电极导线电容校正

什么是电极导线电容？ 为什么校正？

电化学工作站电极导线中的各个导体是由同轴电缆组成。 同轴电缆中的外导体用于屏蔽保护感兴趣的信号。 由于导线之间的绝缘特性，电缆电容出现在同轴电缆中。需要一定的时间才能使电缆达到其充电水平。 充电时间的这种滞后减慢了正在传输的信号，甚至扭曲了传输的信号。 对于高频信号，例如电化学阻抗谱（EIS）测量中出现的那些信号，这种影响会尤其显著。

以方波为例来阐述脉冲数字信号的传输，其垂直上升和下降进入同轴电缆的一端，而具有高电容的电缆会减缓这些电压转换，从而使它们从电缆的相对端出来的信号更像锯齿（见图1）。终导致传输信号和数据的失真。

图1. 通过同轴电缆输入方波（紫色）信号和输出(蓝色)信号的示意图。

降低电极导线电容影响

 为了使电极导线电容的影响小化，采取一些方法措施可以实现，例如增加绝缘体的壁厚，减小导体直径或使用较低介电常数的绝缘体等都可以。

另外一种解决这个问题的方法是通过软件进行校正。

结果

Gamry Instruments将电极导线电容进行校正，分为两个层次来进行，并且纳入目前的仪器测试中

• 个层次是将参数内置于测试软件中，也就是首先使用标准电极导线进行校正。这种通用的校正方法，大约消除了电极导线造成的99％的异常现象。一般这部分工作在厂家完成。

• 第二个层次校正，是更高档次的校正，即消除制造过程中造成的具体某单根电缆之间的微小差异而导致的1％异常现象。第二级校正可以消除这些微小的测量差异并产生更准确的数据。

 

为了验证校正的效果，采用 Reference 600+™测试10 nF的电容。图2显示了没有电极导线电容校正的EIS数据。

图2. 没有电极导线电容校正的10 nF电容的EIS数据

对于 10 nF的电容，电极导线电容校正对结果影响不大。相位角误差小于0.2°。

降低测试电容两个数量级，470 pF电容的EIS结果如图３所示。

图3. 电极导线电容校正后的标准电解池的EIS数据

在图3， 我们观察到蓝色数据跳跃的现象。这些发生在电化学工作站电流换挡的地方。 内置的电极导线原有矫正，和目前使用导线略有不同。红色点显示了矫正的效果。

后采用47 pF 的小电容。 红色点是导线未矫正的测试数据。

 

图4. 电极导线电容未校正（红色，图2）和校正（蓝色，图3）后EIS数据的叠加对比。

图4给出了两组重叠的阻抗数据，显示了电极导线电容校正后数据的改进和提高。未校正的EIS，相位差的误差大约2° 。矫正后会降低至少为原误差的1/4。注意跳点随着校正也消失了。

如何进行电极导线电容校正？

对于Gamry Instruments的电化学工作站，一般的操作程序如下：

1. 将电极导线连接到仪器的标准校准单元，即标准电解池，并将校准单元放入校准屏蔽箱内。
2. 在Gamry Instruments的Framework™软件中，单击实验 > 命名脚本，选择calcable.exp脚本并将其打开。
3. 选择校准电极导线按钮，确认已连接正确的校准单元，然后单击确定按钮。

更多细节可以参阅，电极导线校准快速入门指南，Cable Calibration Quick-start Guide.

结论