Pomiary korozyjne - informacje i noty aplikacyjne

 W 2010 r. Światowa Organizacja Korozyjna (WCO – World Corrosion Organization) po raz pierwszy ogłosiła dzień 24 kwietnia Dniem Świadomości Korozyjnej.

Poniżej przedstawiamy przykłady badań korozyjnych i związanych z nimi zagadnień.

 Corrosion Part 1 – Basic concepts

Corrosion: Calculation of Corrosion Parameters with NOVA

Corrosion Part 3 – Measurement of Polarization Resistance

Corrosion Part 4 – Equivalent Circuit Models

Corrosion Part 5 – Corrosion Inhibitors

Corrosion: Evaluation of organic coatings on metals using Autolab PGSTAT
based on ISO 17463 – Paints and Varnishes

Corrosion: Coulometric Reduction as per ASTM B825

Corrosion: Stepwise dissolution measurement

Corrosion: Electrochemical impedance spectroscopy of three coated
aluminum samples

Corrosion: Critical Pitting Temperature (CPT) as per ASTM G150

Dodatkowe informacje aplikacyjne

Wykonywanie testów podstawowych z wykorzystaniem VIONIC Test Cell

Każda z procedur testowych wymaga odpowiedniego podłaczenia do Test Cell. 

Procedury poszczególnych testów odnajdziemy w spisie procedur Autolab.

Podłączenia układu zastępczego do testów Test CV oraz TestSCAN przedstawia schemat:

 Podłączenia układu zastępczego do testów TestEIS przedstawia kolejny schemat:

 

kafelek MEASURE OCP

 Ogólnym zastosowaniem polecenia Measure OCP jest pomiar potencjału obwodu otwartego (OCP) ogniwa elektrochemicznego. Potencjał obwodu otwartego to potencjał mierzony na elektrodzie pracującej (WE.Potential), gdy w ogniwie nie płynie prąd (ogniwo jest wyłączone). Polecenie Measure OCP wyprowadza pojedynczą wartość OCP, która jest albo ostatnią zmierzoną wartością OCP, albo wynikiem uśrednionych wartości OCP w określonym przez użytkownika przedziale czasu pod koniec pomiaru. Wartość OCP może być użyta w kolejnych poleceniach procedury do ustawiania potencjalnych wartości względem OCP przez wybranie VOCP zamiast VREF z menu wyboru jednostki po parametrach, które definiują punkty nastawcze potencjału.

Uwaga: Polecenie pomiaru OCP wyłącza ogniwo, gdy OCP jest mierzone.

Uwaga: Podczas pomiaru OCP potencjał elektrody roboczej jest mierzony w stosunku do potencjału elektrody odniesienia. Gdy nie stosuje się elektrody odniesienia, przewód RE jest zwykle podłączony do przeciwelektrody, a potencjał odniesienia jest potencjałem w tym punkcie. Aby uzyskać więcej informacji, zapoznaj się z sekcją podręcznika użytkownika dotyczącą połączeń ogniw.

Parametry

￭Display name, wyświetlana nazwa- ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

￭Max. duration: maksymalny czas trwania pomiaru OCP.

￭Sampling interval Interwał próbkowania: czas między dwoma kolejnymi punktami pomiaru.

Opcje

￭Show OCP determination window, Pokaż okno określania OCP: Gdy ten przełącznik jest włączony,

Podczas pomiaru OCP wyświetlane jest okno monitorowania OCP.

￭Use moving average OCP, Użyj średniej ruchomej OCP: ￭Użyj średniej ruchomej OCP: Gdy ten przełącznik jest włączony,  wartość OCP jest obliczana na podstawie średniej ruchomej sygnału WE.Potential w określonym czasie. Czas uśredniania liczony jest od zakończenia pomiaru. Na przykład, jeśli czas trwania wynosił 30 s, a czas uśredniania wynosił 5 s, średni OCP oblicza się z wartości WE.Potential od t = 25 s do t = 30 s. Gdy używana jest średnia ruchoma OCP, dane te są również wyświetlane w oknie określania OCP i przechowywane w tabeli danych.

Uwaga: Dla pierwszej części pomiaru OCP  jest obliczany za pomocą algorytmu ważonej średniej ruchomej, który nadaje priorytet najnowszym punktom danych, nadając im wyższy współczynnik wagowy. Współczynniki wagowe są stosowane do części danych OCP średniej ruchomej od początku polecenia pomiaru OCP do dwukrotności zdefiniowanego czasu uśredniania. Na przykład, jeśli czas trwania pomiaru OCP wynosi 20 sekund, a czas uśredniania wynosi 2,5 sekundy, dane OCP średniej ruchomej dla pierwszych 5 sekund pomiaru będą ważoną średnią ruchomą, podczas gdy ostatnie 15 sekund będzie prostym ruchem średnim.

￭Accept on dE/dt limit, Zaakceptuj limit dE/dt: Gdy ten przełącznik jest włączony, pomiar OCP zatrzymuje się, jeśli zmiana potencjału OCP w czasie (dE/dt) jest niższa niż zdefiniowana wartość przez pięć kolejnych punktów. Gdy używany jest limit dE/dt, dane te są również wyświetlane w czasie rzeczywistym w oknie określania OCP i przechowywane w tabeli danych.

￭Switch cell on when proceeding, Włącz komórkę podczas kontynuacji: Ta opcja może być używana tylko w trybie potencjostatycznym. Gdy ten przełącznik jest włączony, komórka jest włączana na końcu polecenia Measure OCP. Nastawa 0 VOCP zostanie zastosowana przed włączeniem ogniwa, zapewniając, że system nie będzie narażony na nieoczekiwane warunki.

Uwaga: Opcja włączenia komórki podczas kontynuacji nie jest dostępna, gdy polecenie Measure OCP jest używane w procedurze lub sekcji procedury skonfigurowanej dla trybu galwanostatycznego. W przypadku pomiarów galwanostatycznych zaleca się umieszczenie kafelka komendy Zastosuj nastawę po komendzie Zmierz OCP w celu zdefiniowania aktualnej wartości zadanej, wybrania prawidłowego zakresu prądu oraz włączenia ogniwa.

kafelek GROUP COMMAND

Ogólnym zastosowaniem polecenia Group jest tworzenie struktury złożonej procedury w Edytorze sekwencji procedur. Wiele kafelków poleceń można zgrupować w ramach sekwencji procedury w kontenerze (grupie) o określonej nazwie wyświetlanej. Użycie polecenia Grupuj wprowadza wygodną funkcjonalność do konstruowania długich lub złożonych sekwencji:

￭Polecenia kontrolne i pomiarowe mogą być umieszczane wewnątrz Grupy ("zagnieżdżone") za pomocą przeciągania i upuszczania, co stworzy podpoziomy w sekwencji.

￭Gdy Grupa zostanie przeniesiona w sekwencji procedury, wszystkie zagnieżdżone polecenia zostaną przeniesione wraz z Grupą.

￭Gdy grupa zostanie usunięta z sekwencji procedury, wszystkie zagnieżdżone

kafelki poleceń są również usuwane.

￭Gdy w sekwencji procedury wybrany jest kafelek poleceń grupy,



pojawi się przycisk Rozgrupuj. Ten przycisk usuwa polecenie Grupa i umieszcza zagnieżdżone polecenia w sekwencji w miejscu, w którym wcześniej znajdował się kafelek Grupa. Oryginalna kolejność zagnieżdżonych poleceń z grupy zostaje zachowana.

Parametry

￭Wyświetlana nazwa: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

kafelek CV STAIRCASE

 Kafelek  CV staircase

Ogólnym zastosowaniem polecenia CV staircase jest wykonanie pomiaru przy uzyciu schodkowej woltamperometrii cyklicznej w trybie potencjostatycznym lub  galwanostatycznym. Tryb jest ustawiany przez poprzednie polecenie Apply settings

Parametry

￭Display name: nazwa jaka jest wyświetlana na kafelku poleceń, może być zdefiniowana przez użytkownika

W zależności od trybu:

￭Potentiostatic CV staircase: schodkowa woltamperometria w trybie potencjostatu. Parametry związane z zastosowanym przebiegiem odnoszą się do potencjału z jednostką V lub podjednostkami (mV). Potencjał można określić w odniesieniu do potencjału odniesienia, VREF lub potencjał otwartego obwodu (OCP), VOCP. Gdy używany jest VOCP, wymagany jest pomiar OCP przed poleceniem CV staircase.

￭Galvanostatic CV staircase: schodkowa woltamperometria w trybie galwanostatu parametry związane z zastosowanym przebiegiem odnoszą się do prądu w jednostce A lub podjednostkach (mA lub μA).

￭Start at: Wartość początkowa musi znajdować się między dwoma wartościami wierzchołków. Aby rozpocząć poza granicami wierzchołków, użyj przełącznika Skanowanie wstępne od ostatniej zastosowanej wartości  (pre-scan)  i umieść kafelek polecenia Apply przed kafelkiem polecenia CV 

￭First vertex: Wartość pierwszej granicy przebiegu

￭Second vertex: Wartość drugiej granicy przebiegu

￭Stop at: Przebieg zatrzymuje się na tej wartości. Wartość zatrzymania nie jest

ograniczone przez granice vertex

Kierunek skanowania jest określony przez wartość parametru First vertex w odniesieniu do wartości Start at. Kiedy First vertex jest większy niż wartość Start, skanowanie będzie kontynuowane w kierunku do przodu; kiedy First vertex jest niższy niż wartość początkowa, skanowanie będzie kontynuowane w odwrotnym kierunku. Skanowanie zawsze przebiega od wartości Start do First vertex 

￭Number of cycles: cykl definiuje się jako przecięcie obu granic. W tym polu można wpisać tylko liczby całkowite.

￭Add an extra half cycle at the end: Gdy ten przełącznik jest włączony, na końcu przebiegu dodawana jest dodatkowa połowa cyklu. Dodatkowa połowa cyklu jest równa jednemu dodatkowemu przecięciu wierzchołka przed przejściem do wartości zatrzymania ￭Pre-scan from the last applied value:  Gdy ten przełącznik jest włączony, potencjał (lub prąd, w przypadku CV galwanostatycznego) będzie skanowany od ostatniej zastosowanej wartości zadanej poprzedniego kafelka polecenia w sekwencji do wartości Start od, przy użyciu szybkości skanowania zdefiniowanej w CV polecenie schodów. Ten segment danych CV będzie oznaczony jako Cykl 0 w tabeli danych.

￭Scan Rate: Szybkość, z jaką przyłożony sygnał (potencjał w potencjostatycznym CV, prąd w galwanostatycznym CV) będzie zmieniany. Szybkość skanowania jest zawsze dodatnia, niezależnie od kierunku skanowania.

￭Step high: W schodach CV, przyłożony sygnał jest podawany dyskretnymi stopniami o stałej wysokości stopnia. Wartość wysokości kroku jest zawsze dodatnia, niezależnie od kierunku skanowania. 

￭Step duration: Czas między dwoma kolejnymi zastosowanymi krokami. W schodkowej woltamperometrii  próbkowany jest jeden punkt na krok, więc czas trwania kroku jest również interwałem próbkowania. Modyfikacja czasu trwania kroku zmodyfikuje wartość szacowanej liczby punktów na cykl, która jest wyświetlana obok pola wejściowego czasu trwania kroku. 

Scan rate, Step height i Step duration są wzajemnie powiązanymi parametrami, możliwe jest zdefiniowanie tylko dwóch z trzech z nich. Po wprowadzeniu dwóch z tych parametrów trzeci jest obliczany automatycznie.

￭Estimated number of points per cycle Szacowana liczba punktów na cykl: Wyświetlana jest liczba punktów danych na cykl CV (tylko do odczytu) zgodnie z rzeczywistymi wartościami parametrów. Jeśli parametry zostaną zmienione podczas pomiaru, to oszacowanie może nie być dokładne.

kafelek CV LINEAR SCAN

 

 Ogólnym zastosowaniem polecenia CV Linear Scan jest wykonanie klasycznej cyklicznej woltamperometrii z użyciem liniowej generacji sygnału. To polecenie może być użyte tylko w trybie potencjostatycznym. Nie ma możliwości wykonania CV linear scan w trybie galwanostatycznym. CV LINEAR SCAN umieszcza w sekwencji, w której tryb jest ustawiony na potencjostatyczny przez poprzedzający kafelek polecenia APPLY SETTINGS. 

 

 

 

Parametry

￭Wyświetlana nazwa: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

Parametry dotyczące zastosowanego kształtu fali odnoszą się do potencjału z jednostką V (lub mV). Potencjał można określić w odniesieniu do potencjału odniesienia, V_REF lub potencjału obwodu otwartego (OCP), V_OCP. Gdy używany jest V_OCP, pomiar OCP jest wymagany przed komendą CV LINEAR SCAN.

￭ Start at: Wartość początkowa musi znajdować się między wartościami określonymi w Vertex. Aby zacząć poza granicami Vertex skorzystaj z funkcji Pre-scan from the last applied value oraz umieść kafelek polecenia APPLY przed kafelkiem CV LINEAR SCAN.

￭ First vertex: Wartość pierwszego nawrotu.

￭ Second vertex: Wartość drugiego nawrotu.

￭ Stop at: Pomiar kończy się na tej wartości. Wartość Stop at nie jest ograniczona wartościami Vertex

 

Kierunek skanowania jest definiowany wartością First vertex w odniesieniu do wartości Start at. Gdy First Vertex jest większy od Start at, wtedy skanowanie odbywa się w kierunku „do przodu”. W Przeciwnym wypadku będzie to kierunek „wstecz”

 

￭ Number of cycles: Liczna cykli, gdzie gdzie jeden cykl jest definiowany przez przejście przed oba punkty Vertex. Podawana w liczbach całkowitych.

￭ Add an extra half cycle at the end: Włączenie tej funkcji dodaje pół cyklu do wyżej zdefiniowanego przebiegu pomiaru. Dodatkowe pół cyklu jest określone jako przejście przez dodatkowy Vertex i zakończenie pomiaru na Stop at.

￭ Pre-scan from last applied value: Po włączeniu tej funkcji pomiar rozpocznie się od potencjału użytego jako ostatni w komendzie poprzedzającej CV LINEAR SCAN. Ten fragment pomiaru zostanie zapisany jako Cycle 0 w tabeli danych.

 

Kształt krzywej CV jest przedstawiony na wykresie a wyświetlone na nim informacje zależą od ustawionych parametrów pomiaru.

 

￭ Scan rate: szybkość zmiany potencjału. Wartość Scan rate zawsze ma wartość dodatnią, niezależnie od kierunku skanowania.

￭ Potential Interval: różnica wartości potencjału między dwoma następującymi po sobie punktami pomiarowymi. Ponieważ skanowanie jest liniowe a nie schodkowe ten parametr nie ma wpływu na wartość Applied potential. Potential Interval zawsze ma wartość dodatnią, niezależnie od kierunku skanowania.

￭ Time Interval: czas między dwoma następującymi po sobie punktami pomiarowymi.

 

Scan rate, Potential Interval, Sampling Interval są parametrami powiązanymi ze sobą i można zdefiniować maksymalnie 2 z nich jedocześnie. Gdy 2 wartości są podane, trzecia jest wyliczana automatycznie.

 

￭ Estimated number of points per cycle: liczba punktów danych na cykl, które będą być pobrane jest wyświetlane (tylko do odczytu) zgodnie z aktualnymi wartościami parametrów. Jeśli którykolwiek z parametrów zostanie zmieniony podczas pomiaru, oszacowanie to nie będzie dokładne.

 

kafelek CHRONO METHODS

 Ogólnym zastosowaniem polecenia Chrono Methods jest wykonanie dowolnej z następujących czynności: chronoamperometria, chronopotencjometria lub chronokulometria.

Chronoamperometrię wykonuje się, umieszczając polecenie Metody Chrono w sekwencji, w której tryb jest ustawiony na potencjostatyczny przez poprzedzający kafelek polecenia Zastosuj ustawienia. Podobnie chronokulometria jest wykonywana w trybie potencjostatycznym poprzez obserwację i wykreślenie sygnału WE.Charge. Chronopotencjometrię wykonuje się za pomocą polecenia Metody Chrono w sekwencji, w której tryb jest ustawiony na galwanostatyczny.

Parametry

￭Wyświetlana nazwa: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

￭Potencjał/Prąd: Wejście dla wartości zadanej potencjału lub prądu. To pole zostanie dostosowane automatycznie w zależności od ustawienia trybu najbliższego poprzedniego kafelka polecenia Apply settings

￭Czas trwania: czas trwania pomiaru.

￭Interwał próbkowania: czas między dwoma kolejnymi punktami pomiarowymi

Szacowana liczba punktów: tutaj liczba punktów danych, które będą

być pobrane jest wyświetlane (tylko do odczytu) zgodnie z aktualnymi wartościami parametrów.

Jeśli którykolwiek z parametrów zostanie zmieniony podczas pomiaru, oszacowanie to nie będzie dokładne.

kafelek CELL ON

 

Ogólnym zastosowaniem polecenia Cell on jest wprowadzenie ogniwa elektrochemicznego w stan włączenia, co oznacza, że prąd może przepływać między elektrodą pracującą, a przeciwelektrodą. Zaleca się, aby ogniwo było włączone w kontrolowanym stanie elektrochemicznym z już zdefiniowaną nastawą (prądem, potencjałem). Ustawienia Apply settings lub Apply należy umieścić w sekwencji procedur poprzedzającej polecenie Cell on.

Parametry

￭Wyświetlana nazwa: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

￭Cell: Gdy przełącznik jest włączony, połączenie z ogniwem zostanie włączone, a polecenie zostanie wykonane. Komenda Cell on może być również użyta do wyłączenia ogniwa w żądanym punkcie sekwencji procedury poprzez wyłączenie przełącznika Cell. Gdy ogniwo jest wyłączone, prąd nie przepływa między elektrodą pracującą, a przeciwelektrodą.

￭Dodaj czas stabilizacji: Gdy przełącznik jest włączony, zdefiniowany czas stabilizacji zostanie dodany po włączeniu (lub wyłączeniu) komórki.

kafelek APPLY SETTINGS

 W ustawieniach Apply settings odnajdziemy:

Główne ustawienia instrumentu

￭Nazwa wyświetlana: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, zdefiniowana przez użytkownika

tutaj można wpisać nazwę.

￭Mode: określa tryb jako potencjostatyczny lub galwanostatyczny.

￭Potencjał/Prąd: Wejście dla wartości zadanej potencjału lub prądu. To pole zostanie automatycznie dostosowane do wprowadzania potencjału lub prądu, w zależności od ustawienia trybu.

￭Cell: Gdy przełącznik jest włączony, cela pomiarowa zostanie włączona po wykonaniu polecenia.

Ustawienia główne

￭Dodaj czas stabilizacji: Gdy przełącznik jest włączony, zdefiniowany czas stabilizacji zostanie dodany po zastosowaniu ustawień.

Więcej ustawień (MORE): Z reguły te parametry nie wymagają regulacji. W przypadku pozostawienia na ustawieniach domyślnych lub automatycznych, parametry te zostaną zoptymalizowane przez przyrząd, aby zapewnić najlepszą jakość pomiaru, biorąc pod uwagę polecenia pomiarowe i parametry użyte w procedurze.

Ustawienia pętli sterowania

￭Bandwith : po przełączeniu na wartość automatyczną wybór jest włączony, najbardziej odpowiednia szerokość pasma przenoszenia dla każdego polecenia pomiarowego zostanie wybrana automatycznie. Gdy przełącznik jest wyłączony, ustawienie można wybrać za pomocą suwaka.

￭Ochrona przed oscylacją: Gdy przełącznik jest włączony, jeśli wystąpi oscylacja, ogniwo zostanie automatycznie wyłączone (brak przepływu prądu przez ogniwo) i procedura zostanie przerwana. Ochrona przed oscylacją jest domyślnie włączona.

Ustawienia pomiaru

Przełącznik wyboru zakresu prądu: Gdy przełącznik automatycznego wyboru zakresu prądu jest włączony, najbardziej odpowiedni zakres prądu zostanie wybrany automatycznie. Odbywa się to dynamicznie, dlatego w jednym poleceniu pomiarowym można zastosować kilka zakresów prądowych.

Przy włączonym automatycznym określaniu zakresu prądu, początkowy zakres prądu można wybrać za pomocą suwaka. Zaleca się wybrać wartość zbliżoną do oczekiwanego prądu początkowego w ogniwie elektrochemicznym, aby ułatwić szybką optymalizację.

Gdy przełącznik jest wyłączony, można wybrać stały zakres prądu za pomocą suwaka. Wygląd suwaka zmieni się, dając wizualne wskazanie jakości bieżącego pomiaru z wybranym zakresem prądu:

– Czerwony: prąd w tym regionie jest zbyt wysoki dla wybranego zakresu prądu. Nastąpi przeciążenie, a zebrany sygnał prądowy zostanie odcięty. Zmierzone punkty danych są nieprawidłowe.

– Zielony: wybrany czujnik prądu zapewni najlepszą dokładność i czułość dla prądu mierzonego w tym regionie.

– Szary: możliwy jest pomiar prądów w tym rejonie wybranym czujnikiem, ale dokładność i czułość pomiaru

nie jest optymalny.

Uwaga: W trybie galwanostatycznym nie można używać automatycznego wyboru zakresu prądu. Za pomocą suwaka należy wybrać najbardziej odpowiedni zakres prądu do pomiaru.

Uwaga: Polecenie Zastosuj ustawienia nie jest płynne. Wykonanie tego polecenia wymaga do wykonania minimum 27 ms.

kafelek APPLY

 Ogólnym zastosowaniem polecenia Apply jest wprowadzenie wartości zadanej do ogniwa elektrochemicznego. Zastosowana wartość zadana jest określana jako potencjał lub prąd, w zależności od ustawienia trybu pracy systemu (tj. potencjostatyczny lub galwanostatyczny).

Parametry

￭Wyświetlana nazwa: ta nazwa jest wyświetlana na kafelku poleceń, tutaj można wprowadzić nazwę zdefiniowaną przez użytkownika.

￭Potencjał/Prąd: pole wartości zadanej potencjału lub prądu. Pole zostanie automatycznie dostosowane dla wartości potencjał lub prąd, zależności od trybu.

￭Dodaj czas stabilizacji: Gdy przełącznik jest włączony, zdefiniowany czas stabilizacji zostanie dodany po zastosowaniu ustawień.

Wykonanie polecenie Apply  wymaga wykonania minimum 20 ms.

kafelek PROCEDURE

 Blok ustawień procedury (kafelek PROCEDURE)

W każdej procedurze w opcji Sequence zobaczymy jako pierwszy kafelek Procedure. W jego ustawieniach odnajdziemy opcje:

￭Nazwa i opis procedury: te pola służą do dodawania dodatkowych informacje o procedurze i pozwalają na jej późniejsze zidentyfikowanie.

￭Tags: Tagi mogą być dodawane w celu szybkiej kategoryzacji procedury. Tagi są widoczne w eksploratorze procedur i mogą być używane do lokalizowania i procedury filtrowania.

Wymagany system: Ta funkcja jest istotna podczas przygotowywania procedur bez podłączonego systemu pracy. Przycisk otwiera nowe okno gdzie można określić rodzaj urządzenia, którego parametry są wymagane do uruchomienia tej procedury. Gdy procedura nie jest przypisany do połączonego urządzenia, zostanie zweryfikowany pod kątem wymagana konfiguracja systemu pracy. Oznacza to, że błędy lub ostrzeżenia pokazane w procedurze odnoszą się do możliwości urządzenia.

￭Skalowanie jednostki: Te ustawienia pozwalają na określenie jednostek skali potencjału i prądu

podczas całej procedury. 

– Potencjał: może być skalowany w V lub mV.

– Prąd: może być skalowany w A, mA lub μA.

Stan końcowy (End state)

Wymagany stan końcowy procedury można skonfigurować w zakładce End state.

Stan końcowy odnosi się do stanu urządzenia, gdy procedura została zakończona. Będzie również stosowany w przypadku przerwania procedury celowo z powodu błędu .

Domyślnie na koniec naczynie zostaje odłączone. Możliwe jest zdefiniowanie stanu końcowego

zaznaczając pola wyboru dla odpowiedniego ustawienia i konfiguracji następujące parametry:

￭Tryb: potencjostatyczny lub galwanostatyczny. Konieczne jest zaznaczenie symbolu scalania umieszczone obok tych ustawień.

￭Potencjał/Prąd: ustawienia wartości zadanej potencjału lub prądu. Pole automatycznie zmienia jednostki w zależności od ustawionego trybu urzadzenia.

￭Cell: Gdy przełącznik jest włączony, komórka zostanie włączona, gdy stosowany jest stan końcowy.

FILMY PREZENUJACE INTELLO

 Krótkie filmy prezentujące oprogramowanie INTELLO. Zapraszamy do oglądania:

PASYWNE I AKTYWNE OGNIWA ELEKTROCHEMICZNE

Pasywne ogniwa elektrochemiczne

W elektrochemii ogniwa pasywne są najbardziej typowe i powszechne . Potencjał lub prąd elektrody pracującej jest kontrolowany w celu generowania i kontrolowania procesu elektrochemicznego. W przypadku ogniw pasywnych ogniwo elektrochemiczne „zużywa” moc elektryczną dostarczaną przez PGSTAT i ta moc jest faktycznie przekształcana w energię, która napędza reakcje elektrochemiczne w układzie. Dlatego w tym przypadku moc dostarczana przez PGSTAT jest dodatnia, co oznacza, że ​​zarówno prąd, jak i potencjał w układzie ma ten sam znak, jak pokazano na wykresie mocy. Całkowita moc dostarczana przez wzmacniacz PGSTAT zależy od całkowitego napięcia ogniwa (przyłożonym lub zmierzonym), a zmierzonym/przykładanym prądem.

Jak pokazuje wykres mocy, VIONIC ma rozłożoną moc między wysokim napięciem (compliance voltage), a wysokim prądem. Dzięki temu VIONIC może być używany w szerokim zakresie aplikacji o różnych wymaganiach dotyczących mocy.

High Compliance mode - VIONIC można ustawić w tryb High Compliance , gdy w eksperymentach stosowane są nieprzewodzące (lub o wysokiej rezystancji) elektrolity i ogniwa elektrochemiczne, a proces elektrochemiczny ma stosunkowo niską rezystancję przenoszenia ładunku. W tym przypadku maksymalna dostarczana moc to 150W.

Kilka typowych przykładów takich eksperymentów, kiedy VIONIC powinien być używany w trybie High Compliance to: elektrochemia w elektrolitach organicznych, korozja w olejach i betonie, elektroliza itp. W tym przypadku wykorzystujemy zakresy pomiarowe:

Zakres napięcia compliance:  ±50V

Maksymalny stosowany i mierzony zakres prądu: ±3A

Maksymalny zakres przyłożonego i zmierzonego  potencjału: ±10V

High accuracy mode - VIONIC można ustawić w trybie wysokiej dokładności ilekroć w doświadczeniach stosuje się przewodzące (lub o niskiej rezystancji) elektrolity i ogniwa elektrochemiczne i/lub badany proces elektrochemiczny ma stosunkowo wysoką rezystancję przenoszenia ładunku. Typowymi przykładami takich eksperymentów, w których VIONIC powinien być używany w trybie wysokiej dokładności są: elektrochemia w wodnych elektrolitach kwaśnych lub zasadowych, korozja w wodzie morskiej, badania magazynowania i wytwarzania energii itp. W tym przypadku wykorzystujemy zakresy pomiarowe:

– Zakres napięcia zgodności: ±10V

– Maksymalny stosowany i mierzony zakres prądu: ±6A

– Maksymalny przyłożony i zmierzony zakres potencjału: ±10V

Aktywne ogniwa elektrochemiczne

W przypadku ogniw aktywnych proces elektrochemiczny w ogniwie jest spontaniczny i ogniwo dostarcza moc, którą PGSTAT musi rozproszyć. W tym przypadku moc rozpraszana przez PGSTAT jest ujemna, co oznacza, że zarówno prąd, jak i potencjał w komórce mają przeciwne znaki, jak pokazano na rysunku przedstawiającym wykres mocy VIONIC. Całkowita moc, która musi być rozproszona przez wzmacniacz mocy PGSTAT jest określona przez produkt pomiędzy całkowitym napięciem ogniwa a zmierzonym (dostarczonym) prądem i jest ograniczona przez konstrukcję elektroniki PGSTAT i radiatora elektroniki.

Typowymi przykładami aktywnych ogniw, które mogą dostarczać znaczną ilość energii, są urządzenia magazynujące energię, pomiary na ogniwach paliwowych podczas pracy lub inne urządzenia generujące energię.

Jak pokazano na wykresie mocy VIONIC, dla ogniw aktywnych, VIONIC może rozpraszać do 50 W (przy 25 ºC).

Ogniwa aktywne wykazujące napięcie bezwzględne |VCell| mniejsze niż 8 V między elektrodą pracującą (WE), a przeciwelektrodą (CE) są iskrobezpieczne. Mogą doprowadzić VIONIC do limitu prądu, ale nie przeciążą wzmacniacza mocy.

Ogniwa aktywne, które mają napięcie bezwzględne wyższe niż 8,3 V między elektrodą pracującą (WE), a przeciwelektrodą (CE) mogą dostarczać tylko prąd maksymalny iMAX podany przez:

Przeciążenie temperaturowe

Po osiągnięciu maksymalnego limitu rozproszonej mocy elektronika VIONIC może się przegrzać. W takim przypadku obwód zabezpieczający przed przeciążeniem temperaturowym zostanie aktywowany w celu ochrony elektroniki  przyrządu.

Podczas przeciążenia temperaturowego na interfejsie dynamicznym przyrządu zaświeci się czerwony wskaźnik TOVL, a cela elektrochemiczna zostanie automatycznie odizolowana (tj. automatycznie odłączona) od urządzenia VIONIC, ze względów bezpieczeństwa. Zatrzymana zostanie również procedura pomiarowa. Jeśli wystąpi przeciążenie temperaturowe (TOVL), VIONIC znów będzie pracował dopiero po całkowitym ponownym uruchomieniu urządzenia.

UZIEMIONE I NIE UZIEMIONE OGNIWA ELEKTROCHEMICZNE

 VIONIC jest wyposażony w funkcję wyboru trybu floating/non-floating (pływający/nie pływający), która pozwala podłączyć VIONIC do dowolnego typu ogniw elektrochemicznych, uziemionych lub nie uziemionych. 

Dzięki przełącznikowi sterowanemu programowo w INTELLO można  pracować w trybie „normalnym”,  non-floating (uziemionym), a także w trybie floating . Wybór trybu jest dostępny w Work system edytor w INTELLO

W trybie uziemionym (niepływającym) elektronika kontrolno-pomiarowa VIONIC jest podłączony do uziemienia ochronnego i podczas operacji, wykorzystuje uziemienie (EARTH) jako odniesienie uziemienia.

W trybie pływającym elektronika kontrolno-pomiarowa VIONIC jest odłączony od uziemienia ochronnego i podczas pracy, wykorzystuje pływającą masę analogową (AGND) jako masę odniesienia.

Aby osiągnąć najlepszą możliwą jakość pomiaru, jest to bardzo ważne aby wybrać właściwy tryb pracy VIONIC (tj. pływający lub niepływający) dla typu ogniw elektrochemicznych użytych w eksperymencie.

Nieuziemione ogniwa elektrochemiczne

Zdecydowana większość eksperymentów elektrochemicznych wykorzystuje klasyczne, nieuziemione

ogniwo elektrochemiczne. Oznacza to, że ogniwo elektrochemiczne w tym naczynie ogniwa, elektrody i elektrolit są całkowicie odizolowane od EARTH (tzn. nie są uziemione). W takim przypadku instrument musi być ustawiony w trybie non-floating (jest tak ustawiony domyślnie). Jeśli VIONIC był używany w trybie pływającym i musi być przełączony na tryb niepływający (w eksperymencie wykorzystywane są ogniwa nieuziemione), odpowiedni wybór musi być dokonany w oknie wyboru Edytora systemu pracy

￭ Kable adaptacyjne muszą być podłączone do Pure signal bridge zgodnie z głównym oznakowaniem.

￭ VIONIC może być używany zarówno w wysokiej dokładności (napięcie zgodności ± 10 V)

zakres) i tryb wysokiej zgodności (zakres napięcia zgodności ±50 V)

￭ VIONIC może być używany zarówno w trybie potencjostatycznym, jak i galwanostatycznym

bez żadnych dodatkowych ograniczeń, w ramach specyfikacji.

Uziemiona elektronika jest zawsze bardziej stabilna i mniej zaszumiona niż pływająca elektronika. Dlatego należy używać trybu floating tylko przy rzeczywistej potrzebie. Gdy VIONIC jest podłączony do nieuziemionego ogniwa elektrochemicznego, zaleca się stosowanie zwykłego, trybu non-floating (uziemiony) dla VIONIC

Uziemione ogniwa elektrochemiczne

W przypadku niektórych specyficznych zastosowań i eksperymentów elektrochemicznych należy użyć uziemionego ogniwa elektrochemicznego. Ogniwo elektrochemiczne jest uziemione w jednym z następujących przypadków:

￭ Elektroda robocza (lub próbka) jest lub musi być podłączona do ziemi

￭ Przeciwelektroda (elektroda pomocnicza lub kolektor prądu) jest lub musi być podłączony do ziemi

￭ Naczynie (pojemnik) jest lub musi być połączone z ziemią

Ze względu na możliwość wyboru funkcji floating VIONIC można podłączyć i używany z dowolnym z wyżej wymienionych typów ogniw uziemionych dla pomiarów potencjostatycznych i galwanostatycznych.

W zależności od rodzaju ogniwa elektrochemicznego użytego w eksperymencie,  musi być wybrany odpowiedni tryb floating VIONIC, a układ pomiarowy  musi być odpowiednio podłączony. Edytor systemu pracy w INTELLO zawiera obszerne wskazówki dla użytkownika dotyczące wyboru odpowiedniego trybu floating w zależności od rodzaju uziemienia. Pokazany jest też sposób podłączenia kabli do Pure signal bridge

Uziemiona elektroda pracująca (WE)

W tym przypadku elektroda pracująca (WE) w ogniwie elektrochemicznym jest bezpośrednio podłączona do ziemi.

￭ VIONIC musi być ustawiony w trybie Cross Floating, 

 zgodnie z instrukcją z edytora systemu pracy w INTELLO.  Znak FLOAT pojawi się na interfejsie dynamicznym.

￭ Kable adaptacyjne muszą być podłączone do Pure signal bridge zgodnie z oznakowaniem odpowiadającym symbolowi

￭ VIONIC może być używany tylko w trybie wysokiej dokładności (zgodność ±10 V)

￭ W przypadku pomiarów wykonywanych w trybie galwanostatycznym należy zastosować zewnętrzny układ :Stabilization resistance box

Cross  Floating

.

Uziemiona przeciwelektroda (CE)

W tym przypadku przeciwelektroda (CE) w ogniwie elektrochemicznym jest bezpośrednio podłączona do ziemi.

￭  VIONIC musi być ustawiony w trybie Floating,  zgodnie z instrukcją z  Edytora systemu pracy w INTELLO. Znak FLOAT pojawi się na interfejsie dynamicznym

￭  Kable adaptacyjne muszą być podłączone do Pure signal bridge zgodnie z głównym oznaczeniem (tak samo jak w trybie niepływającym).

￭  VIONIC może być używany tylko w trybie wysokiej dokładności (zgodność ±10 V)

￭  W przypadku pomiarów wykonywanych w trybie galwanostatycznym należy zastosować zewnętrzny układ :Stabilization resistance box 

Uziemione naczynie 

W tym przypadku elektrycznie przewodzące naczynie ogniwa elektrochemicznego jest bezpośrednio

podłączone do ziemi.

￭ VIONIC musi być ustawiony w trybie Floating,  zgodnie z instrukcją z Edytora systemu pracy w INTELLO. Znak FLOAT pojawi się na interfejsie dynamicznym.

￭ Kable adaptacyjne muszą być podłączone do Pure Signal Bridge zgodnie z głównym oznaczeniem (tak samo jak w trybie niepływającym).

￭ VIONIC może być używany tylko w trybie wysokiej dokładności (zgodność ±10 V)

￭ W przypadku pomiarów wykonywanych w trybie galwanostatycznym należy zastosować zewnętrzny układ :Stabilization resistance box 

Gdy VIONIC działa w trybie pływającym, analogowe uziemienie elektroniki (AGND) jest odłączony od Ziemi. W tym przypadku AGND i GROUND są wewnętrznie oddzielone od siebie. Połączenie GROUND jest nadal podłączony do ochronnej ziemi i do ramy instrumenty. Użycie połączenia ANGND jest potrzebne tylko dla bardzo specyficznych aplikacji,, takie jak amperomierz o zerowej rezystancji (ZRA) lub pomiar szumu elektrochemicznego (ECN) w trybie pływającym. 

PODŁĄCZENIA CEL POMIAROWYCH - PURE SIGNAL BRIDGE

1 VIONIC

2 Stałe podłączenie kabli pomiarowych (część VIONIC)

3 Stałe kable pomiarowe o długości 1 m

4 Buffer box, przymocowane do głównego kabla

5 Spliter box, przymocowany do głównego kabla

6 Odłączane kabli adaptacyjnych o długości 0,5 m

Połączenie między VIONIC,  a ogniwem elektrochemicznym jest realizowane poprzez Pure signal bridge  i kable adaptacyjne. Pozwalają one na różne tryby połączenia VIONIC z celą pomiarową w zależności od potrzeb pomiarowych.

Niezależnie od trybu połączenia z celą, gdy VIONIC jest podłączony do ogniwa elektrochemicznego , potencjał jest zawsze kontrolowany lub mierzony między przewodami odniesienia (RE) i elektrody Sense (S), a prąd jest zawsze mierzony lub kontrolowany między pracującą (WE),  a przewodami przeciwelektrody (CE). Ważne jest również, aby wiedzieć, że druga sens (S2) może mierzyć potencjał tylko w zależności od elektrody odniesienia (RE). Nie jest możliwe kontrolowanie lub przykładanie potencjału za pomocą (S2). Połączenia (przewody) dostępne w kablach adaptacyjnych VIONIC są oznakowane w następujący sposób:

￭ Elektroda pracująca (lub wskaźnikowa): WE (czerwona)

￭ Elektroda sense: S (czerwona)

￭ Elektroda referencyjna: RE (niebieska)

￭ Elektroda pomocnicza: CE (czarna)

￭ Druga elektroda sense: S2 (czarny)

￭ Uziemienie: EARTH (zielony)

￭ Uziemienie analogowe: AGND (czarny)

Kable adaptacyjne należy podłączyć do Pure signal bridge, zgodnie z odpowiednimi oznakowaniami.

Istnieje wiele różnych pomiarów elektrochemicznych, które wykorzystują różne rodzaje ogniw elektrochemicznych. Można je podzielić według :

￭  liczby punktów przyłączeniowych (elektrod) do ogniwa:

– Konfiguracja 2-elektrodowa

– Konfiguracja 3-elektrodowa, z monitorowaniem dodatkowego potencjału S2 lub bez S2

–  Konfiguracja 4-elektrodowa, z monitorowaniem dodatkowego potencjału S2 lub bez S2

￭ w oparciu o stan uziemienia ogniwa:

– ogniwa nieuziemione

– ogniwa uziemione

￭ w oparciu o wymagania zasilania ogniwa:

– Ogniwa pasywne

– Ogniwa aktywne

Podłączenia bez pomiaru na S2:

Układ dwóch elektrod, połączenie 2-punktowe: 

W tym trybie kable (CE) i  (RE) są podłączone razem do jednej elektrody (np. elektroda ujemna akumulatora), podczas gdy przewody  (WE) i  (S) są podłączone do innej elektroda (np. elektroda dodatnia akumulatora). Prąd jest zawsze mierzony między CE i WE, a różnica potencjałów jest mierzona między RE i S. Ten tryb jest powszechnie używany do charakteryzowania urządzeń do magazynowania i przetwarzania energii jak baterie, ogniwa paliwowe, ogniwa słoneczne i superkondensatory, w elektrolizie lub zawsze, gdy użycie samodzielnej elektrody odniesienia nie jest możliwe.

Układ dwóch elektrod, połączenie 4-punktowe:

W tym trybie kable (CE) i  (RE) są połączone oddzielnie do tej samej elektrody (np. elektroda ujemna akumulatora), a przewody  (WE) i  (S) są podłączone oddzielnie do drugiej elektrody(np. elektroda dodatnia baterii). Ten tryb połączenia jest wysoce zalecany w przypadku wysokiego prądu i/lub  niskiej impedancji. Ponadto zaleca się umieścić RE i S jak najbliżej elektrod w ogniwie. To zmniejszy straty omowe pochodzące z połączeń. Takie podłączenie jest szczególnie ważne w przypadku elektrochemicznej spektroskopii impedancji (EIS) charakterystyka urządzeń o niskiej impedancji, takich jak baterie i ogniwa paliwowe.

Układ trzech elektrod: 

W tym trybie kable(CE) i  (RE) są podłączone odpowiednio do elektrody pomocniczej i elektrody odniesienia. Kable (WE) wraz z kablami (S) są podłączone do elektrody pracującej. Prąd jest mierzony między CE i WE, a różnica potencjałów jest mierzona między RE i S. Jest to najpopularniejszy sposób podłączenia ogniwa elektrochemicznego i jest używany do charakteryzowania większości układów elektrochemicznych, w których jest używana oddzielna elektroda odniesienia.

Układ czterech elektrod:

W tym trybie każdy kabel adaptacyjny jest podłączony do własnej elektrody w ogniwie. Różnica w porównaniu z konfiguracją trzech elektrod, o której mowa powyżej, elektroda Sense (S) przewód jest podłączony do drugiej elektrody odniesienia lub wewnętrznej sondy w ogniwie elektrochemicznym. Konfiguracja czterech elektrod służy do pomiary na membranach lub wygenerowanych na granicy faz ciecz-ciecz przez dwa nie mieszające się rozpuszczalniki. Prąd jest mierzony między CE i WE, a różnica potencjałów mierzy się między RE i S. Ten tryb jest powszechnie używany do charakteryzowania

membrany i interfejsy ciecz-ciecz

Amperomierz o zerowej rezystancji (ZRA), tryb non-floating:

W tym trybie pracy, kable (WE) i (S) modułu Adaptive  są podłączone do pierwszej elektrody pracującej (WE1), przewód (RE) jest podłączony do elektrody odniesienia w ogniwie i dodatkowy przewód uziemiający (EARTH) jest podłączony do drugiej elektrody pracującej(WE2) w ogniwie. Prąd jest monitorowany w sposób nieinwazyjny, ponieważ nie ma zewnętrznych zakłóceń nakładanych na ogniwo elektrochemiczne. Ten tryb połączenia służy do monitorowania wahań potencjału i prądu (szumu elektrochemicznego  ECN), które powstają bezpośrednio w wyniku reakcji elektrochemicznych zachodzące na powierzchni elektrody. W tej konfiguracji pierwsza elektroda robocza (WE1) i/lub ogniwo nie może być podłączone do Earth.

Amperomierz o zerowej rezystancji (ZRA), tryb floating :

W tym trybie kable  (WE) i (S) są połączone do pierwszej elektrody pracującej (WE1), przewód (RE) jest podłączony do elektrody odniesienia w ogniwie i dodatkowy analogowy kabel uziemiający (AGND) jest podłączony do drugiej elektroda pracującej (WE2) w ogniwie. Prąd jest monitorowany w sposób nieinwazyjny, ponieważ nie ma zewnętrznych zakłóceń nakładnych na ogniwo elektrochemiczne. Ten tryb połączenia służy do monitorowania wahań potencjału i prądu (szumu elektrochemicznego ECN), które powstają bezpośrednio w wyniku reakcji elektrochemicznych odbywa się na powierzchni elektrody tylko wtedy, gdy pomiary ZRA (lub ECN)  wykonywane są z uziemioną pierwszą elektrodą pracującą (WE1) lub uziemione jest ogniwo.

Podłączenia z pomiarem na S2

Korzystając z połączenia  (S2), VIONIC zapewnia możliwość pomiaru dodatkowego napięcia w ogniwie elektrochemicznym z w odniesieniu do elektrody (RE). Następujące połączenie układu  są możliwe, gdy używany jest pomiar na (S2):

Układ trzech elektrod z podłączonym (S2) do przeciwelektrody (CE): 

Jest to typowa konfiguracja z trzema elektrodami z dodatkowym pomiarem na (S2). Kable (S2) i (CE) są połączone razem z przeciwelektrodą w ogniwie. Kabel (RE) jest podłączony do elektrody odniesienia , a kable (WE) i (S) są podłączone do elektroda pracującej w ogniwie. Prąd jest mierzony między CE i WE. Przewody S i S2 służą do pomiaru różnicy potencjałów odpowiednio między WE i CE w porównaniu z RE. To jest najbardziej popularny tryb podłączenia ogniwa elektrochemicznego i służy do scharakteryzowanie układów elektrochemicznych, w których  stosowana jest elektroda odniesienia i monitorowane jest napięcie na elektrodzie pomocniczej.

Układ czterech elektrod z (S2) podłączonym do przeciwelektroda (CE): 

W tym trybie kable (S2) i  (CE) są połączone ze sobą do przeciwelektrody . Kable (RE),  (WE) i (S) są podłączone do odpowiednich  niezaleznych elektrod w układzie. Konfiguracja czterech elektrod służy do pomiaru na membranach lub granicy faz ciecz-ciecz dwóch nie mieszających  się rozpuszczalników. Prąd jest mierzony między CE i WE, a różnica potencjałów mierzy się między RE i S. Używając  (S2) połączonego z elektrodą pomocniczą (CE), można monitorować potencjał CE w stosunku do elektrody odniesienia. Ten tryb jest powszechnie używany do charakterystyki membran i granic faz ciecz-ciecz.

Układ trzech elektrod z niezależnym pomiarem(S2): 

Jest to taka sama jak typowa konfiguracja z trzema elektrodami, ale z wykorzystaniem pomiaru na (S2). Kable (S2),  (CE) i (RE) są podłączone do niezaleznych elektrod w układzie. Kable (WE) i (S) są podłączone wspólnie do elektrody pracującej. Prąd jest mierzony między CE i WE. Dzieki temu można monitorować r óżnica potencjałów między S i RE (tj. różnica potencjałów między WE i RE) oraz różnica potencjałów między S2 i RE.

Układ czterech elektrod z niezależnym pomiarem na (S2):

Jest to typowa konfiguracja z czterema elektrodami, ale z wykorzystaniem(S2).

W tym przypadku wszystkie kable  są podłączone do niezależnych elektroda lub sonda  w układzie pomiarowym. Konfiguracja czterech elektrod używana jest do pomiarów w poprzek membran lub generowanych granic faz ciecz-ciecz dwóch nie mieszających się rozpuszczalników. Prąd jest mierzony między CE i WE. Możliwy jest monitoring różnicy potencjałów między S i RE, oraz  S2 i RE. Ten tryb

jest powszechnie stosowany do charakteryzowania membran i granicy faz ciecz-ciecz.