Безопасность и условные ограничения: что это такое и как они используются

Биологические приборы (потенциостат/гальваностат и аккумуляторные циклеры) разработаны со встроенным интеллектом для повышения автономности, эффективности и точности работы прибора. Ограничения являются частью функций, полностью контролируемых прибором (а не компьютером). Это позволяет избежать того, что эксперимент может быть испорчен, например, из-за проблем со связью или сбоя компьютера. Таким образом, пользователи полностью уверены в том, что их эксперимент будет проходить в соответствии с каждым этапом экспериментальной процедуры (условные ограничения) или будет остановлен, если что-то пойдет не так (ограничения безопасности).

Еще одним преимуществом ограничения, управляемого встроенным оборудованием в электрохимическом устройстве, является то, что оно выполняется быстрее (задержка между обнаружением ограничения и действием меньше). Потенциостат или устройство для циклирования заряда батареи способны перейти к другой последовательности или остановить сам эксперимент без каких-либо задержек, как только будет достигнут предел. Например, в областях применения аккумуляторов это может предотвратить их перезаряд.

В чем разница между “пределами безопасности” и “условными ограничениями”

В программном обеспечении BioLogic доступны два вида ограничений: EC-Lab ® и BT-Lab ® . Это условные ограничения и пределы безопасности. Давайте рассмотрим, в чем их различия и для чего они предназначены.

Как было сказано ранее, оба они встроены в аппаратную часть электрохимического прибора. С технической точки зрения их принципы практически одинаковы. Их различия заключаются в том, какое влияние они оказывают на эксперимент, когда они достигаются.

• Пределы безопасности. Пределы безопасности предназначены для ограничения работы электрохимического прибора до значений, безопасных для тестируемого устройства. Они действуют в течение всего протокола. Срабатывание предела безопасности всегда оказывает одинаковое влияние на электрохимический эксперимент. Это размыкает цепь и приостанавливает эксперимент. Пользователь предупреждается о достижении предела безопасности с помощью сообщения об ошибке (см. рисунок 1 ниже).

Рисунок 1: Пример сообщения об ошибке, появляющегося после срабатывания предела безопасности.

После срабатывания ограничения по системе не может проходить ток. Системные значения каждый час записываются в файл данных, но текущие системные значения доступны пользователю в строке состояния программного обеспечения в режиме реального времени, как показано на рисунке 2. Синяя строка состояния указывает на то, что эксперимент приостановлен.

Рисунок 2: Строка состояния BT-Lab ® .

• Условные ограничения. Условные ограничения являются частью протокола эксперимента и предназначены для принятия решений во время проведения эксперимента. Как только эти ограничения будут установлены, пользователь может выполнить соответствующее действие, например, перейти к определенной последовательности действий (“Перейти к” или “далее”) или завершить экспериментальный этап. Таким образом, условные ограничения позволяют повысить эффективность электрохимических экспериментов.

В зависимости от используемой технологии, существует широкий диапазон ограничений для каждого конкретного применения.

Подводя итог, можно сказать, что ограничения безопасности применяются ко всему протоколу эксперимента и предназначены для защиты электрохимического элемента или батареи от повреждений; условные ограничения используются для построения протокола эксперимента и автоматизации последовательности действий.

Где их найти и использовать

Ограничения безопасности можно найти на вкладке безопасность и дополнительные настройки EC-Lab ® и BT-Lab ® , как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: Где найти ограничения безопасности в EC-Lab ® .

Пользователь может отсрочить срабатывание пределов безопасности, изменив параметр “Для t> XX мс”. Самая короткая задержка - это время работы прибора (200 мкс для EC-Lab ® и 2 мс для BT-Lab ® ).

Как указывалось ранее, при достижении предела безопасности эксперимент приостанавливается. Пауза позволяет пользователю проверить систему и решить, что делать дальше, пока ячейка находится в режиме разомкнутой цепи, что позволяет избежать любого риска повреждения ячейки. Если пользователь считает, что возобновление эксперимента безопасно, он может просто нажать на кнопку “возобновить”, и эксперимент продолжится с того места, где он был прерван. В противном случае пользователь может полностью прекратить эксперимент.

В большинстве методов, доступных в программном обеспечении BioLogic, условные ограничения являются частью параметров метода. Ограничения адаптируются к типу эксперимента, проводимого с помощью этих методов. Они могут быть заданы как абсолютные значения или как наклоны. Если для одного шага доступно несколько ограничений, они выполняются с помощью логического логического оператора “or”. Чтобы игнорировать ограничение, пользователь может установить его равным 0, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: Где найти условные ограничения для EC-Lab ® .

Ограничения по циклу CCCV и методам Bat по модулю

Циклические методы CCCV (CCCV) и Modulo Bat (MB) являются более гибкими и позволяют пользователю выбирать необходимые ограничения. В случае Modulo Bat можно даже выбрать, что делать дальше, как описано ранее в этой статье (см. рисунок 5).

Рисунок 5: Пример условных ограничений для эксперимента по модулю Bat.

Важно понимать, что опция “Стоп” применима только к данной технике. Если эксперимент состоит из нескольких техник (связанных между собой техник), эксперимент переходит к следующей технике, если срабатывает ограничение. Однако метод Modulo Bat будет остановлен, если, например, будет достигнут предел напряжения, указанный на рисунке 5, тогда прибор не будет выполнять другие последовательности (линии) метода MB.

Пределы расчета наклона

В большинстве случаев ключевым фактором является оптимизация продолжительности эксперимента. Но это не обязательно должно быть сделано в ущерб качеству измерений. Условные ограничения, основанные на расчетах наклона, являются типичными примерами того, как потенциостаты или цикловые преобразователи заряда батареи могут помочь пользователю повысить эффективность работы.

Расчет наклона основан на запатентованном адаптивном алгоритме, который зависит от технологии, используемой в приборе, т.е. он отличается для потенциостатов премиум-класса, основных потенциостатов и аккумуляторных циклеров, поскольку у каждого из них разный временной интервал. Алгоритм определяет частоту, с которой будет проверяться ограничение, и необходим для того, чтобы избежать ложных срабатываний, приводящих к срабатыванию ограничения. Другими словами, при быстром подъеме ограничение будет проверяться очень регулярно, поэтому срабатывание ограничения произойдет быстро, но при более медленном подъеме оно будет происходить медленнее.

Напряжение отключения аккумулятора

Предельные напряжения определяют диапазон напряжений, допустимый для аккумулятора без необратимого повреждения. Это может остановить процесс зарядки или разрядки при постоянном токе. Он используется, например, в гальваностатическом циклировании с ограничением потенциала (GCPL), циклировании CCCV (CCCV) и методах Bat по модулю.

Напряжение отключения обрабатывается в 10 точках. Задержка между первым обнаружением и срабатыванием в 10 раз превышает базовое время, т.е. 2 мс для потенциостата и 20 мс для батарейных циклеров. Благодаря встроенному оборудованию это не зависит от частоты дискретизации, эти 10 точек зависят только от времени работы прибора. Таким образом, пользователь может быть уверен, что предельное напряжение достигнуто из-за фактического состояния тестируемого устройства (аккумулятор, суперконденсатор и т.д.), а не из-за каких-либо шумов, наблюдаемых прибором.