Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Кондуктометрические измерительные преобразователи
Кондуктометрические методы определения концентрации растворов основаны на измерении пассивных параметров эквивалентной электрической схемы замещения электрохимической ячейки (R,L,C). При проведении измерений нужно учитывать, что напряжение поляризации электродов в растворе ( ) является постоянным напряжением и может составлять несколько вольт, поэтому для измерения сопротивления электролитической ячейки используют переменное напряжение, значительно превышающее значение . Величина переменного тока, протекающего через электрохимическую ячейку, характеризует также наличие емкостной составляющей (опережает напряжение). Нужно иметь в виду, что электрическая емкость такой ячейки зависит от частоты и плотности тока: ; (4.8) Поэтому определенному значению тока и частоты будет соответствовать и определенное значение емкости электрохимической ячейки. Для измерения проводимости растворов и связанных с ней других физических величин создают контактные и бесконтактные кондуктометрические преобразователи. В контактных преобразователях используют электроды из платины, ртути, нержавеющей стали и т.п. Для исключения влияния приэлектродных явлений в растворах используют 4-х электродные измерительные схемы. В бесконтактных измерительных устройствах используют низкочастотные (индукционные, трансформаторные) или высокочастотные (емкостные) первичные преобразователи.
Рисунок 4.5 Принципы конструктивного исполнения кондуктометрических измерительных преобразователей.
В основе механизма чувствительности кондуктометрических измерительных устройств лежит реализация функциональной зависимости параметров первичного преобразователя от расстояния между электродами, изменения их площади, изменения удельной проводимости, диэлектрической и магнитной проницаемости растворов. При этом широко используют мостовые и резонансные методы измерений. На основе электрохимических преобразователей создают датчики, называемые ионисторами. Принцип работы таких устройств основан на определении характеристик двойного электрического слоя (запирающий слой, обедненный носителями зарядов), создаваемого электродами в растворе. Эта разновидность электрохимических преобразователей аналогична полупроводниковым диодам, триодам и т.п.
Рисунок 4. 6 Устройство и принцип работы ионисторов.
Электрохимические триоды и тетроды используют для усиления токов, создания генераторов сигналов инфранизких частот, а также в качестве элементов памяти. Такие устройства характеризуются малым уровнем собственных шумов, малым дрейфом нуля. Существует также конвекционные ионисторы. Конструктивно они состоят из двух полостей, заполненных электролитом, перемещающимся в процессе измерительного преобразования под действием электрических и магнитных полей и других воздействий. Устройства данного типа используют для измерения: расхода; перепада давлений; усилий; параметров вибраций; вязкости и т.п. Такие преобразователи имеют малые габариты, массу, электропотребление, характеризуются высокой чувствительностью. При создании кулонметрических преобразователей реализуют интегрирование тока или напряжения во времени. В качестве рабочего вещества применяют ртуть, газ (водород) и др. В отличие от ионисторов в данных преобразователях происходят различные типы физико-химических преобразований (электрод может растворяться, происходит конденсация паров и т.п.). Принцип работы устройств данного типа основан на использовании явления электролиза. Связь между массой, выделившегося на электроде вещества и количеством электричества, пропущенного через электролит, определяется формулой: (4.9) где: n – валентность ионов; A – молярная масса; M – масса выделившегося вещества.
Рисунок 4.7 Устройство кулонметрического преобразователя.
В устройстве, показанном на рисунке, при протекании тока через раствор в результате электролиза ртуть с анода переносится на катод, что приводит к перемещению капли электролита вдоль капилляра на определенную длину , пропорциональную величине тока и времени интегрирования: (4.10) Существуют кулонометрические управляемые резисторы – мимисторы. Их используют в качестве ячеек памяти, элементов коррекции медленных дрейфов тока, а также для определения времени работы устройств, для измерения влажности, толщины покрытий, для создания генераторов инфранизких частот, ячеек памяти и т.п.
|
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-22; Просмотров: 426; Нарушение авторского права страницы