НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№3(72) Июль - Сентябрь 2018

Повышение точности оценок параметров исследуемых объектов импеданс-частотным методом

Выпуск № 3 (60) Июль - Сентябрь 2015
Авторы:

С.П. НОВИЦКИЙ,
А.Л. ПЕЧНИКОВ
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2015-3-48-57
Аннотация
Предложен ряд новых методик оценки параметров исследуемых объектов (ИО), в частности электродного процесса (ЭП) с замедленными стадиями разряда (затруднен переход электронов через потенциальный барьер электродной границы) и диффузии (замедлена доставка потенциалопределяющих продуктов электрохимической реакции к электродной границе), моделируемого схемой замещения Эршлера–Рэндлса, а также параметров абсорбции конденсатора, по их импеданс-частотным характеристикам. Оценка сопротивления электролита Re может быть получена усреднением значений действительной составляющей полного измеренного импеданса на высокой частоте. Оценка емкости двойного слоя Сd определяется как среднее значение отношения мнимой составляющей адмиттанса электродной границы к круговой частоте для верхнего диапазона частот. Оценки константы ВарбургаA и сопротивления переноса заряда Rp определяются по действительной и мнимой компонентам оценки импеданса Фарадея после компенсации сопротивления электролита и емкости двойного слоя в полном измеренном импедансе ИО. Промоделирован процесс измерения искомых параметров ИО при наличии в сигналах воздействия и отклика шумов с равномерным распределением амплитуды в диапазоне от 0 до 1 % полезного сигнала и фазы в диапазоне от 0 до 2π. Для получения более точных оценок параметров использовалось получение искомых параметров как средних значений оценок 10 раздельных экспериментов и получение оценок параметров из усредненного по 10 экспериментам полного импеданса ИО. Полученная оценка сопротивления электролита Re использовалась для модельного эксперимента компенсации сопротивления электролита Re и последующего получения оценок емкости двойного слоя Сd, константы ВарбургаA и сопротивления переноса заряда Rp. Аналогичное моделирование выполнялось при определении параметров абсорбции конденсатора без учета шумов в сигналах воздействия и отклика. Применение этих методик обеспечивает повышение точности определения искомых параметров ИО на порядок и более. Это позволяет повысить достоверность сведений о свойствах ИО.
Ключевые слова: исследуемый объект, электрохимический импеданс, амплитудно- и фазочастотная характеристики, оценки параметров, сопротивление электролита, емкость двойного электрического слоя, константа Варбурга, сопротивление переноса заряда, погрешность

Список литературы
1. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного тока. – М.: Наука, 1973. – 128 с.

2. Лейкис Д.И. Об интерпретации результатов измерения импеданса в электрохимических исследованиях // Электрохимия. – 1965. – Т. 1, № 4. –С. 472–476.

3. БаркерДж.К. Апериодические эквивалентные электрические цепи для фарадеевского импеданса // Основные вопросы современной теоретической электрохимии:труды 14 Совещания Международного комитета по электрохимической термодинамике и кинетике / под.ред. А.Н. Фрумкина. – М.: Мир, 1965. – С. 42–90.

4. А.с. 1779985 СССР. Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии разряда / С.П. Новицкий (СССР). – № 4883272/21; заявл. 14.11.90; опубл. 07.12.92, Бюл. № 45. – 4 с.

5. А.с. 1817011 СССР. Способ раздельного измерения параметров электродной границы при замедленной стадии диффузии / С.П. Новицкий (СССР). – № 4915594/21; заявл. 28.11.90; опубл. 23.05.93, Бюл. № 19.

6. SchonG., WeisbeckW., LorenzW.J.High-frequencyimpedancespectroscopyoffastelectrodereactions // JournalElectroanalytical Chemistry. – 1987. – Vol. 229, N 1/2. – P. 407–421.

7. Sluyters J.H.On the impedance of galvanic cells. 1. Theory // Recueil des TravauxChimiques des Pays-Bas.– l960. – Vol.79, iss. 9/10. – P. 1092–1100. – doi:10.1002/recl.19600791013.

8. Sluyters J.H., Oomen J.J.C. On the impedance of galvanic sells. 2. Experimental verifica-tion // Recueil des TravauxChimiques des Pays-Bas. – 1960. – Vol.79, iss. 9/10. – P. 1101–1110.

9. Stoynov Z., Savova-Stoynov B. Spectral impedance analysis of electrochemical system // InternationalSociety of Electrochemistry, 37th Meeting, Vilnius, USSR, 24–31August 1986: extended abstracts. – Vilnius, 1986. – Vol. 3. – P. 332–333.

10. Uksche E.A., Bukun N.G., Frumkin A.N. Investigation of the electric double layer in salts melts // ElectrochimicaActa. – Vol.9, N 1. – P. 31–44.

11. Warburg E.Über das verhalten sogenannter unpolarisirbarerelektroden gegen wechselstrom // Annalen der Physik und Chemie. – 1899. – Vol. 67. – P. 493–499.

12. Whitehouse D.R. Analysis and interpretation of the interfacial impedance in adsorption kinetics // Journal of Electroanalytical Chemistry. – 1971. – Vol. 32, N 2. – P. 265–270.

13. Pilla A.A. A Transient impedance technique for the study of electrode kinetics //Journal of The Electrochemical Society. – 1970. – Vol. 117, iss. 4. – P. 467–477.

14. Rybalka K.V., Etman M. Application of the operational impedance method to investigation of the electrochemical behaviour of lead in sulphuric acid // Journal of Electroanalytical Chemistry.– 1983. – Vol. 148, N 1. – P. 73–78.

15. ЭпштейнС.Л.Схемыдляопределениякоэффициентаабсорбцииконденсаторов // Электроннаятехника. Серия 8, Радиодетали. – 1967. – Вып. 1. – С.107–112.

16. Патент 2204839 Российская Федерация. Измеритель параметров электрохимических объектов / С.П.Новицкий, А.Г.Матасов, А.Л.Печников, А.В.Филатов; заявитель и патентообладатель Новосибирский государственный технический университет. – № 2001112435/09;заявл. 04.05.01; опубл. 20.05.03, Бюл. № 14.

17. Азаров Ю.К., Дубровин Э.Д. Устройство для получения электроскопической информации о биологических объектах // Радиоэлектронные приборы для биологических и медицинских исследований. – М.: Наука, 1966. – 96 с.

 
Просмотров: 686