可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路制造技术

本发明专利技术提出了一种可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，包括：恒电位器、IV转换电路、电解池，其中，恒电位器的正向输入端与函数发生器相连，恒电位器的反向输入的和输出端与电解池连接，以由恒电位器和电解池构成负反馈放大的闭环回路，输出极化电流；IV转换电路的负向输入端接电解池，IV转换电路的正向输入端接地，IV转换电路的输出端与后续的接收信号采集回路相连，用于将电解池在电化学反应过程中输出的极化电流转换成电压信号，以供后续的接收信号采集回路进行数据采集和处理。本发明专利技术在高速的控制电压下，具有较高的稳定性和转换精度；电流测量分辨率高，重复性好。

A reverse additive constant potentiometer and IV conversion measurement circuit for electrochemical measurement

The invention provides an additive can be used to reverse the electrochemical measurement of potentiostat and IV conversion measurement circuit comprises a constant potentiometer, IV conversion circuit, electrolytic cell, the potentiostat positive input end is connected with the function generator, constant potentiometer reverse input and output end is connected with the electrolytic cell, by constant potentiometer and electrolytic cell constitute a closed loop negative feedback amplifier, the output polarization current; the negative input end is connected with the electrolytic cell IV conversion circuit, IV conversion circuit positive input terminal, IV conversion circuit and the output end is connected to the receiving signal acquisition circuit for the current electrolytic cell polarization during electrochemical reaction the output is converted into voltage signal, signal acquisition circuit for receiving subsequent data acquisition and processing. The invention has high stability and conversion precision under the high speed control voltage, and the current measurement resolution is high and the repeatability is good.

【技术实现步骤摘要】
可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路
本专利技术涉及恒电位器
，特别涉及一种高精度的可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路。
技术介绍
现有的恒电位器电路存在着稳定性差、转换精度和分辨率低，重复性差，抗干扰能力弱等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，包括：恒电位器、IV转换电路、电解池，其中，所述恒电位器的正向输入端与函数发生器相连，所述恒电位器的反向输入的和输出端与所述电解池连接，以由所述恒电位器和所述电解池构成负反馈放大的闭环回路，输出极化电流；所述IV转换电路的负向输入端接所述电解池，所述IV转换电路的正向输入端接地，所述IV转换电路的输出端与后续的接收信号采集回路相连，用于将所述电解池在电化学反应过程中输出的极化电流转换成电压信号，以供后续的所述接收信号采集回路进行数据采集和处理。进一步，所述恒电位器和所述IV转换电路均采用集成运算放大器。进一步，所述恒电位器包括第一运算放大器，与所述第一运算放大器的负向输入端分别相连的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一运算放大器的正向输入端接地，构成反向加法电路，该反向加法电路包括三个支路，所述三个支路的电流在第一运算放大器的反向输入端加和，流入的各电流之和为零。进一步，所述三个支路包括：第一支路：所述第一运算放大器的输入端接收控制电压EOUT，经第一变阻器和所述第一电阻作用于所述第一运算放大器的反向输入端；第二支路：第二运算放大器的输出端与所述第三电阻相连，构成电压跟随器作为反馈回路连接到参比电极，所述参比电极电位的反馈信号经第二运算放大器和所述第三电阻作用于所述第一运算放大器的反向输入端；第三支路：在电路中外接+5V基准源通过第二变阻器和所述第二电阻接入到所述第一运算放大器的反向输入端，以对系统进行调零。进一步，还包括：第一至第三模拟开关，所述第一模拟开关与所述第一运算放大器的输出端和所述电解池的一个电极相连，所述第二模拟开关与所述第二运算放大器的正向输入端和所述电解池的另一个电极相连，所述第三模拟开关与所述IV转换电路和所述电解池的再一个电极相连，用于通过开关来控制恒电位器的三个电极连接端与电解池的导通与否。进一步，所述IV转换电路采用反馈式电流测量方法，包括第三运算放大器和第四运算放大器，其中，所述第三运算放大器与反馈电阻构成电流跟随器，输出电压同极化电流成比例，将要测量的极化电流信号转化成电压信号，经过所述第四运算放大器，得到与控制电压EOUT同相变化的电压参数。进一步，还包括：多路模拟开关，所述多路模拟开关与所述反馈电阻相连，用于选择切换不同阻值的反馈电阻。进一步，对所述反向加法式恒电位器及IV转换测量电路中的电源地、数字地和模拟地进行隔离和分开布线，包括，将模拟电源、模拟元件和模拟地与数字电源、数字元件和数字地进行磁珠隔离。本专利技术实施例还提供一种电化学测量装置，包括：函数发生器、上述实施例提供的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路、接收信号采集回路和微控制器，其中，所述函数发生器的输入端与所述微控制器相连，所述函数发生器的输出端与所述高精度的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路的输入端相连，用于产生所需控制电压；所述高精度的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路的输出端与所述接收信号采集回路相连，用于根据所述控制电压执行信号的控制和测量，将电化学反应过程中输出的极化电流转换成电压信号；所述接收信号采集回路的输出端与所述微控制器相连，用于接收测量后的信号。进一步，所述函数发生器采用DA数模转换器，所述接收信号采集回路采用AD模数转换器。根据本专利技术实施例的可用于电化学测量的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，具有以下有益效果：(1)在高速的控制电压下，具有较高的稳定性和转换精度；(2)电流测量分辨率高，重复性好；(3)提供良好的抗干扰设计，从而保证了电路的工作稳定性。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路的示意图；图2为根据本专利技术实施例的恒电位器及其IV转换的电路原理图；图3为根据本专利技术实施例的灵敏度选择电路的原理图；图4为根据本专利技术实施例的抗干扰设计原理图；图5为根据本专利技术实施例的电化学测量装置的系统框图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。如图1所示，本专利技术实施例的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，包括：恒电位器100、IV转换电路200、电解池300。在本专利技术的一个实施例中，恒电位器100和IV转换电路200均采用集成运算放大器。函数发生器采用DA数模转换器，接收信号采集回路采用AD模数转换器。在一般电化学反应过程中，极化电流最大范围为mA级，电流测量分辨率小于1nA。常用的运算放大器都具有mA级的电流输出能力。为防止控制电压的波形失真，对恒电位器100和IV转换电路200在运放的选择上，需要着重考虑的指标为输入失调电压、输入偏置电流和开环增益。因此，本专利技术的恒电位器100、IV转换电路200中采用的集成芯片AD8627和AD8608，其输入失调电压在uV级，输入偏置电流为pA级，开环增益超过100Db，符合电路中的使用要求。优选的，恒电位器100选用型号为AD8627的集成运算放大器芯片；IV转换电路200选用型号为AD8608的集成运算放大器芯片。具体地，恒电位器100的正向输入端与函数发生器相连，恒电位器100的反向输入的和输出端与电解池300连接，以由恒电位器100和电解池300构成负反馈放大的闭环回路，使得参比电压随控制电压的调节而变化，并与工作电极的恒定基准电压进行比较，得到范围在±2V变化的扫描电压，最终实现极化电流输出。图2为根据本专利技术实施例的恒电位器100及其IV转换的电路原理图。其中，WE、RE、CE分别代表工作电极、参比电极和辅助电极，极化电流i为阴极还原电流，并规定阴极电流为正。如图2所示，恒电位器100包括第一运算放大器A2，与第一运算放大器A2的负向输入端分别相连的第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一运算放大器A2的正向输入端接地，构成反向加法电路，该反向加法电路包括三个支路，三个支路的电流在第一运算放大器A2的反向输入端加和，流入的各电流之和为零。具体地，三个支路包括：第一支路：第一运算放大器A2的输入端接收控制电压EOUT，经第一变阻器RW1和第一电阻R1作用于第一运算放大A2的反向输入端；第二支路：第二运算放大器A2的输出端与第三电阻R3相连，构成电压跟随器作为反馈回路连接到参比电极。由于运算放大器具有高输入阻抗，因此参比电极上不会有大的电流流过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，包括：恒电位器、IV转换电路、电解池，其中，所述恒电位器的正向输入端与函数发生器相连，所述恒电位器的反向输入的和输出端与所述电解池连接，以由所述恒电位器和所述电解池构成负反馈放大的闭环回路，输出极化电流；所述IV转换电路的负向输入端接所述电解池，所述IV转换电路的正向输入端接地，所述IV转换电路的输出端与后续的接收信号采集回路相连，用于将所述电解池在电化学反应过程中输出的极化电流转换成电压信号，以供后续的所述接收信号采集回路进行数据采集和处理。

【技术特征摘要】
1.一种反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，包括：恒电位器、IV转换电路、电解池，其中，所述恒电位器的正向输入端与函数发生器相连，所述恒电位器的反向输入的和输出端与所述电解池连接，以由所述恒电位器和所述电解池构成负反馈放大的闭环回路，输出极化电流；所述IV转换电路的负向输入端接所述电解池，所述IV转换电路的正向输入端接地，所述IV转换电路的输出端与后续的接收信号采集回路相连，用于将所述电解池在电化学反应过程中输出的极化电流转换成电压信号，以供后续的所述接收信号采集回路进行数据采集和处理。2.如权利要求1所述的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，所述恒电位器和所述IV转换电路均采用集成运算放大器。3.如权利要求1所述的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，所述恒电位器包括第一运算放大器，与所述第一运算放大器的负向输入端分别相连的第一电阻、第二电阻和第三电阻，所述第一运算放大器的正向输入端接地，构成反向加法电路，该反向加法电路包括三个支路，所述三个支路的电流在第一运算放大器的反向输入端加和，流入的各电流之和为零。4.如权利要求3所述的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，所述三个支路包括：第一支路：所述第一运算放大器的输入端接收控制电压EOUT，经第一变阻器和所述第一电阻作用于所述第一运算放大器的反向输入端；第二支路：第二运算放大器的输出端与所述第三电阻相连，构成电压跟随器作为反馈回路连接到参比电极，所述参比电极电位的反馈信号经第二运算放大器和所述第三电阻作用于所述第一运算放大器的反向输入端；第三支路：在电路中外接+5V基准源通过第二变阻器和所述第二电阻接入到所述第一运算放大器的反向输入端，以对系统进行调零。5.如权利要求4所述的反向加法式恒电位器及IV转换测量电路，其特征在于，还包括：第一至第三模拟开关，所述第一模拟开关与所述第一运算放大器的输出端和...

【专利技术属性】
技术研发人员：付艳玲，张庆，王宏伟，李海玉，王婉，陶自强，白桦，
申请(专利权)人：中国检验检疫科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11