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.

 

⇐ Предыдущая32333435363738394041Следующая ⇒

Поделиться: