Kalibrierung (Fortsetzung)

 

2.1.1 Potentialvorgabe, Sollspannungseinstellung 

 

Sofern der Potentiostat über eine eingebaute manuell einstellbare Sollspannungsquelle verfügt, sind folgende Messfehler systembedingt:

 

- Mechanische Unsicherheit des Potentialeinstellknopfs (1 Skt des er Anzeige bei 10 - Gang - Antrieben). Anm: Diese Unsicherheit wird mit zunehmendem Gebrauch noch durch eine mechanische Hsyterese verstärkt. (Ist die Sollspannungsquelle ein A/D-Wandler, setzen Sie hier die Nullpunktstoleranz des Wandlers an.)

 

- Fehler der Spannungsreferenz (typisch < 1 mV bei 1 V Bereich), zu multiplizieren mit dem Vollaussteuerbereich

- Linearitätsfehler des Einstellpotentiometers (bzw. Linearitätsfehler des A/D - Wandlers): typisch < 0,1% bei 50% - Einstellung des Potentiometers.

 

Zusammen addieren sich die Fehler der Sollspannungsquelle im Steuerbereich +/- 1 V also zu

 

1 mV (mech. Fehler) + 1 mV (Fehler der Referenz) + 1 mV (Linearitätsfehler) = 3 mV bezüglich 1 V - Bereich, bzw. bei erweiterten Potentialanzeigen das entsprechende Vielfache.

 

Sie haben in der Regel nur Einfluß auf den Nullpunktsfehler der Spannungsreferenz, dieser ist korrigierbar. 

 

2.1.2 Potentialmessung

 

Bei den meisten Potentiostaten wird das Potential über einen Spannungsfolger (Buffer) gemessen. Dieses Messprinzip ergibt einen konstanten Fehler, der lediglich aus der Nullpunktsverschiebung des Spannungsfolgers (Buffer) besteht, er liegt typischerweise unter 1 mV. Ein Verstärkungsfehler, der mit zunehmendem Potential zusätzliche Fehler einbringt, kann hierbei nicht auftreten, d.h. der Fehler ist bei 1 V genauso groß wie bei - 1 V und bei 0 V.

 

Der Messfehler ergibt sich dann aus zwei Einflußgrößen:

 

- Nullpunktsverschiebung des Potentialbuffers: typischerweise unter 1 mV absolut

- Anpassungsfehler: Gemeint ist damit der Messfehler, der durch das Verhältnis des Quellwiderstands des Messausgangs am Potentiostaten zum Eingangswiderstand des Aufzeichnungsgeräts bestimmt wird.

 

Der Anpassungsfehler ist gleich Quellwiderstand / Eingangswiderstand. Bei unseren Potentiostaten beträgt der Quellwiderstand des Potentialausgangs in der Regel 1 kOhm (bzw. 2 kOhm bei Geräten mit Interface für PC - Steuerung). Der Eingangswiderstand nachgeschalteter Messgeräte beträgt meist 1 MOhm oder 10 MOhm. Der resultierende Fehler beträgt damit 0,1% (für 1 MOhm Eingangswiderstand) bzw. 0,01% (für 10 MOhm). Lediglich bei alten Linienschreibern findet man noch Geräte mit weniger als 1 MOhm Eingangswiderstand.

 

Der Gesamtfehler im Verbund beträgt damit 1 mV +  Anpassungsfehler, d.h. 0,1% + 1 mV, wenn das Aufzeichnungsgerät einen Eingangswiderstand von 1 MOhm hat.

 

F = FNullpunkt, Buffer + FFA = 1 mV  + 0,1% des Messwerts

 

Für den Messtechniker, der in prozentualer Abweichung zu denken gewohnt ist, heißt das: Der Potentialfehler wird im Bereich +/- 1V nicht 0,2% (bezüglich des Bereichs) überschreiten. Elektrochemiker müssen jedoch anders rechnen wir kommen später darauf zurück.

 

Es gibt Potentiostaten,  bei denen wird der Strom über einen Messwiderstand zwischen Masse und Arbeitselektrode gemessen, deshalb muss das Potential aus einer Differenzbestimmung "berechnet". Im Gerät wird die Differenz zwischen den Spannungsgefällen Arbeitselektrode - Masse und Bezugselektrode - Masse gebildet, dies ist dann das gesuchte Potential. Diese Differenzbildung erfolgt durch einen Analogschaltkreis, die dort eingesetzten Messwiderstände beeinflussen die Messgennauigkeit des Potentials. Das betrifft bei unseren Geräten die Serie PGS. Die Differenzbildung bedingt einen zusätzlichen Messfehler, der sich dann insgesamt aus fünf Teilbeiträgen zusammensetzt:

 

- Nullpunktsverschiebung des Potentialbuffers: FNullpunkt, Buffer , max  .1 mV

 

- Nullpunktsverschiebung des Differenzbildners: F Nullpunkt, Diff. 1 mV

 

- Toleranz von zwei Summationswiderständen, die auf den Differenzbildner wirken: F R, add  , je 0,1%

 

- Anpassungsfehler: F FA  , 0,1% für 1 MOhm Eingangswiderstand

 

Damit ist anzusetzen:

 

F = FNullpunkt, Buffer + FNullpunkt, Diff. + 2 * FR, add + FFA = 1 mV + 1 mV + 0,2% + 0,1% = 2mV + 0,3%

 

Ein Potentiostat des Typs PGS kann also bei einem Potential von 1000 mV bis zu 5 mV Abweichungen in der Potentialanzeige aufweisen. Auch wenn der wahre Fehler (gelegentliche Nullpunktskorrektur vorausgesetzt) stets unter 0,2 mV + 0,1%, mithin bei 0,15 % liegt, sollten Sie in Ihrem QS - Handbuch den Fehler nicht zu eng tolerieren. 

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