使用延长线的风险

介绍

电极线是电化学工作站不可缺少的一部分，并且可能会对整个系统的完整测量功能产生重大影响。电极线连接电化学工作站和测试体系。Gamry电极线是经过特殊设计和制造的，可大程度减小和消除噪声对测试的影响。这些电极线具有可复制的屏蔽层，以减少测试体系附近其他电气设备产生的外部电噪声。此外，Gamry电极线也通过绞合以减少和消除互感的影响。

 很多时候，我们看到客户在电极线的末端使用延长线，却不了解这样的操作可能产生的不良影响。本篇应用报告将说明为什么添加延长线会导致数据中的大量噪声和失真。

什么时候缺少屏蔽会成为一个严重的问题？

有关整体系统限制的更多信息，请参考“低阻抗EIS极限：Gamry Reference 30k Booster的应用”和“精确度等高图”。本篇应用报告仅涉及电极线本身。

 电极线连接电化学工作站和测试体系，电流流经电极线时会产生磁场，这一磁场会被电压线检测到。这种效应称为互感，是一种频率的函数。互感误差在低频时通常不明显，而在高频下完全占主导电位。互感的阻抗误差在等效电路模型中表示为与真实电池串联的电感。移动电极线会引起这种互感的变化。

 外部变化的磁场和电场，例如由电动机设备，电脑内部冷却风扇甚至电源线产生的磁场，都可能严重影响本地电线，包括电化学工作站和测试体系之间的连接线。电极线充当天线，在测试电路中引入变化的电压和电流。

 在进行交流测试（如EIS测试）时，互感现象会变成一个很大的问题。直流测试受到外部变化的磁场和电场（例如其他科学仪器和电脑中的电动机）影响要小得多。

解决方法

实际上我们在导体周围使用微型法拉第笼以消除外部噪声。也就是说，编织屏蔽层环绕每一根电缆线。电缆线也要绞合在一起，以尽可能减小互感影响。我们还将电极线和电化学工作站一起校准，并允许您根据需要重做此校准。

…但是随后您自己添加了延长线…

添加带有鳄鱼夹的延长线会使电化学工作站和测试体系之间连接更加方便。但是，这些线就像是天线，能够拾取电动机引起的噪声，也会为互感提供路径。下面我们展示一个实际的例子。

我们使用Gamry Interface™ 1010电化学工作站以及标配的60cm标准电极线和一根1m的延长线。在5F电容器上进行控制电流模式的EIS测试（见图1），结果如图2所示。

 图1 电化学工作站及其标准60cm电极线加上1m延长线，连接在电容器上

图2 5F电容器使用标准电极线（蓝）和添加了延长线（红）的EIS数据对比

可以看到添加了延长线的EIS（红）与标准电极线的EIS（蓝）之间有明显的差异。由磁场引起的干扰会严重影响数据结果和分析。如上文所述，延长线会加强互感的影响，同时会降低测量的有效带宽。注意，高频至1kHz，相角有很大的偏移。

接下来，我们增加了具有循环和加热功能的Julabo® F25温度控制浴槽，来对测试体系（带有和不带未屏蔽延长线）提供环境电噪声来源。图3说明了两种情况之间明显的差异。在这里，不仅互感增加，减小了有效带宽，而且整个阻抗连低频也有差异。

图3 附近有电噪声干扰下的，带有（蓝）和不带（红）未屏蔽延长线的EIS对比

我们看到的是哪种噪声？

我们将电化学工作站连接在2 kΩ校准电解池上，用Gamry ESA410软件捕获实时电流和电压信号并进行傅里叶功率谱分析（PSD）。图4比较了带和不带电动机设备和屏蔽和未屏蔽电线的结果。

图4 不同实验条件下的傅里叶功率谱分析：蓝色，标准屏蔽电极线线，没有电动机；红线，标准屏蔽电极线，有电动机；浅蓝，添加未屏蔽的延长线，没有电动机；绿色，添加未屏蔽的延长线，有电动机由上是阻抗功率谱图

观察到明显的差异是，在恒温水浴运行时，非屏蔽延长线中存在60Hz（电源线）干扰，以及二次谐波（120Hz）和三次谐波（180Hz）噪声。不仅如此，即使没有附近的电动机在运转，使用非屏蔽延长线时，总体的噪声水平也偏高。

总结

本篇应用报告介绍了对于许多电化学测试应用，必须使用屏蔽的电极线。我们不建议您使用延长线加在标准电极线上。如果想使用更长的屏蔽电极线，请与我们联系。