Понимание пропускной способности и ее настройка

Базис

Проще говоря, пропускная способность может быть описана как параметр, который определяет, насколько быстро прибор способен реагировать. Это регулировочный контур прибора, и более конкретно он касается регуляционного контура регулирующего усилителя (CA). Цикл регулирования - это процесс, который обеспечивает правильную реакцию устройства управления на настройки пользователя.

Три основных параметра, которые влияют на контур регулирования:

• Пропускная способность регулирующего усилителя (представлена как CA на рис. 1).
• Сама ячейка (представлена как WE; CE & RE на рис. 1). Медленная ПС обычно рекомендуются для емкостных ячеек.
• Установленный текущий диапазон (представлен как Rm на рис. 1). Если пользователю нужен усилитель тока, инструмент должен быть замедлен, т.е. пропуск должен быть снижен.

Рис. 1: Эскиз базовой конструкции потенциостата.

Ячейка:

WE - Рабочий электрод

CE - противоэлектрод

RE - электрод сравнения

Инструмент:

CA - регулирующий усилитель

Rm - диапазон тока шунтирующего резистора

Настройки эксперимента:

Ei - заданное напряжение

 

 

ПС различается в зависимости от режима управления, т. е. потенциостатического или гальваностатического. 

Диапазон тока и настройки для данной ячейки:

• Если пропускная способность слишком высокая, вы можете получить осцилляцию.
• Если пропускная способность слишком малая, вы ослабите отклик ячейки.

ВНИМАНИЕ. ПС не действует как фильтр. Фильтр влияет только на измерение, тогда как пропуск влияет на контур регулирования прибора (контроль ячейки).

Как выполнить тест для прибора с различной пропускной способностью

На рисунке 2 ниже показаны диапазоны шага напряжения +200 мВ, применяемые к литий-ионной батарее с различной ПС. Этот пример демонстрирует, что 6-ая попытка приводит к колебаниям, тогда как более малая пропускная способность приводит к хорошим измерениям.

С вариантом 1 (самая медленная) мы видим, что постоянная времени ограничена инструментом, а не ячейкой. Для пропускной способности 5 (средняя) измерение ограничивается не контуром регулирования прибора, а ячейкой. Таким образом, в примере, показанном выше, подходящая полоса пропускания, то есть самая быстрая без каких-либо колебаний, является полосой 5.

ВНИМАНИЕ. В зависимости от частоты выборки измерения может быть видна только огибающая осцилляций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2: Импульс напряжения, выполняемый с помощью VMP3, оборудованного усилителем тока при различной пропускной способности (1; 2; 3; 4; 5; 6). Рис. 3: Зуммированы самые малые ПС.

Для измерений в импедансной спектроскопии ПС должна быть установлена относительно максимальной частоты. В диапазоне МГц пользователь должен установить высокий пропуск.

Советы по оптимизации вашей настройки

Первое, что нужно сделать, когда ваш потенциостат начинает осциллировать, это понять, не является ли причиной сама ячейка. 

Если вы хотите быстро решить вашу проблему, не вдаваясь в подробный анализ стабильности, вы можете выполнить следующие шаги:

• Изменить коэффициент пропускной способности. Начните с более низкого значения. Если уменьшение коэффициента не работает, попробуйте увеличить его. Чем быстрее, тем лучше. Для измерений импедансной спектроскопии на высоких частотах контур регулирования должен быть быстрым, поэтому требуется быстрая ПС.
• То же самое относится к динамическим / гальванодинамическим измерениям, выполняемым при высоких скоростях сканирования - должна быть установлена быстрая ПС. 
• Аппаратная омическая компенсация падения замедляет контур регулирования, поэтому в некоторых случаях вам может потребоваться уменьшить пропускную способность. 
• Для приборов на основе SP-300 сначала отрегулируйте пропуски 7, 8, 9. Затем, если измерение все еще показывает признаки колебаний, попробуйте расширенные полосы от 1 до 6.

Если изменение пропускной способности не решает вашу проблему, выполните следующие рекомендации:

• Проверьте свой электрод сравнения. Убедитесь, что внутренний раствор электрода сравнения имеет хороший контакт с электролитом электролизера. Если пористое соединение не является влажным, то электрод может иметь огромный импеданс и вместе с входной емкостью электрометра может вносить дополнительный фазовый сдвиг в обратную связь.
• Выберите более высокий диапазон тока. Поскольку резистор для измерения тока является частью обратной связи, чем он ниже, тем стабильнее становится система. Но есть предел того, насколько маленьким может быть измерительный резистор. Если он слишком мал, вы не сможете обнаружить низкие токи.
• Если после предыдущих шагов система все еще работает нестабильно, вам следует подумать о добавлении резистора последовательно с рабочим электродом.
• Уменьшите, если возможно, поверхность рабочего электрода. Поскольку емкость двойного слоя пропорциональна площади электрода, понижение поверхности приведет к уменьшению емкости, которая обычно отвечает за нестабильность.
• Уменьшите также, если возможно, полное сопротивление между счетчиком и электродом сравнения. Это включает в себя межфазное сопротивление противоэлектрода и сопротивление раствора между двумя электродами.