Устройство и принцип действия кондуктометра

Б 2.8.2  устройство и принцип действия кондуктометра

Все вещества, существующие в природе, с точки зрения электротехники, в основном подразделяются на проводники и изоляторы. Еще существуют существа полупроводники, которые применяются для изготовления радиоэлектронной промышленности полупроводниковых элементов - диодов, транзисторов и т.п. К проводникам электрического тока относятся все металлы, кислотные, щелочные и солевые растворы в зависимости от их концентрации.

В растворах электролитов электрические заряды переносятся ионами. Способность раствора проводить электрический ток характеризуется его электрическим сопротивлением или его обратной величиной - электрической проводимостью. Электропроводность растворов зависит от физико-химических свойств растворителя и растворенного вещества: концентрации и подвижности находящихся в растворе ионов, зарядов ионов, температуры и вязкости растворителя и других факторов. По электропроводности раствора можно количественно определить концентрацию растворенного вещества. Измерение электропроводимости растворов называется кондуктометрией, а приборы, основанные на этом методе измерения - кондуктометрами. Использование кондуктометров сокращает затраты труда на ручной контроль, повышает оперативность и надежность контроля. На основе кондуктометрии автоматизируются различные технологические процессы и водоподготовка. Важным преимуществом кондуктометрии является возможность достаточно точного оперативного контроля качества воды высокой степени чистоты, химико-аналитические методы анализа которой становятся весьма сложными и трудоемкими.

Электрическое сопротивление проводника в электротехнике выражается формулой:

R = (1/c) x (L/S)  ,                                                                                        (18)

где

R - сопротивление, Ом;

c (каппа)- удельная электрическая проводимость, См/см (сименс на сантиметр);

L - длина проводника, см;

Рекомендуемые материалы

S - площадь поперечного сечения проводника, см².

Формула 1 применима и для растворов электролитов. В этом случае L означает расстояние между электродами, S - площадь электродов.

Удельная электрическая проводимость электролита (c) представляет собой электропроводимость раствора, находящегося между параллельными электродами площадью 1 см², отстоящими друг от друга на расстоянии 1см.

Проводимость растворов - величина обратная сопротивлению.

Обозначение проводимости - r (ро)

r = 1/R = 1/Ом  или R = 1/r (Ом)                                                               (19)

т.е. сопротивление электрическому току растворов кислот, щелочей и солей находится в обратно-пропорциональной зависимости: чем выше концентрация растворов, тем меньше значение сопротивления электрическому току оказывают эти растворы. Это явление и положено в основу принципа действия кондуктометра. Измеряя проводимость (сопротивление) раствора, можно судить о концентрации солей. Изменение удельной электрической проводимости контролируемой пробы, функционально связанное с изменением ее концентрации, приводит к изменению сопротивления чувствительного элемента, которое измеряется при помощи блока преобразователя.

В электротехнике электрическая проводимость измеряется в сименсах (1Cм = 1/Ом). В кондуктометрии растворов небольшой концентрации пользуются обычно величиной, уменьшенной в 10⁶ раз - микросименс (мкСм). Удельная электропроводимость имеет при этом размерность (мкСм/см).

Удельная электрическая проводимость растворов получила широкое распространение в качестве характеристики электролитов, она легко определяется экспериментально и специфична для каждого электролита. Зависимость между удельной электропроводимостью раствора и его электрическим сопротивлением, которое обычно измеряется приборами, находится по формуле:

c = (1/R) x (L/S)                                                                                           (20)

Отношение L/S характеризует геометрические размеры чувствительного элемента (датчика) кондуктометра и называется постоянной или константой элемента (С). Размерность постоянной часто выражают в сантиметрах, иногда встречается обратное значение С(см^-1).

В датчиках сложной конфигурации постоянная не может быть определена расчетным путем, ее находят экспериментально, тарируя чувствительный элемент (датчик) по растворам с заведомо известной электропроводимостью.

Значение постоянной (С) приводится в паспорте кондуктометра. По известному значению постоянной и измеренному электросопротивлению раствора определяют его электропроводимость (мкСм/см).

Информация в лекции "53 Кнд и ку зеркальных антенн" поможет Вам.

c = 10⁶/Rс                                                                                                    (21)

Если в растворе содержится несколько растворенных веществ, то для вычисления его электропроводимости применимо правило аудитивности (независимости) электропроводимостей ионов, согласно которому c раствора См/см является суммой электропроводимостей содержащихся в нем ионов:

c = 10^-3Sli х Сi ,                                                                                         (22)

где:

Ci - концентрация i-того иона, г-экв /л;

li - эквивалентная электропроводимость соответствующего этой концентрации иона, Смсм²/г.экв.