具有数字接口的恒电势器/恒流器制造技术

技术编号:18465378 阅读:30 留言:0更新日期:2018-07-18 15:41
一种恒电势器/恒流器使用用于将数字控制信号提供至数模转换器(DAC)的控制器,其响应于数字控制信号来生成模拟输出信号。高电流驱动器响应于来自DAC的模拟输出信号产生高电流输出。高电流监测器监测来自高电流驱动器的输出来对于高电流驱动器产生反馈信号以控制由高电流驱动器产生的电流,且取决于从高电流驱动器供应的电流产生输出来由控制器监测。用于对电极的对电极触头与高电流监测器的输出连接。用于工作电极的工作电极触头与固定稳定电压电位电连接,以启用对电极与工作电极之间的材料的电化学分析。

A constant potential / constant current device with a digital interface

A constant potential / constant current controller is used to provide a digital control signal to a digital to analog converter (DAC) controller, which responds to a digital control signal to generate an analog output signal. The high current driver generates a high current output in response to the analog output signal from DAC. The high current monitor monitors the transmission from a high current drive to produce a feedback signal for a high current driver to control the current generated by a high current drive, and depends on the current generated from the high current drive generated by the control of the controller. It is used for connecting the opposite electrode contact of the counter electrode with the output of the high current monitor. The working electrode contacts for the working electrodes are electrically connected with the fixed steady voltage potential to enable electrochemical analysis of the materials between the electrode and the working electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有数字接口的恒电势器/恒流器
本专利技术大体上涉及用于电化学分析的电化学仪器,且更具体地涉及恒电势器/恒流器。
技术介绍
恒电势器和恒流器常用于电化学分析、电合成、感测、生产和相关领域。高准确性、低成本和多功能(例如,循环和线性扫描伏安法、各种脉冲伏安方法、AC伏安法、电化学、阻抗测量、计时库仑法,等等)对于研究、教学、生产、感测和其它应用是恒电势器/恒流器的期望的性质。因此,对于电化学仪器,将期望的是具有向恒电势器和恒流器功能两者提供宽电流范围和实用数字界面来允许高速性能的能力。
技术实现思路
根据本专利技术,提供了一种用于进行材料的电化学分析的电化学仪器。电化学仪器可为恒电势器/恒流器的形式,以用于进行定位在仪器的对电极与工作电极之间的材料的电化学分析。电化学仪器可包括控制器,诸如微控制器,以用于控制仪器的电路的操作。控制器可作用为按照计算机程序和来自用户的各种输入操作,以提供各种或选择的参数或操作模式。控制器产生期望的数字控制信号。数模转换器(DAC)可提供成与控制器电连通,以响应于来自控制器的数字控制信号生成模拟输出信号。高电流驱动器可提供成与DAC电连通,以响应于来自DAC的模拟输出信号产生高电流范围的输出。例如,高电流驱动器可产生大约毫安mA的几分之一或mA到大约数安培As的范围中的高电流范围输出。作为特定可选的实例,高电流驱动器可产生大约0.25mA到大约2.5A的范围中的电流。高电流监测器可提供成与高电流驱动器电连通,以监测来自高电流驱动器的高电流范围输出。高电流监测器可响应于由高电流监测器监测的电流对于高电流驱动器产生反馈信号,以控制由高电流驱动器产生的电流。高电流监测器还可取决于从高电流驱动器供应的电流来供应输出以由控制器监测。高电流监测器还可在工作输出处供应工作输出信号,以用于执行选择的材料的分析。出于此目的,对电极触头可提供成用于与对电极电连通且可与高电流监测器的工作输出电连通地连接。工作电极触头可提供成用于与工作电极电连通,且可与固定稳定电压电位(例如,接地或虚拟接地)电连接,以用于启用对电极与工作电极处或之间的材料的电化学分析。例如,来自高电流监测器的选择的工作输出信号可在分析或测试的材料处或穿过其从对电极施加,且然后至工作电极。低电流驱动器也可以可选地提供成与DAC电连通,以响应于来自DAC的模拟输出信号产生低电流范围输出。例如,低电流范围输出可在大约毫微安培nAs且甚至可小到微微安培pAs到大约mA或mA的几分之一的范围中。作为特定可选的实例,低电流驱动器可产生大约2.5nA到0.25mA的范围中的电流。低电流驱动器可与对电极电连通,以便低电流范围输出可由低电流驱动器供应至对电极。低电流监测器可与工作电极触头电连通地连接,以用于检测工作电极触头处的电流。在低电流操作模式中,来自低电流驱动器的低电流范围输出可在分析或测试的材料处或穿过其供应至对电极,且然后供应至工作电极。与工作电极电连通的低电流监测器可取决于在工作电极触头处检测到的电流来供应输出以由控制器监测。低电流监测器还可对于低电流驱动器提供反馈信号,以便控制低电流驱动器的输出,以控制对电极触头与工作电极触头之间的电流。低电流监测器可以可选地包括监测器放大器,其具有可与工作电极电连通地连接的放大器输入且具有放大器输出。低电流监测器还可包括连接在监测器放大器的输出与监测器放大器的输入之间的反馈电阻器的阵列。低电流监测器还可包括监测器复用器,例如,模拟复用器,其与控制器电连通,以用于对于监测器放大器的输出与输入之间的电连通选择阵列中的至少一个反馈电阻器以控制监测器放大器的输出。高电流监测器可以可选地包括用于监测第一高电流范围中的电流的第一高电流范围监测电路,以及用于监测第二高电流范围中的电流的第二高电流监测电路。作为可选的实例,第一高电流监测电路可在大约数mAs到大约A的范围中操作,而第二高电流监测电路可在大约mA的几分之一到大约数mAs的范围中操作。作为更具体的可选实例,高电流监测电路可在大约25mA到2.5A的范围中操作,且第二高电流监测电路可在大约0.25mA到25mA的范围中操作。当然,两个范围不必在公共的端点精确重叠,且此公共端点可改变到不同量级。仪器还可包括用于与基准电极电连通的基准电极触头以用于相对于与材料连通的工作电极和对电极定位,以及与基准电极触头电连通来用于检测基准电极触头处的电压的缓冲器。缓冲器可取决于基准电极触头处检测到的电压来供应输出,其从基准电极触头缓冲来由控制器监测。缓冲器还可选择性地对于高电流驱动器提供反馈信号以在高电流下的电压模式或高功率操作模式中操作时控制由高电流驱动器产生的输出,以便控制基准电极触头处的电压。在低电流下的电压模式或低功率操作模式中操作时,缓冲器还可将来自缓冲器的反馈信号提供至低电流驱动器,以控制由低电流驱动器产生的输出来控制基准电极触头处的电压。为了适应具有高电流驱动器和低电流驱动器两者的可选布置,仪器还可包括用于使高电流驱动器与对电极触头的电连通可切换地连接和断开的高电流开关,以及用于使低电流驱动器与对电极触头的电连通可切换地连接和断开的低电流开关。控制器可作用为启用或停用来自高电流或低电流驱动器中的一者或两者的输出,以分别提供高电流开关和低电流开关中的一种来与对电极触头连接和断开。控制器可操作成控制高电流开关和低电流开关,以便在高电流开关将高电流驱动器与对电极触头电连接成电连通时,控制器引起低电流开关使低电流驱动器与对电极触头的电连通断开。类似地,当低电流开关使低电流驱动器与对电极触头切换成电连通时,高电流开关使高电流驱动器与对电极触头的电连通电性地断开。对于其中高电流监测器包括第一高电流监测电路和第二高电流监测电路两者的操作布置,高电流开关可包括用于使第一高电流范围监测电路与对电极触头的电连通电连接和断开的第一高电流监测器开关,以及用于使第二高电流监测电路与对电极触头的电连通电连接和断开的第二高电流监测开关。在操作中,控制器可与第一和第二高电流监测开关电连通,使得在控制器的控制下,在高电流监测开关中的一个接通时,另一个高电流监测开关断开,且在高电流监测开关中的至少一个接通时,低电流开关断开。仪器还可包括接地开关,其在控制器的控制下以用于使工作电极触头与固定稳定电压电位(诸如接地或虚拟接地)的电连通电连接和断开。当高电流驱动器由高电流开关切换成与对电极触头电连通时,诸如在高功率或高电流操作模式中操作时,控制器可控制接地开关来使工作电极触头接地。仪器还可包括低电流监测开关,其在控制器的控制下以用于使工作电极触头与低电流监测器的电连通可切换地连接和断开。在低功率或低电流操作模式中,低电流监测器开关将工作电极触头与低电流监测器电连接成电连通,且低电流开关操作成使低电流驱动器与对电极触头电连通地连接。在高电流或高功率操作模式中,低电流监测器开关还可作用为使工作电极触头与低电流监测器的电连通断开,且低电流开关可作用为使低电流驱动器与对电极触头的电连通断开。接下来,该仪器还可包括反馈复用器,例如,模拟复用器,其与控制器电连通,且与高电流监测器电连通以用于接收来自高电流监测器的反馈信号,与缓冲器电连通以用于接收来自缓冲器的反馈信号,且与低电流监测器电连通以用于接收来自低电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学仪器,包括:a.用于提供数字控制信号的控制器;b.与所述控制器电连通以用于响应于来自所述控制器的数字控制信号生成模拟输出信号的数模转换器;c.与所述数模转换器电连通来响应于来自所述数模转换器的模拟输出信号产生高电流范围输出的高电流驱动器;d.与所述高电流驱动器电连通的高电流监测器,所述高电流监测器响应于由所述高电流监测器监测的电流对于所述高电流驱动器产生电流反馈信号以控制由所述高电流驱动器产生的电流,且用于取决于从所述高电流驱动器产生的电流供应输出以用于由所述控制器监测;e.与对电极电连通且可与所述高电流监测器的输出电连通地连接的对电极触头;以及f.用于与工作电极电连通的工作电极触头,其可与固定稳定电压电位电连通地连接以用于启用所述对电极与所述工作电极之间的材料的电化学分析。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.03 US 14/844,3671.一种电化学仪器,包括:a.用于提供数字控制信号的控制器;b.与所述控制器电连通以用于响应于来自所述控制器的数字控制信号生成模拟输出信号的数模转换器;c.与所述数模转换器电连通来响应于来自所述数模转换器的模拟输出信号产生高电流范围输出的高电流驱动器;d.与所述高电流驱动器电连通的高电流监测器,所述高电流监测器响应于由所述高电流监测器监测的电流对于所述高电流驱动器产生电流反馈信号以控制由所述高电流驱动器产生的电流,且用于取决于从所述高电流驱动器产生的电流供应输出以用于由所述控制器监测;e.与对电极电连通且可与所述高电流监测器的输出电连通地连接的对电极触头;以及f.用于与工作电极电连通的工作电极触头,其可与固定稳定电压电位电连通地连接以用于启用所述对电极与所述工作电极之间的材料的电化学分析。2.根据权利要求1所述的仪器,其特征在于,所述高电流监测器包括用于监测第一电流范围中的电流的第一高电流范围监测电路,以及用于监测第二电流范围中的电流的第二高电流监测电路。3.根据权利要求1所述的仪器,其特征在于,所述高电流监测器包括用于监测第一电流范围中的电流的第一高电流范围监测电路,以及用于监测第二电流范围中的电流的第二高电流监测电路,以及用于使所述第一高电流范围监测电路与所述对电极触头的电连通电连接和断开的第一高电流监测器开关,以及用于使所述第二高电流监测电流与所述对电极触头的电连通电连接和断开的第二高电流监测开关。4.根据权利要求1所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括:用于与基准电极电连通的基准电极触头以用于相对于与所述材料连通的工作电极和对电极定位,以及缓冲器,其用于与所述基准电极触头电连通以用于检测所述基准电极触头处的电压且用于取决于所述基准电极触头处的电压供应输出,所述输出从所述基准电极触头缓冲以用于由所述控制器监测,且用于对于所述高电流驱动器提供反馈信号以控制由所述高电流驱动器产生的输出来控制所述基准电极触头处的电压。5.根据权利要求4所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括反馈模拟复用器,其与所述控制器电连通且与所述高电流监测器电连通以用于接收来自所述高电流监测器的反馈信号,且与所述缓冲器电连通以用于接收来自所述缓冲器的反馈信号以用于在所述控制器的控制下可切换地选择反馈信号中的哪个由所述反馈模拟复用器对于所述高电流驱动器输出。6.根据权利要求5所述的仪器,其特征在于,所述控制器控制所述反馈模拟复用器,以在高电流模式中操作时对于所述高电流驱动器供应来自所述高电流监测器的反馈信号,且在电压模式中操作时将来自所述缓冲器的反馈信号供应至所述高电流驱动器。7.根据权利要求5所述的仪器,其特征在于,所述高电流监测器包括用于监测第一电流范围中的电流的第一高电流范围监测电路,以及用于监测第二电流范围中的电流的第二高电流范围监测电路,其中所述第一高电流范围监测电路对于所述反馈模拟复用器提供第一高电流反馈信号,且所述第二高电流范围监测电路对于所述反馈模拟复用器提供第二高电流反馈信号,且其中在所述控制器的控制下的所述反馈模拟复用器在所述第一高电流范围中操作时对于所述高电流驱动器选择性地供应来自所述第一高电流范围监测电路的所述第一高电流反馈信号,且在第二高电流范围中操作时对于所述高电流驱动器选择性地供应来自所述第二高电流范围监测电路的所述第二高电流反馈信号。8.根据权利要求7所述的仪器,其特征在于,所述第一高电流范围监测电路包括串联连接在所述高电流驱动器与所述对电极触头之间的第一感测电阻器,以及第一差分放大器,其跨过所述第一感测电阻器连接以检测由流过所述第一感测电阻器的电流生成的电压来产生所述第一高电流反馈信号,且其中所述第二高电流范围监测电路包括串联连接在所述高电流驱动器与所述对电极触头之间的第二感测电阻器,以及第二差分放大器,其跨过所述第二感测电阻器连接以检测由流过所述第二感测电阻器的电流生成的电压来产生所述第二高电流反馈信号。9.根据权利要求8所述的仪器,其特征在于,所述第一差分放大器和所述第二差分放大器包括仪器放大器。10.根据权利要求4所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括与所述控制器电连通且与所述缓冲器和所述高电流监测器电连通的模数转换器,以将所述缓冲器和所述高电流监测器的输出信号转换成数字信号以用于供应至所述控制器。11.根据权利要求1所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括用于使所述高电流驱动器与所述对电极触头的电连通可切换地连接和断开的高电流开关,使得所述控制器控制所述高电流开关来可切换地连接和断开所述高电流驱动器与所述对电极触头的电连通。12.一种电化学仪器,包括:a.用于提供数字控制信号的控制器;b.与所述控制器电连通以用于响应于来自所述控制器的数字控制信号生成模拟输出信号的数模转换器;c.与所述数模转换器电连通来响应于来自所述数模转换器的模拟输出信号产生低电流范围输出的低电流驱动器;d.用于与对电极电连通的对电极触头,所述对电极可与所述低电流驱动器的输出电连通地连接;e.工作电极触头,其用于与工作电极电连通以用于启用所述对电极与所述工作电极之间的材料的电化学分析;f.低电流监测器,其可与所述工作电极触头电连通地连接,以用于检测所述工作电极触头处的电流,以及用于取决于所述工作电极触头处检测到的电流供应输出来由所述控制器监测,以及用于对于所述低电流驱动器提供反馈信号以便控制所述低电流驱动器的输出来控制所述对电极触头与所述工作电极触头之间的电流,所述低电流监测器包括i.监测器放大器,其具有可与所述工作电极触头电连通地连接的输入且具有输出,ii.连接在所述监测器放大器的输出与所述监测器放大器上的输入之间的反馈电阻器的阵列,以及iii.监测器模拟复用器,其与所述控制器电连通以用于对于所述监测器放大器的输出与输入之间的电连接选择所述阵列中的反馈电阻器中的至少一个以控制所述监测器放大器的输出。13.根据权利要求12所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括:用于与基准电极电连通的基准电极触头以用于相对于与所述材料连通的工作电极和对电极电连通定位,以及缓冲器,其用于与所述基准电极触头电连通以用于检测所述基准电极触头处的电压且用于取决于所述基准电极触头处的电压供应输出,所述输出从所述基准电极触头缓冲以用于由所述控制器监测,且用于对于所述低电流驱动器提供反馈信号以控制由所述低电流驱动器产生的输出来控制所述基准电极触头处的电压。14.根据权利要求13所述的仪器,其特征在于,所述仪器包括反馈模拟复用器,其与所述控制器电连通,且与所述缓冲器电连通以用于接收来自所述缓冲器的反馈信号,且与所述低电流监测器电连通以用于接收来自所述低电流监测器的反馈信号,以及用于在所述控制器的控制下可切换地选择反馈信号中的哪个由所述反馈模拟复用器对于所述低电流驱动器输出。15.根据权利要求14所述的仪器,其特征在于,所述控制器控制所述反馈模拟复用器,以在低电流模式中操作时将来自所述低电流监测器的反馈信号供应至所述低电流驱动器,且在电压模式中操作时将来自所述缓冲器的反馈信号供应至所述低电流驱动器。16.根据权利要求15所述的仪器,其特征在于,所述监测器放大器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员:普拉桑那·钱德拉塞卡尔柴艳杰
申请(专利权)人:阿什温乌沙司公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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