پتانسیواستات

پتانسیواستات (به انگلیسی: Potentiostat) دستگاهی است برای سنجش قطبش و تغییر پتانسیل یک ماده در خوردگی است.

در خوردگی این دستگاه برای رسم نمودار پتانسیل خوردگی-شدت جریان خوردگی بکار می‌رود.

اجزا

این دستگاه نخستین بار در دهه 1960 بکارگرفته شد. پتانسیواستات با 3 الکترود کار می‌کند:

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

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.

روش کار

با بکارگیری فراپتانسیل ${\displaystyle \eta }$ یکبار آندی و بار دیگر کاتدی به الکترود کاری، و اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل این الکترود با الکترود مرجع و همچنین اندازه‌گیری شدت جریان خالص آندی و بار دیگر کاتدی، رابطه بین پتانسیل و شدت جریان و نمودار خوردگی به دست می‌آید.

جستارهای وابسته

• خوردگی
• الکترود کاری
• الکترود مرجع
• الکترود خنثی

اصول عملکرد

از سال 1942، زمانی که Hickling اولین پتانسیواستات سه الکترودی را ساخت جهت بهبود توانائیهای پتانسواستات پیشرفت‌های اساسی صورت گرفته‌است..Hickling ایده مبتکرانه‌ای جهت کنترل اتوماتیک پتانسیل سل با استفاده از یک الکترود سوم:الکترود مرجع داشت.اصول او تا به امروز در عمل بدون تغییر باقی مانده‌است. در یک نگاه، یک پتانسیواستات اختلاف پتانسیل بین‌الکترود مرجع و الکترود کاری را اندازه‌گیری می‌کند. به‌طوری‌که جریانی را از الکترود کمکی عبور می دهد و اندازه جریان را به شکل افت ولتاژ iR در یک مقاومت سری (Rm) اندازه‌گیری می‌کند. آمپلی فایر کنترل‌کننده CA مسئول حفظ ولتاژ میان الکترود مرجع و الکترود کار تا حد امکان نزدیک به ولتاژ منبع ورودی Ei است. این آمپلی فایرخروجی خود را تنظیم می‌کند تابه‌طور اتوماتیک جریان سل را جهت برقراری شرایط تعادل کنترل کند. تئوری عملکرد آن با رجوع به معادلات مشخصی که برای مهندسین برق شناخته شده‌است بهتر توضیح داده می‌شود. قبل از مشاهده معادلات زیر، بایستی توجه شود که از دیدگاه 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 بین‌الکترود 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 می‌توان نوشت:

Eout=A(E+-E-)=A(Ei-Er) (1)

A فاکتور تقویت CA است.در این نقطه می‌توان فرض کرد که مقدار جریان ناچیزی از الکترودمرجع جریان می یابد.این فرض صحیح می‌باشد چون الکترود مرجع به یک جریان سنج امپدانس بالا متصل می‌شود.بنابراین جریان سل به دو روش امکان دارد توصیف شود: (2) IC=Eout/(Z1+Z2) و (3)IC=Er/Z2 ترکیب معادلات (2)و(3) معادله (4)را نتیجه می دهد: (4) Er=Z2/(Z1+Z2)Eout =βEout βکسری از ولتاژ خروجی آمپلی فایر تقویت‌کننده 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: (6) Er/Ei=Βa/(1+βA) زمانی که مقدار βA خیلی بیشتر از یک می‌شود، معادله (6)به معادله(7)تبدیل می‌شود، که یکی از معادلات بازخورد منفی است

Ei = Er

منابع

Mars G. Fontana, Corrosion Engineering, McGraw-Hill, 1987.