autoranging"運(yùn)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(zhǔn)確測量10nA的電流,，因?yàn)樵谶@個(gè)電流范圍的帶寬太低,，這一點(diǎn)在電化學(xué)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(dòng)電流在電解池中流動(dòng)，強(qiáng)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(dòng)將引起控制放大器的反相輸出,。這個(gè)反相輸出使初的正向波動(dòng)減弱,。這種控制方式成為負(fù)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(dāng)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(shí)，實(shí)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(jì)（ZRA）
Gamry恒電位儀也可以作為恒電流儀,，或者零電阻電流計(jì)（ZRA）進(jìn)行工作,。
當(dāng)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(shí)，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(jì)輸出同樣可以用于測量電解池電壓,。
零電阻電流計(jì)（ZRA）可以強(qiáng)制使兩個(gè)電極之間的電位差為零,，同時(shí)測量電極之間流過的電流。這常常用于研究電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象和測量電化學(xué)噪聲,。
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