使用延長線的風險

介紹

電極線是電化學工作站*的一部分，并且可能會對整個系統的完整測量功能產生重大影響。電極線連接電化學工作站和測試體系。Gamry電極線是經過特殊設計和制造的，可大程度減小和消除噪聲對測試的影響。這些電極線具有可復制的屏蔽層，以減少測試體系附近其他電氣設備產生的外部電噪聲。此外，Gamry電極線也通過絞合以減少和消除互感的影響。

 很多時候，我們看到客戶在電極線的末端使用延長線，卻不了解這樣的操作可能產生的不良影響。本篇應用報告將說明為什么添加延長線會導致數據中的大量噪聲和失真。

什么時候缺少屏蔽會成為一個嚴重的問題？

有關整體系統限制的更多信息，請參考“低阻抗EIS極限：Gamry Reference 30k Booster的應用”和“精確度等高圖”。本篇應用報告僅涉及電極線本身。

 電極線連接電化學工作站和測試體系，電流流經電極線時會產生磁場，這一磁場會被電壓線檢測到。這種效應稱為互感，是一種頻率的函數。互感誤差在低頻時通常不明顯，而在高頻下*占主導電位。互感的阻抗誤差在等效電路模型中表示為與真實電池串聯的電感。移動電極線會引起這種互感的變化。

 外部變化的磁場和電場，例如由電動機設備，電腦內部冷卻風扇甚至電源線產生的磁場，都可能嚴重影響本地電線，包括電化學工作站和測試體系之間的連接線。電極線充當天線，在測試電路中引入變化的電壓和電流。

 在進行交流測試（如EIS測試）時，互感現象會變成一個很大的問題。直流測試受到外部變化的磁場和電場（例如其他科學儀器和電腦中的電動機）影響要小得多。

解決方法

實際上我們在導體周圍使用微型法拉第籠以消除外部噪聲。也就是說，編織屏蔽層環繞每一根電纜線。電纜線也要絞合在一起，以盡可能減小互感影響。我們還將電極線和電化學工作站一起校準，并允許您根據需要重做此校準。

…但是隨后您自己添加了延長線…

添加帶有鱷魚夾的延長線會使電化學工作站和測試體系之間連接更加方便。但是，這些線就像是天線，能夠拾取電動機引起的噪聲，也會為互感提供路徑。下面我們展示一個實際的例子。

我們使用Gamry Interface™ 1010電化學工作站以及標配的60cm標準電極線和一根1m的延長線。在5F電容器上進行控制電流模式的EIS測試（見圖1），結果如圖2所示。

 圖1 電化學工作站及其標準60cm電極線加上1m延長線，連接在電容器上

圖2 5F電容器使用標準電極線（藍）和添加了延長線（紅）的EIS數據對比

可以看到添加了延長線的EIS（紅）與標準電極線的EIS（藍）之間有明顯的差異。由磁場引起的干擾會嚴重影響數據結果和分析。如上文所述，延長線會加強互感的影響，同時會降低測量的有效帶寬。注意，高頻至1kHz，相角有很大的偏移。

接下來，我們增加了具有循環和加熱功能的Julabo® F25溫度控制浴槽，來對測試體系（帶有和不帶未屏蔽延長線）提供環境電噪聲來源。圖3說明了兩種情況之間明顯的差異。在這里，不僅互感增加，減小了有效帶寬，而且整個阻抗連低頻也有差異。

圖3 附近有電噪聲干擾下的，帶有（藍）和不帶（紅）未屏蔽延長線的EIS對比

我們看到的是哪種噪聲？

我們將電化學工作站連接在2 k?校準電解池上，用Gamry ESA410軟件捕獲實時電流和電壓信號并進行傅里葉功率譜分析（PSD）。圖4比較了帶和不帶電動機設備和屏蔽和未屏蔽電線的結果。

圖4 不同實驗條件下的傅里葉功率譜分析：藍色，標準屏蔽電極線線，沒有電動機；紅線，標準屏蔽電極線，有電動機；淺藍，添加未屏蔽的延長線，沒有電動機；綠色，添加未屏蔽的延長線，有電動機由上是阻抗功率譜圖

觀察到明顯的差異是，在恒溫水浴運行時，非屏蔽延長線中存在60Hz（電源線）干擾，以及二次諧波（120Hz）和三次諧波（180Hz）噪聲。不僅如此，即使沒有附近的電動機在運轉，使用非屏蔽延長線時，總體的噪聲水平也偏高。

總結

本篇應用報告介紹了對于許多電化學測試應用，必須使用屏蔽的電極線。我們不建議您使用延長線加在標準電極線上。如果想使用更長的屏蔽電極線，請與我們聯系。