JPS623376B2 - - Google Patents
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- JPS623376B2 JPS623376B2 JP55027470A JP2747080A JPS623376B2 JP S623376 B2 JPS623376 B2 JP S623376B2 JP 55027470 A JP55027470 A JP 55027470A JP 2747080 A JP2747080 A JP 2747080A JP S623376 B2 JPS623376 B2 JP S623376B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
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- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔本発明の技術分野〕
本発明は定電位及び定電流理論におけるエレク
トロケミカル・セルを駆動する装置に関する。更
に具体的には、エレクトロケミカル・セルを駆動
するための電圧−電流変換器を含む装置に関す
る。
トロケミカル・セルを駆動する装置に関する。更
に具体的には、エレクトロケミカル・セルを駆動
するための電圧−電流変換器を含む装置に関す
る。
エレクトロケミカル・セルは電気化学及び生物
学的適用業務において広く使用される。典型的に
は、第１図に示される様にエレクトロケミカル・
セル１０はワーキング電極１２、電流を伝えない
照合電極１４、対抗電極１６を有する。セルにお
ける電極反応の電気パラメータを制御し且つ測定
する事は、電位電流電荷制御手段によつてなされ
る。最も通常の２つの動作モードは電位制御（即
ち、定電位）モード及び電流制御（即ち、定電
流）モードである。英国で発行された文献「サイ
エンテイフイツク・インストルメント」（R.
Greef、Journal of Physics Ｅ、Scientific
Instruments、Vol.11、1978、pages １−12）
は、これについて言及している。
学的適用業務において広く使用される。典型的に
は、第１図に示される様にエレクトロケミカル・
セル１０はワーキング電極１２、電流を伝えない
照合電極１４、対抗電極１６を有する。セルにお
ける電極反応の電気パラメータを制御し且つ測定
する事は、電位電流電荷制御手段によつてなされ
る。最も通常の２つの動作モードは電位制御（即
ち、定電位）モード及び電流制御（即ち、定電
流）モードである。英国で発行された文献「サイ
エンテイフイツク・インストルメント」（R.
Greef、Journal of Physics Ｅ、Scientific
Instruments、Vol.11、1978、pages １−12）
は、これについて言及している。
エレクトロケミカル・セルを駆動される現代の
定電位制御システムは通常第１図で示される様な
フイードバツク制御構成の演算増幅器１８を使用
する。この演算増幅器は電圧増幅器であり、その
出力電圧V0は２つの入力電圧Ｖio，Ｖrの差にリ
ニヤに比例している。演算増幅器の電圧ゲインＫ
は非常に高いので、V0は照合電極１４中に導入
されたＶrが実際にはＶioに等しくなる様な大きさ
である。具体的に言えば、セルへ印加された電圧
V0は、対応するＶrがＶioに等しくなるような大
きさのセル電流を流させる。換言すれば、電圧源
（ここでは演算増幅器）は、Ｖrに関連したセル電
流を誘導し、従つて米国特許第3855101号に説明
されるような電流源として動作する。
定電位制御システムは通常第１図で示される様な
フイードバツク制御構成の演算増幅器１８を使用
する。この演算増幅器は電圧増幅器であり、その
出力電圧V0は２つの入力電圧Ｖio，Ｖrの差にリ
ニヤに比例している。演算増幅器の電圧ゲインＫ
は非常に高いので、V0は照合電極１４中に導入
されたＶrが実際にはＶioに等しくなる様な大きさ
である。具体的に言えば、セルへ印加された電圧
V0は、対応するＶrがＶioに等しくなるような大
きさのセル電流を流させる。換言すれば、電圧源
（ここでは演算増幅器）は、Ｖrに関連したセル電
流を誘導し、従つて米国特許第3855101号に説明
されるような電流源として動作する。
［本発明の目的］
この種の定電位制御システムは、エレクトロケ
ミカル・セルのインピーダンス及び電流の監視回
路並びに演算増幅器のロールオフ特性のために、
安定性が悪い。これらのシステムの安定性を改善
するために、それらは制御された帯域幅で動作さ
れる。したがつて従来のシステムは安定性を犠牲
にしない限り高周波には使えない。本発明が解決
しようとするのは、上記のようなシステムの安定
性及び帯域幅の問題である。従来のシステムはさ
らに次のような問題をも有している。すなわち、
電流を測定するための追加的高電流装置を必要と
するのでそれによつてコスト高になり熱的に不安
定にもなるという問題と、システムを定電位制御
モードから定電流制御モードへ変更するのが困難
であるという問題である。したがつて本発明の目
的は、システムの安定性を維持しつつ広い動作帯
域幅を与えるようにすることである。
ミカル・セルのインピーダンス及び電流の監視回
路並びに演算増幅器のロールオフ特性のために、
安定性が悪い。これらのシステムの安定性を改善
するために、それらは制御された帯域幅で動作さ
れる。したがつて従来のシステムは安定性を犠牲
にしない限り高周波には使えない。本発明が解決
しようとするのは、上記のようなシステムの安定
性及び帯域幅の問題である。従来のシステムはさ
らに次のような問題をも有している。すなわち、
電流を測定するための追加的高電流装置を必要と
するのでそれによつてコスト高になり熱的に不安
定にもなるという問題と、システムを定電位制御
モードから定電流制御モードへ変更するのが困難
であるという問題である。したがつて本発明の目
的は、システムの安定性を維持しつつ広い動作帯
域幅を与えるようにすることである。
この目的を達成するため、本発明のエレクトロ
ケミカル・セル駆動装置は、入力電圧差にリニヤ
に比例した出力電圧を供給する従来の演算増幅器
に代えて、入力電圧差にリニヤに比例した出力電
流を供給する電圧−電流変換器を用いることを特
徴としている。
ケミカル・セル駆動装置は、入力電圧差にリニヤ
に比例した出力電圧を供給する従来の演算増幅器
に代えて、入力電圧差にリニヤに比例した出力電
流を供給する電圧−電流変換器を用いることを特
徴としている。
この特徴によれば本発明の目的が達成されるだ
けでなく、定電位制御モードから定電流制御モー
ドへのシステムの変更がほとんど付加回路を必要
とせず容易にできるようにもなる。
けでなく、定電位制御モードから定電流制御モー
ドへのシステムの変更がほとんど付加回路を必要
とせず容易にできるようにもなる。
第２図に示される如く、定電位モードで動作す
る装置は電圧−電流変換器２０を含む。この変換
器において、出力電流Ｉwは非反転入力１７へ印
加される電圧Ｖioと反転入力１９へ印加される電
圧Ｖrとの差にリニヤに比例する。変換器２０
は、前に第１図で説明したようなエレクトロケミ
カル・セルへ接続されている。変換器２０は、出
力電流Ｉwと入力電圧差Ｖio−Ｖrとの比率として
定義される前方伝達アドミタンスＹによつて特徴
づけられる。第１図に示される先行技術の装置
は、Ｖio−Ｖrに比例する出力電圧V0を有する
が、本発明に従う装置は、入力電圧差に比例する
出力電流Ｉwを有する。電圧−電流変換器２０の
出力インピーダンスは、セルのインピーダンスよ
りはるかに大きい。電圧−電流変換器２０を使用
することは、先行技術のエレクトロケミカル装置
の多くの制約を克服する。
る装置は電圧−電流変換器２０を含む。この変換
器において、出力電流Ｉwは非反転入力１７へ印
加される電圧Ｖioと反転入力１９へ印加される電
圧Ｖrとの差にリニヤに比例する。変換器２０
は、前に第１図で説明したようなエレクトロケミ
カル・セルへ接続されている。変換器２０は、出
力電流Ｉwと入力電圧差Ｖio−Ｖrとの比率として
定義される前方伝達アドミタンスＹによつて特徴
づけられる。第１図に示される先行技術の装置
は、Ｖio−Ｖrに比例する出力電圧V0を有する
が、本発明に従う装置は、入力電圧差に比例する
出力電流Ｉwを有する。電圧−電流変換器２０の
出力インピーダンスは、セルのインピーダンスよ
りはるかに大きい。電圧−電流変換器２０を使用
することは、先行技術のエレクトロケミカル装置
の多くの制約を克服する。
第３図に示されるように、定電流モードで動作
する装置は第１図で説明したエレクトロケミカ
ル・セル及び電圧−電流変換器２０を含む。この
変換器において、出力電流Ｉwは、非反転入力１
７へ印加された電圧Ｖioへリニヤに比例してい
る。変換器２０は、出力電流Ｉwと入力電圧Ｖio
との比率として定義される前方伝達アドミタンス
Ｙで特徴づけられる。この装置において、照合電
極１４の電位は、端子２２を介して高インピーダ
ンス電圧計へ接続され得る。
する装置は第１図で説明したエレクトロケミカ
ル・セル及び電圧−電流変換器２０を含む。この
変換器において、出力電流Ｉwは、非反転入力１
７へ印加された電圧Ｖioへリニヤに比例してい
る。変換器２０は、出力電流Ｉwと入力電圧Ｖio
との比率として定義される前方伝達アドミタンス
Ｙで特徴づけられる。この装置において、照合電
極１４の電位は、端子２２を介して高インピーダ
ンス電圧計へ接続され得る。
第２図に示される定電位モードで装置を動作さ
せる場合と、第３図に示される定電流モードで動
作させる場合との違いは、変換器２０の反転入力
１９が照合電極に接続されるか、大地に接続され
るかの違いである。定電流モードにおいて、照合
電極は高インピーダンス電圧計へ接続される。
せる場合と、第３図に示される定電流モードで動
作させる場合との違いは、変換器２０の反転入力
１９が照合電極に接続されるか、大地に接続され
るかの違いである。定電流モードにおいて、照合
電極は高インピーダンス電圧計へ接続される。
第４図に示される実施例において、装置は定電
位モード又は定電流モードのいずれでも動作させ
ることができる。外部入力電圧２４は差動増幅器
１８の非反転入力２６へ接続される。入力電圧２
４は０ボルトから±５ボルト程度であり、当技術
分野で周知の形式を有する。例えば、電圧はDC
電圧、ランプ電圧、パルス電圧、正弦電圧等であ
つてよい。差動増幅器１８の反転入力２８はモー
ド・スイツチ３０へ接続される。モード・スイツ
チ３０は手動スイツチ、リレー、又は電子スイツ
チであつてよい。定電流モードにおいて、モー
ド・スイツチ３０は端子３１と３３とを接続して
反転入力２８をアースし、よつて反転入力２８の
電圧Ｖ-はゼロにされる。
位モード又は定電流モードのいずれでも動作させ
ることができる。外部入力電圧２４は差動増幅器
１８の非反転入力２６へ接続される。入力電圧２
４は０ボルトから±５ボルト程度であり、当技術
分野で周知の形式を有する。例えば、電圧はDC
電圧、ランプ電圧、パルス電圧、正弦電圧等であ
つてよい。差動増幅器１８の反転入力２８はモー
ド・スイツチ３０へ接続される。モード・スイツ
チ３０は手動スイツチ、リレー、又は電子スイツ
チであつてよい。定電流モードにおいて、モー
ド・スイツチ３０は端子３１と３３とを接続して
反転入力２８をアースし、よつて反転入力２８の
電圧Ｖ-はゼロにされる。
まず、定電流モードにおける装置の動作を説明
する。差動増幅器１８の電圧出力V0は、入力電
圧ＶioとＶ-との差に比例する。定電流モードに
おいて、入力電圧Ｖ-は０であるから、出力電圧
V0はKVioに等しい。ここでＫは差動増幅器１８
の電圧ゲインである。出力電圧V0は電圧−電流
変換器２０の入力３２へ接続される。変換器２０
は前方伝達アドミタンスＹによつて特徴づけられ
る。変換器２０から電流Ｉwはエレクトロケミカ
ル・セル１０へ流れ、Ｉw＝V0Yによつて定義さ
れる。対抗電極１６からワーキング電極１２へセ
ル１０を流れる電流は、照合電極１４中に電圧Ｖ
rを誘導する。照合電極１４は単一ゲインの緩衝
増幅器３６の非反転入力３４へ接続される。緩衝
増幅器３６の出力３８における出力電圧は大きさ
Ｖrを有し、照合電極の電位を監視するために端
子４０へ接続される。
する。差動増幅器１８の電圧出力V0は、入力電
圧ＶioとＶ-との差に比例する。定電流モードに
おいて、入力電圧Ｖ-は０であるから、出力電圧
V0はKVioに等しい。ここでＫは差動増幅器１８
の電圧ゲインである。出力電圧V0は電圧−電流
変換器２０の入力３２へ接続される。変換器２０
は前方伝達アドミタンスＹによつて特徴づけられ
る。変換器２０から電流Ｉwはエレクトロケミカ
ル・セル１０へ流れ、Ｉw＝V0Yによつて定義さ
れる。対抗電極１６からワーキング電極１２へセ
ル１０を流れる電流は、照合電極１４中に電圧Ｖ
rを誘導する。照合電極１４は単一ゲインの緩衝
増幅器３６の非反転入力３４へ接続される。緩衝
増幅器３６の出力３８における出力電圧は大きさ
Ｖrを有し、照合電極の電位を監視するために端
子４０へ接続される。
定電位モードにおける装置の動作を次に説明す
る。緩衝増幅器の出力３８からの電圧Ｖrは、依
然として照合電極１４の電圧に等しい。然し定電
位モードにおいては、モード・スイツチ３０は、
端子３１と３５を接続し端子３１と中３３とを切
離す事によつて緩衝増幅器３６の出力３８を作動
増幅器１８の反転入力２８へ接続する。差動増幅
器１８の非反転入力２６へ与えられる電圧２４は
依然としてＶioである。かくて、差動増幅器１８
の出力は、V0＝Ｋ（Ｖio−Ｖr）である。この電
圧V0は変換器２０を駆動するエラー信号として
働くと共にセル電流を監視する電圧としても働
く。電圧−電流変換器２０の入力３２へ接続され
た電圧V0は、セル電流に正比例する。セルが電
圧源によつて駆動されセル電流が電流ホロワによ
つて監視される先行技術のポテンシオスタツト
は、電圧源及び電流ホロワの双方から高電流能力
を必要とする。本発明の装置においては、１つの
高電流源（即ち、変換器２０）が必要とされるの
みである。電圧−電流変換器２０は多様な形態を
とることができる。負荷（セル）がアースされな
い回路、負荷が仮の大地へ照合される回路、負荷
がアースされる回路が存在する。これら変換器の
回路は詳細部の変更を必要とするが、当技術分野
に通じる者にとつては容易に実施することができ
よう。
る。緩衝増幅器の出力３８からの電圧Ｖrは、依
然として照合電極１４の電圧に等しい。然し定電
位モードにおいては、モード・スイツチ３０は、
端子３１と３５を接続し端子３１と中３３とを切
離す事によつて緩衝増幅器３６の出力３８を作動
増幅器１８の反転入力２８へ接続する。差動増幅
器１８の非反転入力２６へ与えられる電圧２４は
依然としてＶioである。かくて、差動増幅器１８
の出力は、V0＝Ｋ（Ｖio−Ｖr）である。この電
圧V0は変換器２０を駆動するエラー信号として
働くと共にセル電流を監視する電圧としても働
く。電圧−電流変換器２０の入力３２へ接続され
た電圧V0は、セル電流に正比例する。セルが電
圧源によつて駆動されセル電流が電流ホロワによ
つて監視される先行技術のポテンシオスタツト
は、電圧源及び電流ホロワの双方から高電流能力
を必要とする。本発明の装置においては、１つの
高電流源（即ち、変換器２０）が必要とされるの
みである。電圧−電流変換器２０は多様な形態を
とることができる。負荷（セル）がアースされな
い回路、負荷が仮の大地へ照合される回路、負荷
がアースされる回路が存在する。これら変換器の
回路は詳細部の変更を必要とするが、当技術分野
に通じる者にとつては容易に実施することができ
よう。
本発明に従つて電圧−電流変換器を使用してセ
ルを駆動することの利点は、それが高周波を必要
とする分析に安定な装置を与えること、定電位モ
ード及び定電圧モードの間で切換え可能であるこ
と、他の高電流装置を必要とすることなしにセル
電流を監視することができること等である。本発
明に従う装置は、パルス及びステツプ・ポーラロ
グラフイー、雑音測定、高周波AC研究等のよう
に広帯域幅を必要とする応用例で特に有益であろ
う。
ルを駆動することの利点は、それが高周波を必要
とする分析に安定な装置を与えること、定電位モ
ード及び定電圧モードの間で切換え可能であるこ
と、他の高電流装置を必要とすることなしにセル
電流を監視することができること等である。本発
明に従う装置は、パルス及びステツプ・ポーラロ
グラフイー、雑音測定、高周波AC研究等のよう
に広帯域幅を必要とする応用例で特に有益であろ
う。
第１図はエレクトロケミカル・セルを駆動する
先行技術の装置を示す図、第２図は定電位モード
で動作する装置を示す略図、第３図は定電流モー
ドで動作する装置を示す略図、第４図は本発明に
従う装置の実施例を示す略図である。 １０……エレクトロケミカル・セル、１２……
ワーキング電極、１４……照合電極、１６……対
抗電極、１８……差動増幅器、２０……電圧−電
流変換器、３０……モード・スイツチ、３６……
緩衝増幅器。
先行技術の装置を示す図、第２図は定電位モード
で動作する装置を示す略図、第３図は定電流モー
ドで動作する装置を示す略図、第４図は本発明に
従う装置の実施例を示す略図である。 １０……エレクトロケミカル・セル、１２……
ワーキング電極、１４……照合電極、１６……対
抗電極、１８……差動増幅器、２０……電圧−電
流変換器、３０……モード・スイツチ、３６……
緩衝増幅器。
Claims (1)
- １ 対抗電極、照合電極及びワーキング電極を有
するエレクトロケミカル・セルを駆動する装置で
あつて、反転入力、非反転入力、及び出力を有す
る電圧−電流変換器を具備し、上記出力は上記対
抗電極へ接続され、上記変換器は上記非反転入力
及び反転入力における電圧差にリニヤに比例する
電流出力を有することを特徴とするエレクトロケ
ミカル・セルを駆動する装置。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/049,525 US4498039A (en) | 1979-06-18 | 1979-06-18 | Instrument for use with an electrochemical cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS564044A JPS564044A (en) | 1981-01-16 |
| JPS623376B2 true JPS623376B2 (ja) | 1987-01-24 |
Family
ID=21960286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2747080A Granted JPS564044A (en) | 1979-06-18 | 1980-03-06 | Device for jointly using electromechanical cell |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4498039A (ja) |
| EP (1) | EP0020898B1 (ja) |
| JP (1) | JPS564044A (ja) |
| CA (1) | CA1146222A (ja) |
| DE (1) | DE3064562D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01141184U (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 |
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| HU194407B (en) * | 1985-05-31 | 1988-01-28 | Slovenskej Vysokej Skoly Tech | Device for detecting end point of titration |
| JPS6324704A (ja) * | 1986-07-17 | 1988-02-02 | Fujitsu Ltd | 帯域通過型濾波器 |
| US4851104A (en) * | 1987-02-27 | 1989-07-25 | General Signal Corporation | Instrument for potentiometric electrochemical measurements |
| US4822456A (en) * | 1987-06-05 | 1989-04-18 | Bryan Avron I | Ion measuring apparatus and monitoring system |
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