介紹

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

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

什么時候缺少屏蔽會成為一個嚴(yán)重的問題？

有關(guān)整體系統(tǒng)限制的更多信息，請參考“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)用報告僅涉及電極線本身。

 電極線連接電化學(xué)工作站和測試體系，電流流經(jīng)電極線時會產(chǎn)生磁場，這一磁場會被電壓線檢測到。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電池串聯(lián)的電感。移動電極線會引起這種互感的變化。

 外部變化的磁場和電場，例如由電動機(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，都可能嚴(yán)重影響本地電線，包括電化學(xué)工作站和測試體系之間的連接線。電極線充當(dāng)天線，在測試電路中引入變化的電壓和電流。

 在進(jìn)行交流測試（如EIS測試）時，互感現(xiàn)象會變成一個很大的問題。直流測試受到外部變化的磁場和電場（例如其他科學(xué)儀器和電腦中的電動機(jī)）影響要小得多。

解決方法

實際上我們在導(dǎo)體周圍使用微型法拉第籠以消除外部噪聲。也就是說，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線…

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

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的延長線。在5F電容器上進(jìn)行控制電流模式的EIS測試（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)）和添加了延長線（紅）的EIS數(shù)據(jù)對比

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

接下來，我們增加了具有循環(huán)和加熱功能的Julabo® F25溫度控制浴槽，來對測試體系（帶有和不帶未屏蔽延長線）提供環(huán)境電噪聲來源。圖3說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）未屏蔽延長線的EIS對比

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軟件捕獲實時電流和電壓信號并進(jìn)行傅里葉功率譜分析（PSD）。圖4比較了帶和不帶電動機(jī)設(shè)備和屏蔽和未屏蔽電線的結(jié)果。

圖4 不同實驗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，沒有電動機(jī)；紅線，標(biāo)準(zhǔn)屏蔽電極線，有電動機(jī)；淺藍(lán)，添加未屏蔽的延長線，沒有電動機(jī)；綠色，添加未屏蔽的延長線，有電動機(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，非屏蔽延長線中存在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機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)，使用非屏蔽延長線時，總體的噪聲水平也偏高。

總結(jié)

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