交流阻抗怎么测量 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。 （4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词
目录 引言 (1) 交流阻抗技术的发展历史 (1) 基本原理 (1) 电极系统的交流阻抗 (3) 交流阻抗技术的应用 (4) 需要注意的问题 (5) 发展和应用前景 (5)
引言 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段，其应用范围已经超出电化学领域,越来越广泛。目前应用交流阻抗技术较多的如电化学领域中研究电极过程、金属腐蚀机理和耐蚀性能、缓蚀剂性能评价等;生物领域中研究生物膜的性能等;物理学领域研究电子元器件、导电材料的性能等;材料科学中研究材料的力学性能以及材料表面改性后的性能评价等。 交流阻抗技术的发展历史 交流阻抗法系指小幅度正弦波交流阻抗法，是控制电极电流(或电位)按正弦波规律随时间变化，同时测量相应的电极电位(或电流)随时问的变化，或者直接测量电极的交流阻抗，进而计算各种电极参数。 随着电化学理论的不断完善与发展,电化学方法也得到了相应的发展。在电化学测量中做出了重要贡献的是Stern 和他的同事。他们在1957年提出了线性极化的重要概念,虽然线性极化技术有着一定的局限性,但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作,完善和发展了极化电阻技术。电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪器的发展,现代电子技术的应用和用于暂态测量测试仪器的出现,一些快速测量方法和暂态响应分析方法也得到了发展,最典型的例子就是交流阻抗技术的发展。最初测量电化学电阻采用交流电桥和李沙育方法等,这些方法既费时间又较繁琐,干扰影响也大。随着电子技术的发展,锁相技术和相关技术的仪器(如频率响应分析仪、锁相放大器等)被用于交流阻抗测试,它们的灵敏度高,测试方便,而且容易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量。后来可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱,从而实现了在线测量,追踪电极表面状态的变化。最近一种利用震动探针电极测量局部电极阻抗的技术也得到开发。计算机技术引入电化学领域,可以由计算机对电化学交流阻抗测量进行控制,自动完成数据采集和数据分析。 基本原理 交流阻抗方法是用小幅度交流信号扰动电解池,并观察体系在稳态时对扰动的跟随的情况,同时测量电极的交流阻抗,进而计算电极的电化学参数。由于电极过程可以用电阻R 和电容C 组成的电化学等效电路来表示,因此交流阻抗技术实质上是研究RC 电路在交流电作用下的特点和规律。 一个正弦交流电压可表示成： 式中，E 0为交流电压的幅值；t 为时间；ω为正弦波角频率。角频率为 根据欧拉公式，上式也可写为指数表示式： t j e E E ω?=0 在将一个正弦波的交流电压E 加到一个纯电阻上时，根据欧姆定律，流过电阻的电流为 t E t E ωsin )(0=f πω2=
东南大学电工电子实验中心 实验报告 课程名称：电路实验 第三次实验 实验名称：交流阻抗参数的测量和功率因数的改善院（系）：专业： 姓名：学号： 实验室: 103 实验组别： 同组人员：实验时间：2011/11/22 评定成绩：审阅教师：
交流阻抗参数的测量和功率因数的改善 一、 实验目的 1、 学习测量阻抗参数的基本方法，通过实验加深对阻抗概念的理解； 2、 掌握电压表、电流表、功率表和单相自耦调节器等电工仪表的正确使用方法。 二、 实验原理 对于交流电路中的元件阻抗值（r 、L 、C ），可以用交流阻抗电桥直接测量，也可以用下面两种方法来进行测量。 1． 三电压表法 先将一已知电阻R 与被测元件Z 串联，如实验内容图一（a ）所示。当通过一已知频率的正弦交流信号时，用电压表分别测出电压U 、U1和U2，然后根据这三个电压向量构成的三角形矢量图和U2分解的直角三角形矢量图，从中可求出元件阻抗参数，如图一（b ）所示。这种方法称为三电压表法。 由矢量图可得： 222 12 12 22cos 2cos sin r x U U U U U U U U U θθ θ --= == 111r x x RU r U RU L wU U C wRU = = = 2.三表法 图如图二所示： 首先用交流电压表，交流电流表和功率表分别测出元件Z 两端电压U 、电流I 和消耗的有功功率P ，并且根据电源角频率w,然后通过计算公式间接求得阻抗参数。这种测量方法称为三表法，它是测量交流阻抗参数的基本方法。 被测元件阻抗参数（r 、L 、C ）可由下列公式确定： 2cos cos U z I P IU P r z I ?? = = == sin 1x z x L w C xw ? ==== 三、 实验内容 1、三电压表法
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来，由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 图1. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中A 、B 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra 、Rb 分别表示电极材料本身的电阻，Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容，Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容，Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液 电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助 电极的面积远大于研究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串 联电路中的其他元件小得多，因此辅助电极的界面阻抗可忽略，于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 图2. 用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Run Fitting / All Data Points (1 - 1) Element Freedom Value Error Error %Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X ) 1E-6 N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 10000Maximum Iterations: 100 B
#2发电机转子交流阻抗试验 技术方案 批准人： 审定人： 审核人： 编写人： 贵州黔东电力有限公司 2011年07月07日
#2发电机转子交流阻抗试验技术方案 1、试验目的: 针对#2发电机运行中震动较大等原因，对#2发电机进行:转子绕组直流电阻试验、发电机堂内转子交流阻抗试验、发电机转子两极分担电压试验。来判断发电机转子绕组是否存在匝间短路，为查找发电机震动较大提供技术数据和分析判断依据。 2、引用标准 DLT1051-2007 《电力技术监督导则》 DL/T 596-1996 《电力设备预防性试验规程》 3、使用仪器仪表 FULK 兆欧表 HDBZ-5 直流电阻测试仪 HDJZ 型发电机转子交流阻抗测试仪 5 测试内容及工作程序 5.1试验内容 5.1.1 试验方法
用铜电刷通过滑环向转子绕组施加交流电压，同时读取电流、电压和功率损耗值。 5.1.2试验接线见图1。 图1试验接线 本图较一般接线图增加了隔离变压器，因为现在大多检修电源开关都装了漏电保安器，由于转子绕组对地有电容，当交流电源接上后对地会有电容电流，就会导致漏电保安器动作跳开电源开关，因此建议前极加上一隔离变压器。如果没有隔离变压器，可直接将调压器接220V 交流电源，但接的开关不能有漏电保安器。开关容量需要60A 。 5. 2试验操作程序（步骤）： （1）试验前先确认转子绕组的励磁回路已全部断开并验电； （2）现场封闭：对试验现场进行封闭，用围栏或绳子将试验现场围起，并悬挂标示牌。 （3）按图1接好试验接线，带电空试以检查试验设备和各仪器仪表是否正常； （4）试验电压的确定 对于额定励磁电压在400V 及以下的绕组，施加的电压一般考虑为其电压峰值等于额定励磁电压。额定励磁电压大于400V 时，电压可适当降低。本机转子绕组交流阻抗较小，外施电压到100V 电流已超过40A ，故历次试验都只加到100V 电压，本次试验也可加到100V ，以便与以往数据比较。 （5）用铜电刷通过滑环向转子绕组施加交流电压，同时读取电流、电压和功率损耗值。 （6)应在静止状态下的定子膛内、膛外和在超速试验前后的额定转速下分别测量，每种工况都应在几个不同的电压下进行测量。 （7）试验完毕后，断开电源，然后需检查试验仪表是否正常。 （8）记录温度和湿度。 5. 3试验时注意事项：合电源开关向转子施加电压前必须大声通知。 转子绕组 铜刷
发电机转子交流阻抗试验方法 一、发电机转子交流阻抗试验的目的 如果转子绕组出现匝间短路，则转子绕组有效匝数就会减小，其交流阻抗就会减小，损耗会有所增大，因此，通过测量转子绕组交流阻抗和功率损耗，与历次试验数据相比，就可以有效地判断转子绕组是否有匝间短路。 二、试验方法及注意事项 1. 试验方法 向转子绕组施加交流电压，读取电压、电流及功率损耗值。 施加电压的大小通过调压器调节。 2. 试验用仪器 (1)转子交流阻抗测试仪、调压器。 (2)在现场没有转子交流阻抗测试仪时，可使用调压器、标准CT、交流电压表、交 流电流表、有功功率表。 3. 用交流阻抗测试仪测量 发电机转子交流阻抗测试仪为新型的测试仪器，装置内部自动计算电流、电压、功率、阻抗及曲线等相关数据，试验时只需调压即可，仪器会自动读取数据，并带过流过压保护报警功能。 4. 无功补偿装置的作用 无功补偿装置是通过感性电流和容性电流之间的关系，可补偿试验电流30A到100A，对于大型发电机组，本试验使用的调压器如果有条件并接无功补偿装置，则调压器容量可以大大减小，可使用6KVA、250V的调压器。如果没有无功补偿箱，调压器容量将达到10KVA，比较笨重。 5. 注意事项 (1) 阻抗和功率损耗值自行规定。在相同试验条件下与历年数值比较，不应有显著变化。 (2) 隐极式转子在膛外或膛内以及不同转速下测量。 (3)每次试验应在相同条件、相同电压下进行，试验电压峰值不超过额定励磁电压。 (4)转子到现场后，未穿入发电机前，应做膛外转子交流阻抗试验，穿入发电机后， 可做膛内测试。此项目属于单体试验，应由安装单位进行。 (5)机组整套启动前，提前准备试验仪器及接线。测试工作负责单位由调试单位和安 装单位协商进行。 (6)在机组升速过程中，选取不同的转速点测试，直到机组定速3000转。 (7)机组超速试验后，应再次进行本试验。 (8)试验时，应注意与励磁回路断开。以避免对励磁回路造成损害；受励磁设备的影 响，不能加压。 (9)试验时，应选取足够容量的外接临时电源，并不使用带漏电保护的电源开关。 (10)试验前，应确认碳刷研磨符合工艺要求，以避免影响试验数据的准确性。 6. 碳刷研磨的必要性 碳刷的弧度应研磨至和滑环的弧度一样,不然升速时转子打火很厉害,况且电弧产生熄灭间会有过电压,另外也直接影响到试验接线各环节接触的良好性，从而影响试验数据的准确性。 另外，所有的测量线最好用粗短线,因为有功功率损耗大部分消耗在转子线圈上,还有一部分会消耗在测量导线上,应尽量减少测量导线的有功损耗.
什么是交流阻抗谱方法(频响分析法),交流阻抗谱方法的方法和原理 交流阻抗谱(也称频响分析法,frequencyresponseanalysis)是研究地球物质电学性质的一种方法。经过 几十年的发展,交流阻抗谱已经在材料研究、表面处理、器件研究、生命科学和地球科学的研究中得到不同程度的应用。 交流阻抗谱在地球科学中的应用相对较晚,直到20世纪80年代,该方法才被应用于水饱和地壳岩的研究中,而将该方法应用于干燥地幔岩电性研究的是Arizon州立大学的Tyburczy 和Roberts,他们在一个大气压下研究了橄榄石单晶样品、橄榄石多晶样品以及天然纯橄榄岩的电导率,并且分析了不同阻抗弧形成的原因。 此后,Huebner和Dillenburg等人在1～2GPa下用交流阻抗谱研究了单斜辉石电学性质,结果发现,随压 力的升高颗粒边界电阻在显著的降低。Xu等利用交流阻抗谱在超过15GPa条件下对橄榄石高压相的电导率进行了研究。 在国内,该方法已经在地球深部物质的电性研究中有了一定程度的应用,也取得了一些成果。在本文中,作者根据自己和其他学者的研究,介绍了交流阻抗谱的方法、原理以及该方法在地球深部物质电学性质研究中的一些应用。 交流阻抗谱方法是一种以小振幅的正弦波电位为扰动信号的电测量方法。由于以小振幅的电信号对体系进 行扰动,一方面可避免对体系产生大的影响,另一方面也使得扰动与体系的响应之间近似呈线形关系,这就使得测量结果的数学处理变得单。 同时它又是一种频率域的测量方法,通过在很宽的频率范围内测量阻抗来研究电极系统,因而得到比其他常 规的电化学方法更多的动力学信息及电极界面结构的信息。 如果对系统施加一个正弦波电信号作为扰动信号,则相应地系统产生一个与扰动信号相同频率的响应信号。 为时间。 如果对体系施加如式(1)的正弦信号,则体系产生如式(2)的响应信号
电化学曲线极化曲线阻抗谱分析 一、极化曲线 1.绘制原理 铁在酸溶液中，将不断被溶解，同时产生H2，即：Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 (a) 当电极不与外电路接通时，其净电流I总为零。在稳定状态下，铁溶解的阳极电流I(Fe)和H＋还原出H2的阴极电流I(H)，它们在数值上相等但符号相反，即：(1) I(Fe)的大小反映Fe在H+中的溶解速率，而维持I(Fe)，I(H)相等时的电势称为Fe／H+体系的自腐蚀电势εcor。 图1是Fe在H+中的阳极极化和阴极极化曲线图。图2 铜合金在海水中典型极化曲线 当对电极进行阳极极化(即加更大正电势)时，反应(c)被抑制，反应(b)加快。此时，电化学过程以Fe的溶解为主要倾向。通过测定对应的极化电势和极化电流，就可得到Fe／H+体系的阳极极化曲线rba。 当对电极进行阴极极化，即加更负的电势时，反应(b)被抑制，电化学过程以反应(c)为主要倾向。同理，可获得阴极极化曲线rdc。 2.图形分析 （1）斜率 斜率越小，反应阻力越小，腐蚀速率越大，越易腐蚀。斜率越大，反应阻力越大，腐蚀速率越小，越耐腐蚀。 （2）同一曲线上各各段形状变化 如图2，在section2中，电流随电位升高的升高反而减小。这是因为此次发生了钝化现象，产生了致密的氧化膜，阻碍了离子的扩散，导致腐蚀电流下降。 （3）曲线随时间的变动 以7天和0天两曲线为例，对于Y轴，七天后曲线下移（负移），自腐蚀电位降低，说明更容易腐蚀。对于X轴，七天后曲线正移，腐蚀电流增大，亦说明更容易腐蚀。 二、阻抗谱 1.测量原理 它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压（或电流）对测得的信号电流（或电压）的相位移及阻抗的幅模值。从这些数据中可以计算出电化学响应的实部和虚部。阻抗中涉及的参数有阻抗幅模（| Z |）、阻抗实部（Z,）、阻抗虚部（Z,,）、相位移（θ）、频率（ω）等变量，同时还可以计算出导纳（Y）和电容（C）的实部和虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示。
电化学阻抗谱的应用及其解析方法 董泽华 华中科技大学 交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法,是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,由于频率响应分析仪的快速发展,交流阻抗的测试精度越来越高,超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步,对阻抗谱解析的自动化程度越来越高,这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 1. 阻抗谱中的基本元件 交流阻抗谱的解析一般是通过等效电路来进行的，其中基本的元件包括：纯电阻R ，纯电容C ，阻抗值为1/j ωC ，纯电感L ，其阻抗值为j ωL 。实际测量中，将某一频率为ω的微扰正弦波信号施加到电解池，这是可把双电层看成一个电容，把电极本身、溶液及电极反应所引起的阻力均视为电阻，则等效电路如图1所示。 Element Freedom Value Error Error %Rs Free(+)2000N/A N/A Cab Free(+)1E-7N/A N/A Cd Fixed(X)0N/A N/A Zf Fixed(X)0N/A N/A Rt Fixed(X)0N/A N/A Cd'Fixed(X)0N/A N/A Zf'Fixed(X)0N/A N/A Rb Free(+)10000N/A N/A Data File: Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\12861 Dummy Cell.mdl Mode: Type of Weighting: Data-Modulus 图1.用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的等效电路 图中AB 分别表示电解池的研究电极和辅助电极两端，Ra,Rb 分别表示电极材料本身的电阻,Cab 表示研究电极与辅助电极之间的电容,Cd 与Cd ’表示研究电极和辅助电极的双电层电容,Zf 与Zf ’表示研究电极与辅助电极的交流阻抗。通常称为电解阻抗或法拉第阻抗，其数值决定于电极动力学参数及测量信号的频率，Rl 表示辅助电极与工作电极之间的溶液电阻。一般将双电层电容Cd 与法拉第阻抗的并联称为界 面阻抗Z 。 实际测量中，电极本身的内阻很小，且辅助电极与工作电极之间的距离较大，故电容Cab 一般远远小于双电层电容Cd 。如果辅助电极上不发生电化学反映，即Zf ’特别大，又使辅助电极的面积远大于研 究电极的面积（例如用大的铂黑电极），则Cd ’很大，其容抗Xcd ’比串联电路中的其他元件小得多,因此辅 助电极的界面阻抗可忽略,于是图1可简化成图2，这也是比较常见的等效电路。 Element Freedom Value Error Error % Rs Fixed(X )1500N/A N/A Zf Fixed(X )5000N/A N/A Cd Fixed(X )1E-6N/A N/A Data File:Circuit Model File:C:\Sai_Demo\ZModels\Tutor3 R-C.mdl Mode: Run Simulation / Freq. Range (0.01 - 100Maximum Iterations: 100Optimization Iterations: Type of Fitting: Complex 图2.用大面积惰性电极为辅助电极时电解池的简化电路 2. 阻抗谱中的特殊元件 以上所讲的等效电路仅仅为基本电路，实际上，由于电极表面的弥散效应的存在，所测得的双电层电容不是一个常数，而是随交流信号的频率和幅值而发生改变的，一般来讲，弥散效应主要与电极表面电流分布有关，在腐蚀电位附近，电极表面上阴、阳极电流并存，当介质中存在缓蚀剂时，电极表面就会为缓蚀剂层所覆盖，此时，铁离子只能在局部区域穿透缓蚀剂层形成阳极电流，这样就导致电流分布 极度不均匀，弥散效应系数较低。表现为容抗弧变“瘪”，如图3所示。另外电极表面的粗糙度也能影响弥散效应系数变化，一般电极表面越粗糙，弥散效应系数越低。 2.1 常相位角元件（Constant Phase Angle Element ，CPE ）
对电化学电池使用一正弦信号激励，然后分析产生的电流，这是最早用来测量快速电子转移反应速率常数的一种方法．在任何快速反应的测量中，无论采用什么技术，都必须在短时间得到有关信息，否则扩散，而不是动力学，成为速率决定过程．交流电桥一度曾是可用来在毫秒及更短时间量程上测量的唯一仪器方法，利用平衡下的电化学电池作为wheatstone电桥的未知臂，从而建立了目前的交流电技术和分析方法的基础．现代仪器方法位交流电测量比手动平衡电桥迅速得多，因此可在动态而不是平衡条件下连续记录交流电参数，例如在循环伏安法或极谱实验中．在时间量程的另一端，交流电技术在腐蚀腐蚀研究中现在是重要的，在这方面，快速响应不如常见的涉及表面和溶液反应的复杂过程的全面分析来得重要．这里现代计算方法在交流电方法得应用中是必不可少的． 8．2 电化学电池阻抗的测量 在任何交流电方法中有几个共同性问题的考虑要记住． (a)激励信专的频率 如果交流电方法作为判别性方法使用，则频率范围应该尽可能宽．在理想中这意味着，如果所有理论工具已齐备，包括Kramers－Krong 分析法(见下文)，那么频率范围在6到7个10倍频，如10-2到105Hz 的潜力应充分使用． (b)线性． 专虑到基元反应步骤的速率是指数性依赖斤电位的，电化学过程在本质上是非线性的。然而最充分发展的交流电理论全是线件理论， 这意味着要使用它们就要将激励信号幅但保持得足够小，以使体系成 为非常近似于线性．(即可以应用Butlter－V olmer方程式的线性近似 式，见式(1．34)．)振幅容许值随试验的体系和频率领改变，但一般规 则是，峰—峰幅值不超过l0mV，除非有某种特别指明可以安全地这样 做，而且即使是这—低水平的扰动，也可能产生问题．非线性是通过在 电池响应中而产生激励信号的谐被而表现出来的，因此可以用频谱分 析仪之类的检测系统来检洲它们的存在相测迢它们的帕值．应该按常 规地使用示波器来监测电池电流中的交流成分，而由正弦波响应的可 见畸变作为表示任何显著的非线性的方法．进一步的简单检查是用不 问激励幅值进行分析，响应的如何差异都意味着非线性已成为问题． (c)谬误的响应 众所用知，交流电技术易于因测量回路中的谬误效应而产生歪曲．不易设计一种恒电位仪，在高频时不发生相位移而仍具有足够高的增 益．接线与地和接线本身之间的杂散电容，以及接线和电池内部结构 的自感应在很高的频率时总是一个问题． 设计良好的电池可以帮助在一定程度上减轻这些问题，应该对下列几点加以注意．工作电极相对电圾应该对称放置，以便提供非常均 匀的电流分布．Luggin毛细管应该靠近工作电极，但不要靠很大近， 这样可尽可能减小末补偿的Ohm电阻，但又避免了引起不规则电流 分布的屏蔽效应．毛细管最好应该是直而短的，但口径不要太细，否则 其电阻将是高的．参考电极本身的电阻应尽可能地低，并通过一个用 短导线与之相连的高输入阻抗的单位增益放大器来对之进行缓冲，以 便将参考回路的RC时间常数降到最小(参见第十一章)．
一、 概述 二、电化学极化下的交流阻抗 三、存在浓差极化的交流阻抗 四、各种电极的阻抗与复平面 五、交流阻抗数据测量及实验注意事项 六、电化学阻抗谱的数据处理与解析 七、 交流阻抗的应用
电化学测量技术
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一、概述
1、交流阻抗测量法含义 交流阻抗法（alternating current impedance, AC impedance）是指控制通过电化学系统的电流 （或电势）为小幅度正弦交流信号，同时测量相 应的系统电势（或电流）随时间的变化，或者直 接测量系统的交流阻抗（或导纳），进而分析电 化学系统的反应机理、计算系统的相关参数。
电化学测量技术
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交流阻抗法包括两类技术 电化学阻抗谱：（electrochemical impedance spectroscopy, EIS） 是在某一直流极化条件下，特别是在平衡 电势条件下，研究电化学系统的交流阻抗随频 率的变化关系。 交流伏安法：（AC voltammetry） 是在某一选定的频率下，研究交流电流的 振幅和相位随直流极化电势的变化关系。
电化学测量技术
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2、阻抗与导纳
一个未知内部结构的物理系统就像一个黑箱，其内部结构 是未知的。 从黑箱的输入端施加一个激励信号（扰动信号），在其输 出端得到一个响应信号。 激励信号 或扰动信号 物理系统 （电化学系统） 响应信号
一个系统的传输函数是由系统的内部结构所决定的。 通过对传输函数的研究，可以研究物理系统的性质，获得 关于这个系统内部结构的有用信息。
电化学测量技术
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超级电容器电极材料性能测试的三种常用电化学方法，欢迎大家一起交流 ★★★★★★★★★★? 关于超级电容器电极材料性能测试常用的三种电化学手段，大家一起交流交流自己的经验。我先说说自己的蠢蠢的不成熟的经验。不正确或者不妥的地方欢迎大家指正批评，共同交流。希望大家都把自己的小经验，测试过程中遇到的问题后面如何解决的写出来，共同学习才能共同进步。也希望大家可以真正的做到利用电化学板块解决自己遇到的电化学问题。 循环伏安cyclic voltammetry (CV) 由CV曲线，可以直观的知道大致一下三个方面的信息 ? Voltage window（水系电解液的电位窗口大致在1V左右，有机电解液的电位窗口会在2.5V左右）关于很多虫虫问，电位窗口应该从具体的哪个电位到哪个电位，这个应该和你的参比电极和测试体系有关。工作站所测试的电位都应该是相对于参比电极的，所以不要纠结于为什么别人的是0-1V，而你测试的是-0.5-0.5V，这个与参比电极的本身电位（相对于氢标的电位）以及测试的体系本身有很大关系。?Specific capacitance （比电容，这个是超级电容器重要的参数之一，可以利用三种测试手段来计算，我一般都是利用恒电流充放电曲线来计算） ?Cycle life （超级电容器电极材料好坏的另一个比较重要的参数，因为一个很棒的电极材料应该是要做到既要有比较高的比电容又要有比较好的循环稳定性） 测试的时候比较重要的测试参数：扫描速度和电位扫描范围。电位的扫描范围，一般会在一个比较宽的范围扫描一次然后选择电容性能还比较好的区间再进行线性扫描，扫描速度会影响比电容，相同的电极材料相同测试体系扫速越大计算出的比电容会越小。
交流阻抗的测量方法 交流阻抗法是电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。特别是近年来,交流阻抗的测试精度越来越高，超低频信号阻抗谱也具有良好的重现性，再加上计算机技术的进步，对阻抗谱解析的自动化程度越来越高，这就使我们能更好的理解电极表面双电层结构，活化钝化膜转换，孔蚀的诱发、发展、终止以及活性物质的吸脱附过程。 （1）交流阻抗：交流阻抗即阻抗，在电子学中，是指电子部件对交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性;在电化学中，是指电极系统对所施加的交流激励信号呈现出的电阻和电抗的复合特性。阻抗模的单位为欧姆，阻抗辐角(相角）的单位为弧度或度。 （2）交流阻抗谱：在测量阻抗的过程中，如果不断地改变交流激励信号的频率，则可测得随频率而变化的一系列阻抗数据。这种随频率而变的阻抗数据的集合被称为阻抗频率谱或阻抗谱。阻抗谱是频率的复函数，可用幅频特性和相频特性的组合来表示;也可在复平面上以频率为参变量将阻抗的实部和虚部展示出来。测量频率范围越宽，所能获得的阻抗谱信息越完整。 RST5200电化学工作站的频率范围为：0.00001Hz～1MHz，可以很好地完成阻抗谱的测量。 （3）电化学阻抗谱：电化学阻抗谱是一种电化学测试方法，采用的技术是小信号交流稳态测量法。对于电化学电极体系中的溶液电阻、双电层电容以及法拉第电阻等参量，用电化学阻抗谱方法可以很精确地测定;而用电流阶跃、电位阶跃等暂态方法测定，则精度要低一些。另外，像扩散传质过程等需要用较长时间才能测定的特性，用暂态法是无法实现的，而这却是电化学阻抗谱的长项。
（4）电化学阻抗谱测量的特殊性：就测量原理而言，在电化学中测量电极体系的阻抗谱与在电子学中测量电子部件的阻抗谱并没有本质区别。通常，我 们希望获得电极体系处于某一状态时的电化学阻抗谱。而维持电极体系的状态，须使电极电位保持不变。通常认为，电极电位变化50mV以上将会破坏现有的状态。因此，在电化学阻抗谱测量中，必须注意两个关键点，即：偏置电位和正弦交流信号幅度。 （5）正弦交流信号的幅度：为了避免对电化学电极体系产生大的影响以及希望其具有较好的线性响应，正弦交流信号的幅度通常可设在2～20mV之间。 （6）自动去偏：在电化学阻抗谱测量过程中，由于偏置电位不一定等于开路电位以及少量的非线性作用，在工作电极电流中还会含有直流成分。去除这个直流成分(偏流），可扩大交流信号的动态范围、提高信噪比。RST5200电化学工作站，可在测量过程中动态地调整去偏电流，使获得的阻抗谱数据更精准。另外，在软件界面的状态栏中，可实时显示工作电极的极化电流，供操作者参考。 以上为交流阻抗的相关说明，下面我们就实验设置过程中遇到的专业名词作简要概述，以便使用者更好的了解交流阻抗方法。
理工大学研究生课程论文 题目电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应用姓名郝科 学号WP2015007 (材料保护研究所) 专业班级材研1510
电化学交流阻抗技术在腐蚀与防护中的应 用研究 摘要: 交流阻抗技术(AC impedance) 又称为电化学阻抗谱( electrochemical impedance spectroscopy, 简称EIS) , 是一种以小振幅的正弦电位( 或电流) 为扰动信号的电化学测量方法。腐蚀科学是交流阻抗技术获得应用的一个重要领域。交流阻抗发式电化学测试技术中一类十分重要的方法，是研究电极过程动力学和表面现象的重要手段。交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率围广、对体系扰动小的特点，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具．它是基于测量对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的颓率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部与虚部．阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅模(1zI)、阻抗实部(z7)、阻抗虚部(z”)、相位移(口)、频率(u)等变量，同时还可以计算出导纳(y)和电容(c)的实部与虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示，每一种方式都有其典型的特征，根据实验的需要和具体体系．可以选择不同的图谱形式进行数据解析.
1 交流阻抗技术的发展 随着电化学理论的不断完善与发展, 电化学方法也得到了相应的发展。在电化学测量中做出了重要贡献的是Stern 和他的同事。他们在1957 年提出了线性极化的重要概念, 虽然线性极化技术有着一定的局限性, 但在实验室和现场快速测定腐蚀速度时还是一种简单可行的方法。腐蚀工作者在随后的十余年中又做了许多工作, 完善和发展了极化电阻技术。电子技术的迅速发展促进了电化学测试仪器的发展, 现代电子技术的应用和用于暂态测量测试仪器的出现, 一些快速测量方法和暂态响应分析方法也得到了发展, 最典型的例子就是 交流阻抗技术的发展。最初测量电化学电阻采用交流电桥和沙育方法等, 这些方法既费时间又较繁琐, 干扰影响也大。随着电子技术的发展, 锁相技术和相关技术的仪器( 如频率响应分析仪、锁相放大器等) 被用于交流阻抗测试, 它们的灵敏度高, 测试方便, 而且容易应用扫频信号实现频域阻抗图的自动测量。后来可以利用时频变换技术从暂态响应曲线得到电极系统的阻抗频谱, 从而实现了在线测量, 追踪电极表面状态的变化。最近一种利用震动探针电极测量局部电极阻抗的技术也得到开发。计算机技术引入电化学领域, 可以由计算机对电化学交流阻抗测量进行控制, 自动完成数据采集和数据分析。 2 交流阻抗的基本原理 在一个纯电容C 上加一个e= Esinwt 的正弦电压, 响应电流i = ( E / R ) sinwt , 由于i = C ( de/d t ) ; 因此, i = wCEcoswt 或i = ( E / XC ) sin ( wt +90b) , 其中XC= ( wc) 称为容抗, 相角为90b。对纯容抗用向量表示激励正弦电压与响应正弦电流的关系, 可写为E = - jXCIb , 或E = I bZ , 其中Z = - jX C= - j / ( wc) 称为阻抗。交流阻抗可以表示成复数平面的矢量或
《发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗测量》 一、试验目的：如果转子绕组出现匝间短路，则转子绕组有效匝数就会减小，其交流阻抗就会减小，损耗会有所增大，因此，通过本次测量转子绕组交流阻抗和功率损耗，与历次试验数据相比，就可以有效地判断转子绕组是否有匝间短路。轻微的匝间短路并不会对发电机产生很大的影响，常常被忽略，但如果匝间短路程度加剧，则会引起机组的振动增大，励磁电流增大，严重时造成转子一点甚至两点接地故障，大轴磁化、烧毁护环恶性事故的发生。因此对发电机转子绕组匝间短路故障的检测十分必要。 二、试验方法：通过滑环向转子绕组施加交流电压，通过仪器自动读取电压、电流、功率损耗和交流阻抗。施加电压的大小用调压器来调节。 三、试验仪器：HVZ-Ⅱ发电机转子交流阻抗测试仪、调压器 四、试验步骤：（1）试验前先确认转子绕组的励磁回路已全部断开并验电。（2）对试验现场进行封闭，用围栏或绳子将试验现场围起。 （3）用量程为500V的兆欧表对转子进行绝缘电阻测量。 （3）按试验原理图接好试验线路，带电空试以检查试验设备和各仪器仪表是否正常。 （4）试验电压的确定：对于额定励磁电压在400V及以下的绕组，施加的电压一般考虑为其电压值等于额定励磁电压。额定励磁电压大于400V时，电压可适当降低，对于本次#5发电机转子交流阻抗试验施加电压220V即可满足条件。（5）确定好接线后，打开仪器，设置电压步长，可选择单向测量或双向测量，选择单相测量后进行慢慢升压，读取并记录电压、电流、交流阻抗和功率损耗。（6）分别在盘车状态下、500r/min、1400 r/min、2200 r/min、3000 r/min转速下进行转子交流阻抗测量，每种状态都应在几个不同的电压下进行测量。 （7）试验完毕后，断开电源，然后需检查试验仪表是否正常，收拾仪器并清理场地。 五、试验标准：1、阻抗和功率损耗值自行规定。在相同试验条件下与历年数值比较，不应有显著变化。相差10%应该引起注意。 2、隐极式转子需要在膛外或膛内以及不同转速下测量。 3、每次试验应在相同条件、相同电压下进行，试验电压峰值不超过额定励磁电