ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ УСТРОЙСТВА ЛОКАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРЕСС-АНАЛИЗА

Полезная модель относится к устройствам обеспечения методик локального электрохимического экспресс-анализа и может найти применение в ювелирном деле, цветной металлургии, функциональной гальванотехнике.
Известно конструктивное решение электрохимического датчика (патент RU №2166752), состоящего из камеры в виде стакана, на дне которого в одной плоскости лежат четыре электрода - измерительный рабочий электрод, электрод сравнения, вспомогательный электрод и электрод пробоподготовки. Техническим результатом изобретения является повышение точности и чувствительности анализа за счет снижения предела обнаружения и расширение спектра анализируемых веществ, а также снижение стоимости и размеров датчика.
К недостаткам этого решения относятся: необходимость изготовления специального электрода из анализируемого сплава; кроме того, смена электролита в рабочей камере, необходимая для повторных измерений, осуществляется при разборке датчика, что ограничивает его экспрессность и оперативность обслуживания.
Известна конструкция электрохимического датчика, выбранная в качестве прототипа (патент RU №2239825), включающая корпус из электроизоляционного материала с токоотводом, обеспечивающим электрический контакт датчика и вольтамперометрического анализатора, рабочий и вспомогательный электроды, выполненные так, что их торцы расположены в одной плоскости с торцом корпуса, электрод сравнения. Все электроды могут быть выполнены из различных токопроводящих материалов, например углеситалла, стеклоуглерода, золота, серебра и др. Корпус выполнен имеющим полость (рабочую камеру), заполненную
электролитом, электрод сравнения закреплен внутри этой полости, в корпусе предусмотрен капилляр, соединяющий полость с торцом датчика и образующий при заполнении его электролитом электролитический ключ. Технический результат изобретения: повышение точности и воспроизводимости результатов измерения.
Недостатками этой конструкции являются: необходимость изготовления специального электрода из анализируемого материала, длительное время подготовки датчика при необходимости смены электролита.
В заявляемой полезной модели предусматривается возможность проведения измерений непосредственно на поверхности изделия, без его разрушения и изготовления из его материала рабочего электрода специальной формы и конструкции, а также предусмотрена управляемая смена электролита в рабочей камере без разбора датчика. Техническим результатом полезной модели является упрощение пробоподготовки и сокращение времени подготовки датчика к повторным измерениям.
Указанный технический результат обеспечивается заявляемой конструкцией датчика. Датчик включает корпус с соплом, крышку корпуса. Корпус соединен с крышкой уплотняемым резьбовым соединением. Кроме того, датчик содержит устройство дозированной подачи электролита с механизмом вращательно-толкательного типа, выполненным в виде направляющего цилиндра, соединенного с крышкой корпуса резьбовым соединением, шприца, вставленного в отверстие крышки корпуса и фиксированного выступом на внутренней поверхности цилиндра, изготовленных заодно поршня и штока, вставленных в шприц, колпачка с резьбой, соединенного с направляющим цилиндром резьбовым соединением. В теле крышки корпуса клеевым соединением закреплены вспомогательный электрод с токоотводом и электрод сравнения с токоотводом. Между торцом внутренней поверхности корпуса с соплом и торцом внутренней поверхности
крышки корпуса имеется зазор, за счет которого образуется рабочая камера (полость).
На фигуре представлен электрохимический датчик в составе устройства локального электрохимического экспресс-анализа, где датчик 1 включает корпус 2 с соплом 3, крышку 4 корпуса 2. Корпус 2 соединен с крышкой 4 уплотняемым резьбовым соединением. Кроме того, датчик 1 содержит устройство дозированной подачи электролита с механизмом вращательно-толкательного типа, выполненным в виде направляющего цилиндра 5, соединенного с крышкой 4 корпуса 2 резьбовым соединением, шприца 6, вставленного в отверстие крышки 4 корпуса 2 и фиксированного выступом на внутренней поверхности цилиндра 5, изготовленных заодно поршня 7 и штока 8, вставленных в шприц 6, колпачка 9 с резьбой, соединенного с направляющим цилиндром 5 резьбовым соединением. В теле крышки 4 корпуса 2 клеевым соединением закреплены вспомогательный электрод 10 с токоотводом 11 и электрод сравнения 12 с токоотводом 13. Между торцом внутренней поверхности корпуса 2 с соплом 3 и торцом внутренней поверхности крышки 4 корпуса 2 имеется зазор, за счет которого образуется рабочая камера (полость) 14. Токоотвод 11 вспомогательного электрода 10, токоотвод 13 электрода сравнения 12 и токоотвод 15 анализируемого изделия 16 соединяются с разъемом 17 измерительного блока 18 устройства локального электрохимического экспресс-анализа. Измерительный блок 18 устройства локального электрохимического экспресс-анализа содержит программируемый микроконтроллер (ПМ) 19, к которому подключены блок цифро-аналогового преобразования (БЦАП) 20, блок звуковой сигнализации (БЗС) 21, блок индикации (БИ) 22, блок памяти данных (БПД) 23, блок последовательного интерфейса с ЭВМ верхнего уровня (БПИ) 24 и блок аналого-цифрового преобразования (БАЦП) 25, вход которого подключен к выходу аналогового коммутатора (АК) 26, входы аналогового коммутатора (АК) 26 подключены к выходу сумматора (СМ) 27 и соединяются в разъеме 17 с токоотводом вспомогательного электрода 11,
выход стабилизатора тока (СТ) 28 соединен в разъеме 17 с токоотводом 15 анализируемого изделия 16 и входом сумматора (СМ) 27, вход стабилизатора тока (СТ) 28 подключен в разъеме 17 к токоотводу вспомогательного электрода 11, вход сумматора (СМ) 27 подключен в разъеме 17 к токоотводу электрода сравнения 13, выход блока питания БП (29) подключен к блоку аналого-цифрового преобразования (БАЦП) 25, к блоку цифро-аналогового преобразования (БЦАП) 20, к блоку индикации (БИ) 22, к блоку памяти данных (БПД) 23, к блоку последовательного интерфейса с ЭВМ верхнего уровня (БПИ) 24, к сумматору (СМ) 27, к программируемому микроконтроллеру (ПМ) 19, к стабилизатору тока (СТ) 28 и к аналоговому коммутатору (АК) 26.
Рассмотрим пример работы электрохимического датчика в составе устройства локального электрохимического экспресс-анализа (данное устройство локального электрохимического экспресс-анализа защищено патентом RU №2279067).
Шприц 6, заполненный раствором электролита, вставляется в отверстие крышки 4 корпуса 2 датчика 1 и фиксируется ввинчиванием направляющего цилиндра 5 при верхнем крайнем положении колпачка 9 с резьбой, определяемом по шкале вертикального перемещения (на рис.не показана). Датчик 1 переводится в вертикальное положение соплом 3 вверх. После чего, вращением колпачка 9 с помощью резьбы перемещают шток 8 и поршень 7 вертикально вверх по объему шприца 6. При этом рабочая камера 14, образованная торцом внутренней поверхности корпуса 2 с соплом 3 и торцом внутренней поверхности крышки 4 корпуса 2, заполняется раствором электролита. Датчик 1 подключается к разъему 17 измерительного блока устройства локального электрохимического экспресс-анализа и устанавливается на поверхность анализируемого изделия 16. С момента касания начинается процесс измерения. Момент касания индицируется звуковым сигналом, формируемым БЗС 21. Импульсы тока, подаваемые между токоотводами 11 и 15 вспомогательного электрода 10 и
анализируемого изделия 15, формируются в блоке измерения 18 стабилизатором тока (СТ) 28, на вход которого подаются импульсы напряжения с блока цифро-аналогового преобразователя (БЦАП) 20. Амплитуды и длительности импульсов, а также длительности пауз реализуются программируемым микроконтроллером (ПМ) 19. В момент окончания паузы между двумя последовательными импульсами (БАЦП) 25 с помощью сумматора (СМ) 27 и аналогового коммутатора (АК) 26 фиксирует напряжение между токоотводами 15 анализируемого изделия 16 и токоотводом 13 электрода сравнения 12. Массив полученных значений потенциалов сохраняется в блоке памяти данных (БПД) 23. После окончания измерения программное обеспечение микроконтроллера (ПМ) 19 осуществляет обработку данных, передачу полученных значений в блок индикации (БИ) 22 или через блок последовательного интерфейса 24. Окончание измерения индицируется блоком звуковой сигнализации (БЗС) 21. Блок питания (БП) 29 обеспечивает функционирование всех блоков устройства стабилизированным напряжением. После окончания измерения датчик 1 отрывают от поверхности анализируемого изделия 16 и вращением колпачка 9 удаляют из рабочей камеры 14 от 0,2 до 0,5 мл раствора электролита по шкале вертикального перемещения, который заменяется свежей порцией из шприца 6. Далее можно проводить повторные измерения.
Таким образом, предложенная конструкция датчика позволяет проводить измерения непосредственно на поверхности изделия, без его разрушения, а также проводить управляемую смену электролита в рабочей камере без разбора датчика, что позволяет сократить время пробоподготовки и увеличить воспроизводимость повторных измерений.