介紹

電極線是電化學(xué)工作站*的一部分，并且可能會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的完整測(cè)量功能產(chǎn)生重大影響。電極線連接電化學(xué)工作站和測(cè)試體系。Gamry電極線是經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)和制造的，可大程度減小和消除噪聲對(duì)測(cè)試的影響。這些電極線具有可復(fù)制的屏蔽層，以減少測(cè)試體系附近其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的外部電噪聲。此外，Gamry電極線也通過(guò)絞合以減少和消除互感的影響。

 很多時(shí)候，我們看到客戶在電極線的末端使用延長(zhǎng)線，卻不了解這樣的操作可能產(chǎn)生的不良影響。本篇應(yīng)用報(bào)告將說(shuō)明為什么添加延長(zhǎng)線會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中的大量噪聲和失真。

什么時(shí)候缺少屏蔽會(huì)成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題？

有關(guān)整體系統(tǒng)限制的更多信息，請(qǐng)參考“低阻抗EIS極限：Gamry Reference 30k Booster的應(yīng)用”和“精確度等高圖”。本篇應(yīng)用報(bào)告僅涉及電極線本身。

 電極線連接電化學(xué)工作站和測(cè)試體系，電流流經(jīng)電極線時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)會(huì)被電壓線檢測(cè)到。這種效應(yīng)稱為互感，是一種頻率的函數(shù)。互感誤差在低頻時(shí)通常不明顯，而在高頻下*占主導(dǎo)電位。互感的阻抗誤差在等效電路模型中表示為與真實(shí)電池串聯(lián)的電感。移動(dòng)電極線會(huì)引起這種互感的變化。

 外部變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，例如由電動(dòng)機(jī)設(shè)備，電腦內(nèi)部冷卻風(fēng)扇甚至電源線產(chǎn)生的磁場(chǎng)，都可能嚴(yán)重影響本地電線，包括電化學(xué)工作站和測(cè)試體系之間的連接線。電極線充當(dāng)天線，在測(cè)試電路中引入變化的電壓和電流。

 在進(jìn)行交流測(cè)試（如EIS測(cè)試）時(shí)，互感現(xiàn)象會(huì)變成一個(gè)很大的問(wèn)題。直流測(cè)試受到外部變化的磁場(chǎng)和電場(chǎng)（例如其他科學(xué)儀器和電腦中的電動(dòng)機(jī)）影響要小得多。

解決方法

實(shí)際上我們?cè)趯?dǎo)體周圍使用微型法拉第籠以消除外部噪聲。也就是說(shuō)，編織屏蔽層環(huán)繞每一根電纜線。電纜線也要絞合在一起，以盡可能減小互感影響。我們還將電極線和電化學(xué)工作站一起校準(zhǔn)，并允許您根據(jù)需要重做此校準(zhǔn)。

…但是隨后您自己添加了延長(zhǎng)線…

添加帶有鱷魚夾的延長(zhǎng)線會(huì)使電化學(xué)工作站和測(cè)試體系之間連接更加方便。但是，這些線就像是天線，能夠拾取電動(dòng)機(jī)引起的噪聲，也會(huì)為互感提供路徑。下面我們展示一個(gè)實(shí)際的例子。

我們使用Gamry Interface™ 1010電化學(xué)工作站以及標(biāo)配的60cm標(biāo)準(zhǔn)電極線和一根1m的延長(zhǎng)線。在5F電容器上進(jìn)行控制電流模式的EIS測(cè)試（見圖1），結(jié)果如圖2所示。

 圖1 電化學(xué)工作站及其標(biāo)準(zhǔn)60cm電極線加上1m延長(zhǎng)線，連接在電容器上

圖2 5F電容器使用標(biāo)準(zhǔn)電極線（藍(lán)）和添加了延長(zhǎng)線（紅）的EIS數(shù)據(jù)對(duì)比

可以看到添加了延長(zhǎng)線的EIS（紅）與標(biāo)準(zhǔn)電極線的EIS（藍(lán)）之間有明顯的差異。由磁場(chǎng)引起的干擾會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)結(jié)果和分析。如上文所述，延長(zhǎng)線會(huì)加強(qiáng)互感的影響，同時(shí)會(huì)降低測(cè)量的有效帶寬。注意，高頻至1kHz，相角有很大的偏移。

接下來(lái)，我們?cè)黾恿司哂醒h(huán)和加熱功能的Julabo® F25溫度控制浴槽，來(lái)對(duì)測(cè)試體系（帶有和不帶未屏蔽延長(zhǎng)線）提供環(huán)境電噪聲來(lái)源。圖3說(shuō)明了兩種情況之間明顯的差異。在這里，不僅互感增加，減小了有效帶寬，而且整個(gè)阻抗連低頻也有差異。

圖3 附近有電噪聲干擾下的，帶有（藍(lán)）和不帶（紅）未屏蔽延長(zhǎng)線的EIS對(duì)比

我們看到的是哪種噪聲？

我們將電化學(xué)工作站連接在2 k?校準(zhǔn)電解池上，用Gamry ESA410軟件捕獲實(shí)時(shí)電流和電壓信號(hào)并進(jìn)行傅里葉功率譜分析（PSD）。圖4比較了帶和不帶電動(dòng)機(jī)設(shè)備和屏蔽和未屏蔽電線的結(jié)果。

圖4 不同實(shí)驗(yàn)條件下的傅里葉功率譜分析：藍(lán)色，標(biāo)準(zhǔn)屏蔽電極線線，沒有電動(dòng)機(jī)；紅線，標(biāo)準(zhǔn)屏蔽電極線，有電動(dòng)機(jī)；淺藍(lán)，添加未屏蔽的延長(zhǎng)線，沒有電動(dòng)機(jī)；綠色，添加未屏蔽的延長(zhǎng)線，有電動(dòng)機(jī)由上是阻抗功率譜圖

觀察到明顯的差異是，在恒溫水浴運(yùn)行時(shí)，非屏蔽延長(zhǎng)線中存在60Hz（電源線）干擾，以及二次諧波（120Hz）和三次諧波（180Hz）噪聲。不僅如此，即使沒有附近的電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，使用非屏蔽延長(zhǎng)線時(shí)，總體的噪聲水平也偏高。

總結(jié)

本篇應(yīng)用報(bào)告介紹了對(duì)于許多電化學(xué)測(cè)試應(yīng)用，必須使用屏蔽的電極線。我們不建議您使用延長(zhǎng)線加在標(biāo)準(zhǔn)電極線上。如果想使用更長(zhǎng)的屏蔽電極線，請(qǐng)與我們聯(lián)系。