Институт в фотографиях

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

ipu-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

Диапазон устанавливаемых напряжений, В

от ±10-3 до ±10

Дискретность установки напряжений, мВ

0.3052

Точность установки напряжений, %, не более

0,1

Точность измерения напряжений, %, не более

0,05

Диапазон выходных токов, А

от ±10-6 до ±0,1

Число диапазонов измерения тока, шт

4

Пределы измерения тока для каждого диапазона, соответственно, А

±250*10-6;±2,75*10-3;±25,2*10-3; 0,1

Точность измерения тока для каждого диапазона, %,не более

0,1

Быстродействие АЦП тока и напряжения, отсчетов/сек, не менее

10000

Входной импеданс измерителя напряжения, ГОм, не менее

2,5

Входной импеданс измерителя тока, мОм, не более

2

Канал связи с ПК

USB-2.0.

 

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

ipu-02Измерительно-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

Регулируемый источник постоянного напряжения
      Диапазон устанавливаемых напряжений, В
      Дискретность установки напряжений, мВ
      Максимальный ток, мА

от -100 до 100
3
25
Модуль измерения напряжения
      Диапазоны измерения напряжения, В
      Максимальное разрешение, нВ

от -10 до 10;  от -100 до 100
70
Модуль измерения тока на базе трансимпедансного каскада
      Диапазоны измерения тока, мА
      Максимальное разрешение, фА

от -0,025 до 0,025 мкА, от -25 до 25           
70
Модуль измерения тока на базе преобразователя заряд/цифра
      Диапазон измерения тока, мкА
      Максимальное разрешение, фА

от 0 до 20
15
Канал связи с ПК USB-2.0.

 

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.

ris1ab

а) двухэлектродная ячейка                                           б) трехэлектродная ячейка

ris1c

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.

ris2

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

ris3 

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.

ris4

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

ris5

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

 

Компактный лабораторный горячий пресс

ris6Разработано 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

Установка периодического действия, косвенный нагрев сопротивлением, загрузка элеваторного типа (снизу), автономная система водяного охлаждения замкнутого типа, среда в горячей зоне – инертный газ (аргон), нагреватель и теплоизоляция из углеродных материалов, возможность ручного и автоматизированного управления  
Максимальная температура горячей зоны 2000 °С
Максимальное значение давления, развиваемое прессом 200 мпА
Объем рабочего пространства (высота / диаметр) 60/40 мм
Размеры установки 2000х2000х700 мм
Масса установки 150 кг
Питание от сети переменного тока 220 В, 50 Гц
Потребляемая мощность 8 кВт

 

Доступные для скачивания материалы

Измерительно-питающее устройство ИПУ-01

Измерительно-питающее устройство ИПУ-02

Многоканальная система для испытания суперконденсаторов

Компактный лабораторный горячий пресс