[发明专利]一种电解液中离子浓度测量装置

说明书

本发明涉及电化学领域，一种电解液中离子浓度测量装置，包括高压直流电源、充电电阻、充电线、火花开关、透镜、激光器、激光器电源、脉冲发生器、功率分配器、衰减器、传输线I、阻抗匹配电路、示波器、传输线II、样品槽和电势测量电路，采用特殊设计的电势测量电路来测量电解液中的离子浓度，通过激光触发的火花开关来生成稳定且可控的高电压方波脉冲以施加到电解液样品上，测量下限低，能够测量高电压下电解液中的较低离子浓度；采用激光垂直入射阴极表面的方法来触发火花开关以生成电压脉冲，能够对电解液施加稳定且可控的高电压方波脉冲；具有特殊激光触发的火花开关以生成电压脉冲，能够对电解液施加稳定且可控的高电压方波脉冲。

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其是一种能够测量高电压下电解液中的较低离子浓度的一种电解液中离子浓度测量装置。

背景技术

电解液广泛用于化工领域如电池、电容中，在生物领域中也大量涉及，对电解液的研究包括对其中的离子浓度以及电解液在高电压下的特性的研究，现有技术缺陷一：现有技术中通常采用酸度计来测量离子浓度，其测量下限只能到10^-4摩尔/升量级；现有技术缺陷二：在研究电解液在高电压条件下的特性时，需要对电解液施加具有一定持续时间及幅度的电压方波脉冲，且所述电压方波脉冲的持续时间及幅度需要可调，现有技术中通常采用火花开关来实现，通过调节火花开关的阳极和阴极之间的距离以及气压来调节电压脉冲的幅度，但是这种方法产生的电压脉冲的上升时间及幅度会产生一定的抖动，影响电压脉冲的稳定性，所述一种电解液中离子浓度测量装置能够解决问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用特殊设计的电势测量电路来测量电解液中的离子浓度，测量下限低，另外，采用激光垂直入射阴极表面的方法来触发火花开关以生成电压脉冲，能够对电解液施加稳定且可控的高电压方波脉冲。

本发明所采用的技术方案是：

所述一种电解液中离子浓度测量装置包括高压直流电源、充电电阻、充电线、火花开关、透镜、激光器、激光器电源、脉冲发生器、功率分配器、衰减器、传输线I、阻抗匹配电路、示波器、传输线II、样品槽和电势测量电路，高电压范围为5kV到15kV，所述功率分配器具有输入端、输出端I和输出端II；火花开关包括外壳、电极I、通气口、窗口I、电极II、窗口II、绝缘底盖和窗口III；所述高压直流电源、充电电阻、充电线和火花开关的电极II依次电缆连接，所述火花开关的电极I连接功率分配器的输入端，功率分配器的输出端I依次电缆连接传输线II和样品槽，传输线II的芯线与样品槽外壳绝缘，样品槽外壳接地，功率分配器的输出端II依次电缆连接衰减器、传输线I、阻抗匹配电路和示波器，所述激光器、激光器电源和脉冲发生器依次电缆连接，所述透镜位于火花开关和激光器之间，激光器发射的激光能够通过透镜射入火花开关；所述火花开关的外壳为圆柱桶形、且下面连接有绝缘底盖，外壳内部上方安装有电极I，电极I的顶端朝下且为半球形，电极II安装于绝缘底盖之上，电极II的顶端朝上且为半球形，电极II下端安装有窗口III，电极II具有沿轴线的通孔，激光器发射的激光能够依次通过窗口III和所述通孔，射到电极I的顶端，电极I的顶端与电极II的顶端之间的距离能够调节，外壳的侧面具有通气口、窗口I和窗口II，通过调整火花开关的位置，能够使得激光器发射的激光通过所述窗口II射到电极I的顶端，能够通过所述通气口对火花开关进行充气及放气操作以控制火花开关内部的气压，窗口I用于观察激光器发射的激光射到电极I的顶端的光斑大小；电势测量电路包括膜电极、参考电极、温度传感器、中心导体、屏蔽层、接地层、运算放大器、缓冲器、滤波器I、滤波器II、数字转换器I、数字转换器II、微控制器、直流电源I、直流电源II、USB转换器和连接器，所述膜电极、参考电极和温度传感器均位于样品槽内，运算放大器具有同向输入端、反向输入端和输出端，缓冲器具有输入端和输出端，中心导体外围依次具有屏蔽层和接地层，膜电极通过中心导体连接运算放大器的同向输入端，参考电极通过接地层连接运算放大器的反向输入端，运算放大器的输出端连接缓冲器的输入端，缓冲器的输出端连接屏蔽层，运算放大器的输出端依次连接滤波器I、数字转换器I和微控制器，温度传感器依次连接滤波器II、数字转换器II和微控制器，微控制器依次连接USB转换器和连接器，直流电源I和直流电源II分别连接于连接器；电极I和电极II均由比例为6∶4的钨铜合金制成，电极I的顶端半球形直径为3毫米，电极II的顶端半球形直径为4毫米，电极I的顶端与电极II的顶端之间距离的调节范围为1毫米至15毫米；激光器发射的每个激光脉冲的能量范围为200mJ到900mJ，每个激光脉冲的持续时间为2纳秒至8纳秒；火花开关内部的气压范围为50kPa到700kPa。