2010-2015 гг.

• Проведено исследование метода преобразования тока фемтоамперного диапазона в напряжение с помощью классического трансимпедансного каскада на малошумящем операционном усилителе (ОУ) с ультранизкими токами утечки в паре с малошумящим сигма-дельта АЦП.

Созданы опытные образцов приборов для измерения напряжения и тока нановольтового и фемтоамперного диапазонов. Приборы "Измерительно-питающее устройство ИПУ-01" и "Измерительно-питающее устройство ИПУ-02" ориентированы на создание прецизионных автоматизированных систем, предназначенных для исследований электрохимических и электрофизических свойств материалов, в частности изучения точечных дефектов в кристаллах и разупорядоченных состояний аморфных органических веществ (в том числе полимеров), исследования процессов диэлектрической релаксации и термостимулированной деполяризации. Создание на их основе автоматизированных измерительных комплексов для исследования электрофизических свойств полупроводниковых и диэлектрических материалов.

Программное обеспечение комплексов разработано на базе среды графического программирования National Instruments LabVIEW и включает: виртуальные панели приборов; базу данных; средства диагностики; средства метрологической аттестации; средства разработки сценариев экспериментов.

• Разработана и изготовлена система для испытания топливных элементов форме дисковых образцов диаметром 1 см в диапазоне температур от комнатной до 230ºС. Система состоит из ячейки для испытания топливных элементов, термостатированной печи, измерительно - питающего устройства (ИПУ-1), программируемого смесителя газов, персонального компьютера.

Ячейка включает два раздельных проточных газовых пространства для топливного газа (водорода) и газа–окислителя (кислорода), с токоотводами, уплотнения из термостойкого силиконового полимера, систему прижима электродов. Конструкция ячейки позволяет использоваться ее для исследования электропроводности твердых электролитов, в том числе в атмосферах при различной относительной влажности.

ИПУ содержит программируемый генератор постоянного напряжения, прецизионный вольтметр и прецизионный милиамперметр. Встроенное программное обеспечение ИПУ позволяет реализовать программируемый генератор тока во внешней цепи, что позволяет испытывать топливные элементы в потенциостатическом и гальваностатическом режимах циклирования.

Термостатированная печь с камерой цилиндрической формы управляется от регулятора «Термодат», работающего по ПИД-алгоритму. Второй «Термодат» используется для измерения температуры в месте расположения образца.

Программное обеспечение системы разработано в среде графического программирования LabVIEW.

Введенная в эксплуатацию система позволила провести испытания модельного топливного элемента с протонным композиционным электролитом, синтезированным на основе кислых фосфатов сульфатов цезия мезопористых оксидов кремния SBA-15 MCM-41 и показать возможность получения устойчивых значений плотности тока при многократных циклированиях топливных элементов при сохранении фазового состава мембраны.

• Разработана архитектура автоматизированной системы управления параметрами плазменных устройств Работа выполнялась совместно с Институтом физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН. Цель работы – создание автоматизированного стенда для исследования и испытаний лазера на парах меди мощной лазерной проекционной системы высокого разрешения. Предложена архитектура автоматизированной системы управления параметрами плазменных устройств. Разработана функциональная схема автоматизированного стенда для экспериментальной работы с различными типами высоковольтных газоразрядных импульсных приборов: лазерами, генераторами электронного пучка, газоразрядными коммутаторами. Разработаны методы измерения и регулирования параметров подсистем питания, синхронизации и управления газовакуумной подсистемы.
• Разработана "Многоканальная система для испытания суперконденсаторов". Работа выполнялась совместно с Институтом химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН.

Цель работы − создание автоматизированного стенда для исследования и испытаний суперконденсаторов. Предложена архитектура автоматизированной измерительной системы. Разработана структурная схема модернизированного ИПУ-01 с подключенной трёхэлектродной ячейкой. Разработана конструкция двухэлектродных и трехэлектродных электрохимических ячеек и конструкция перфоратора для изготовления сепараторов, используемых при «зарядке» ячеек.

Создана установка многоканального кондуктометрического титрования.

Разработана структурная схема для 8-и канального гальваностата/потенциостата.

• Разработан "Компактный лабораторный горячий пресс" - компактное лабораторное оборудование для синтеза сверхплотных монофазных и композиционных материалов с заданными свойствами, спекания металлических и керамических порошков, диффузионной сварки неоднородных материалов методом горячего прессования. Созданный пресс идеально подходит для лабораторных исследований и отработки технологических процессов. Пресс легко устанавливается на небольшом пространстве и имеет те же основные характеристики, что и производственные модели.

ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

Измерительно-питающее устройство ИПУ-01

Измерительно-питающее устройство ИПУ-01 объединяет в себе функции двуполярного источника напряжения и тока, универсального цифрового мультиметра, генератора и измерителя сигналов ступенчатой формы. Управление прибором осуществляется с помощью ПК.

Область применения - проведение исследований электрофизических свойств материалов.

Технические характеристики

Приборы ИПУ-01 эксплуатируются в ИХТТМ СО РАН. На их основе созданы и успешно эксплуатируются три установки:

• для исследования температурной зависимости проводимости в непрерывном и ступенчатом режимах в диапазоне температур 20-800°С и сопротивлений 10 кОм – 10 мкОм [1];
• для изучения электрохимических свойств электродных материалов методами циклической вольтамметрии и гальваностатического и потенциостатического титрования с возможностью изучения  кинетики переходных процессов;
• для измерения проводимости в контролируемой газовой атмосфере с возможностью исследования релаксации проводимости при скачкообразном изменении парциального давления кислорода.

Прикладное программное обеспечение прибора разработано на основе SCADAсистемы LabVIEW.

Измерительно-питающее устройство ИПУ-02

Измерительно-питающее устройство ИПУ-02 предназначено для измерения и регистрации изменяющихся во времени сопротивлений очень больших величин.

ИПУ-02 состоит из регулируемого источника постоянного напряжения, модуля измерения напряжения, модуля измерения тока. В комплекте с прибором поставляются два сменных модуля измерения тока. Один на базе трансимпедансного каскада токов в диапазоне от 0 до  ±25 мА, другой – для измерения на базе преобразователя заряд/цифра в диапазоне от 0 до 20 мкА.

Область применения - проведение исследований электрофизических свойств материалов,

процессов диэлектрической релаксации и термостимулированной деполяризации.

Технические характеристики

На базе прибора ИПУ-02 разработана «Система для изучения температурной зависимости проводимости и токов деполяризации в диэлектриках». Система предназначена для автоматизации измерений температурных зависимостей проводимости материалов с низкой проводимостью, а также температурных зависимостей токов деполяризации в диэлектриках.

Прикладное программное обеспечение прибора разработано на основе SCADA системы LabVIEW.

Многоканальная система для испытания суперконденсаторов

Предложена архитектура автоматизированной измерительной системы. Разработана структурная схема модернизированного ИПУ-01 с подключенной трёхэлектродной ячейкой. Разработана конструкция двухэлектродных и трехэлектродных электрохимических ячеек и конструкция перфоратора для изготовления сепараторов, используемых при «зарядке» ячеек.

Конструкция двухэлектродных и трехэлектродных  электрохимических ячеек рис. 1, а и 1, б.

Конструкция перфоратора для изготовления сепараторов, используемых при «зарядке» ячеек рис. 1, с.

а) двухэлектродная ячейка                                           б) трехэлектродная ячейка

с) перфоратор с электромеханическим приводом

Рис. 1. Электрохимические ячейки и перфоратор

Для рис. 1 а) и б):

1 – корпус (электрод «working»); 2 – крышка (электрод «counter»); 3 – изолирующий вкладыш; 4 – прижимной плунжер; 5 – изолирующая прокладка; 6 – скоба; 7 – винт; 8 – планка; 9 – установочный винт; 11 – фиксирующий винт; 12 – прижимная пружина; 13 – фиксирующий штифт; 14 – изолирующая втулка; 15 – подпружиненный контакт электрода «reference».

Для рис.1 с):

1 – моторедуктор; 2 – тяга;  3 – корпус; 4 – плунжер.

Структурная схема ИПУ-01 с подключённой трёхэлектродной ячейкой (рис. 2)

Проведена модернизация ИПУ-01 (измерительно-питающего устройства) с целью обеспечения работы с трёхэлектродными и двухэлектродными электрохимическими ячейками.

Рис. 2. Структурная схема ИПУ-01 с подключённой 3-х электродной ячейкой

Рис. 3. Пример кривой циклической вольтамперометрии, полученной с помощью прибора ИПУ-01.

Установка многоканального кондуктометрического титрования

Структурная схема установки многоканального кондуктометрического титрования приведена на рис. 4.

Пример зарядно-разрядного циклирования реального образца – на рис. 5.

Рис. 4. Восьмиканальная система кондуктометрического титрования на базе прибора CT2001A

Рис. 5. Пример зарядно-разрядного циклирования реального образца.

Компактный лабораторный горячий пресс

Разработано компактное лабораторное оборудование для синтеза  сверхплотных монофазных и композиционных материалов с заданными свойствами, спекания металлических и керамических порошков, диффузионной сварки неоднородных материалов методом горячего прессования

Созданный пресс идеально подходит для лабораторных исследований и отработки технологических процессов. Пресс легко устанавливается на небольшом пространстве и имеет те же основные характеристики, что и  производственные модели.

Он состоит из электромеханического пресса, камеры с горячей зоной, системы водяного охлаждения, системы заполнения камеры инертным газом, компьютерной системы управления, регулируемого источника питания.

Основные характеристики

Доступные для скачивания материалы

Измерительно-питающее устройство ИПУ-01

Измерительно-питающее устройство ИПУ-02

Многоканальная система для испытания суперконденсаторов

Компактный лабораторный горячий пресс