[发明专利]一种测量高电压下电解液中离子浓度的方法

摘要

本发明涉及电化学领域，一种测量高电压下电解液中离子浓度的方法，待测电解液样品加入样品槽，选择相应的膜电极，并将膜电极、参考电极和温度传感器均置于电解液样品中；开启高压直流电源，电极I和电极II之间产生电压差；调节火花开关内部的气压；调节激光器及透镜位置，使激光器发射的激光脉冲通过透镜、窗口III及电极II的通孔，垂直射到电极I顶端；监控火花开关的电极I和电极II之间的电压波形；调节激光器发射的激光脉冲的功率及持续时间，使得电极I和电极II之间的气体被击穿，火花开关导通；传输线II的芯线与样品槽外壳之间产生电压差，并施加到电解液样品上；膜电极和参考电极的电压信号经过放大及处理后输出；分析得到待测离子的浓度值。

主权项

1.一种测量高电压下电解液中离子浓度的方法，高电压下电解液中离子浓度测量装置包括高压直流电源(1)、充电电阻(2)、充电线(3)、火花开关(4)、透镜(5)、激光器(6)、激光器电源(7)、脉冲发生器(8)、功率分配器(9)、衰减器(10)、传输线I(11)、阻抗匹配电路(12)、示波器(13)、传输线II(14)、样品槽(15)和电势测量电路(16)，高电压范围为5kV到15kV，所述功率分配器(9)具有输入端、输出端I和输出端II；火花开关(4)包括外壳(4‑1)、电极I(4‑2)、通气口(4‑3)、窗口I(4‑4)、电极II(4‑5)、窗口II(4‑6)、绝缘底盖(4‑7)和窗口III(4‑8)；所述高压直流电源(1)、充电电阻(2)、充电线(3)和火花开关(4)的电极II(4‑5)依次电缆连接，所述火花开关(4)的电极I(4‑2)连接功率分配器(9)的输入端，功率分配器(9)的输出端I依次电缆连接传输线II(14)和样品槽(15)，传输线II(14)的芯线与样品槽(15)外壳绝缘，样品槽(15)外壳接地，功率分配器(9)的输出端II依次电缆连接衰减器(10)、传输线I(11)、阻抗匹配电路(12)和示波器(13)，所述激光器(6)、激光器电源(7)和脉冲发生器(8)依次电缆连接，所述透镜(5)位于火花开关(4)和激光器(6)之间，激光器(6)发射的激光能够通过透镜(5)射入火花开关(4)；所述火花开关(4)的外壳(4‑1)为圆柱桶形、且下面连接有绝缘底盖(4‑7)，外壳(4‑1)内部上方安装有电极I(4‑2)，电极I(4‑2)的顶端朝下且为半球形，电极II(4‑5)安装于绝缘底盖(4‑7)之上，电极II(4‑5)的顶端朝上且为半球形，电极II(4‑5)下端安装有窗口III(4‑8)，电极II(4‑5)具有沿轴线的通孔，激光器(6)发射的激光能够依次通过窗口III(4‑8)和所述通孔，射到电极I(4‑2)的顶端，电极I(4‑2)的顶端与电极II(4‑5)的顶端之间的距离能够调节，外壳(4‑1)的侧面具有通气口(4‑3)、窗口I(4‑4)和窗口II(4‑6)，通过调整火花开关(4)的位置，能够使得激光器(6)发射的激光通过所述窗口II(4‑6)射到电极I(4‑2)的顶端，能够通过所述通气口(4‑3)对火花开关(4)进行充气及放气操作以控制火花开关(4)内部的气压，窗口I(4‑4)用于观察激光器(6)发射的激光射到电极I(4‑2)的顶端的光斑大小；电势测量电路(16)包括膜电极(16‑1)、参考电极(16‑2)、温度传感器(16‑3)、中心导体(16‑4)、屏蔽层(16‑5)、接地层(16‑6)、运算放大器(16‑7)、缓冲器(16‑8)、滤波器I(16‑9)、滤波器II(16‑10)、数字转换器I(16‑11)、数字转换器II(16‑12)、微控制器(16‑13)、直流电源I(16‑14)、直流电源II(16‑15)、USB转换器(16‑16)和连接器(16‑17)，所述膜电极(16‑1)、参考电极(16‑2)和温度传感器(16‑3)均位于样品槽(15)内，运算放大器(16‑7)具有同向输入端、反向输入端和输出端，缓冲器(16‑8)具有输入端和输出端，中心导体(16‑4)外围依次具有屏蔽层(16‑5)和接地层(16‑6)，膜电极(16‑1)通过中心导体(16‑4)连接运算放大器(16‑7)的同向输入端，参考电极(16‑2)通过接地层(16‑6)连接运算放大器(16‑7)的反向输入端，运算放大器(16‑7)的输出端连接缓冲器(16‑8)的输入端，缓冲器(16‑8)的输出端连接屏蔽层(16‑5)，运算放大器(16‑7)的输出端依次连接滤波器I(16‑9)、数字转换器I(16‑11)和微控制器(16‑13)，温度传感器(16‑3)依次连接滤波器II(16‑10)、数字转换器II(16‑12)和微控制器(16‑13)，微控制器(16‑13)依次连接USB转换器(16‑16)和连接器(16‑17)，直流电源I(16‑14)和直流电源II(16‑15)分别连接于连接器(16‑17)；电极I(4‑2)和电极II(4‑5)均由比例为6∶4的钨铜合金制成，电极I(4‑2)的顶端半球形直径为3毫米，电极II(4‑5)的顶端半球形直径为4毫米，电极I(4‑2)的顶端与电极II(4‑5)的顶端之间距离的调节范围为1毫米至15毫米；激光器(6)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(4)内部的气压范围为50kPa到700kPa，其特征是：所述一种测量高电压下电解液中离子浓度的方法的步骤为：步骤1，将待测的电解液样品加入样品槽(15)，根据电解液中待测离子种类，选择相应的膜电极(16‑1)，并将膜电极(16‑1)、参考电极(16‑2)和温度传感器(16‑3)均置于电解液样品中；步骤2，开启高压直流电源(1)，使得电极I(4‑2)和电极II(4‑5)之间产生电压差；步骤3，通过通气口(4‑3)调节火花开关(4)内部的气压，气压典型值为300kPa；步骤4，开启激光器电源(7)和脉冲发生器(8)，并调节激光器(6)及透镜(5)位置，使得激光器(6)发射的激光脉冲通过透镜(5)、窗口III(4‑8)及电极II(4‑5)的通孔，垂直射到电极I(4‑2)顶端；步骤5，通过示波器(13)监控火花开关(4)的电极I(4‑2)和电极II(4‑5)之间的电压波形；步骤6，通过激光器电源(7)和脉冲发生器(8)调节激光器(6)发射的激光脉冲的功率及持续时间，脉冲功率典型值为400mJ，脉冲持续时间典型值为4纳秒，使得电极I(4‑2)和电极II(4‑5)之间的气体被击穿，火花开关(4)导通；步骤7，在火花开关(4)导通的时间内，传输线II(14)的芯线与样品槽(15)外壳之间产生电压差，并施加到电解液样品上；步骤8，膜电极(16‑1)和参考电极(16‑2)的电压信号经过放大及处理后，通过直流电源I(16‑14)输出；步骤9，分析直流电源I(16‑14)输出的电压信号，得到电解液中待测离子的浓度值。