پتانسیواستات یک دستگاه کنترل و اندازه گیری است .این دستگاه شامل مدار الکتریکی است که پتانسیل داخل سل را با دریافت تغییرات در مقاومت آن که بر اثر جریان اعمالی به سیستم تغییر می کند کنترل می کند: برای حفظ ولتاژ ثابت مقاومت بالاتر منجربه جریان کمتر و مقاومت کمتر منجربه یک جریان بیشتر می شود.این یک کاربرد ساده از قانون اهم می باشد.

درنتیجه ،مقاومت متغیر سیستم و جریان کنترل شده به صورت معکوس باهم مرتبط هستند

Io جریان خروجی پتانسیو استات است.

Ec ولتاژی است که ثابت نگه داشته می شود.

Rv مقاوت الکتریکی است که متغیر است.

شماتیکی از دستگاه پتانسیواستات

پتانسیواستات با 3 الکترود کار می‌کند:

الکترود کاری که تکه‌ای از ماده مورد بررسی است و به وسیلهٔ سیمی ارتباط الکتریکی برقرار می کند.

الکترود مرجع که برای سنجش پتانسیل بکار می‌رود و معمولاً الکترود استاندارد کالومل یا الکترود نقره/کلرور نقره بکار می‌رود.

الکترود خنثی معمولاً از پلاتین است و تغییری در محیط مورد آزمایش نمی‌دهد.

از سال 1942 ،زمانی که Hickling اولین پتانسیواستات سه الکترودی را ساخت جهت بهبود توانائیهای پتانسواستات پیشرفتهای اساسی صورت گرفته است..Hickling ایده مبتکرانه ای جهت کنترل اتوماتیک پتانسیل سل با استفاده از یک الکترود سوم :الکترود مرجع داشت.اصول او تا به امروز در عمل بدون تغیر باقی مانده است.در یک نگاه،یک پتانسیواستات اختلاف پتانسیل بین الکترود مرجع و الکترود کاری را اندازه گیری می کند.به طوریکه جریانی را از الکترود کمکی عبور می دهد و اندازه جریان را به شکل افت ولتاژiR  در یک مقاومت سری (Rm ) اندازه گیری می کند.

آمپلی فایر کنترل کننده CA مسوول حفظ ولتاژ میان الکترود مرجع والکترود کار تاحدامکان نزدیک به ولتاژ منبع ورودی Ei است.ا ین آمپلی فایرخروجی خود را تنظیم می کند تابه طور اتوماتیک جریان سل را جهت برقراری شرایط تعادل کنترل کند.تئوری عملکرد آن با رجوع به معادلات مشخصی که برای مهندسین برق شناخته شده است بهتر توضیح داده می شود.

قبل از مشاهده معادلات زیر،بایستی توجه شود که از نقطه نظر الکتریکی ،سل الکتروشیمیایی و مقاومت سنجش جریان Rm ممکن است به صورت دو امپدانس درنظرگرفته شوند.Z1 شامل Rm به صورت سری با امپدانس فصل مشترکی الکترود کمکی و مقاومت محلول بین الکترود کمکی و مرجع است.Z2 امپدانس فصل مشترکی الکترود کاری به صورت سری با مقاومت محلول میان الکترودهای کاری و مرجع است.

نقش آمپلی فایر CA این است که اختلاف پتانسیل بین ورودی مثبت(ورودی غیروارونگر) و منفی(وارونگر) را تقویت کند.این مسئله را به زبان ریاضی به صورت معادله زیر می توان نوشت:

Eout=A(E+-E)=A(Ei-Er)  (1)

A فاکتور تقویت CA است.در این نقطه می توان فرض کرد که مقدار جریان ناچیزی از الکترودمرجع جریان می یابد.این فرض صحیح می باشد چون الکترود مرجع به یک جریان سنج امپدانس بالا متصل می شود.بنابراین جریان سل به دو روش امکان دارد توصیف شود:

IC=Eout/(Z1+Z2)               (2)

و

IC=Er/Z2              (3)

   

ترکیب معادلات (2)و(3) معادله (4)را نتیجه می دهد:

Er=Z2/(Z1+Z2)Eout =βEout            (4)

 

Β کسری از ولتاژ خروجی آمپلی فایر تقویت کننده است که به ورودی منفی ان برمیگردد،که فاکتوربازخورد نام دارد:

β=Z2/(Z1+Z2)

 

ترکیب معادلات(1)و(4)معادله(6)را نتیجه می دهد:

Er/Ei=Βa/(1+βA)             (6) 

زمانی که مقدار βAخیلی بیشتر از یک می شود،معادله (6)به معادله(7)تبدیل می شود،که یکی از معادلات بازخورد منفی است

Ei = Er. (7)

معادله(7) اثبات می کند که آمپلی فایر کنترل کننده جهت حفظ ولتاژ میان الکترود مرجع و کار نزدیک به ولتاژ منبع ورودی به کار می رود.

 

شماتیکی از یک دستگاه پتانسیواستات با سل الکتروشیمیایی که با دو امپدانس جایگزین شده است.

آشنایی با پتانسیواستات

ما این برندها را به شما پیشنهاد می‌کنیم