evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 40
Текст из файла (страница 40)
454) представляет собой два электрода 1, погруженные в раствор 3. Электролитические преобразователи в основном применяются для измерения концентрации растворов, кроме того, оии используются для измерения перемещения, скорости, механических деформаций, температуры и других физических величин. В преобразователях, предназначенных для измерения концентрации, электроды делаются неподвижными. Сопротивление между электродами преобразователя )ь' обрапю пропорционально удельной электрической проводимости электролита у: (4.154) Коэффициент й называется постоянной преобразователи.
Он определяется экспериментально по сопротивленшо преобразователя, заполненного раствором с известным значением у. Электрические преобразователи включаются в мостовые измерительные цепи и часто работает с автоматическими мостами. Сопротивление преобразователей сильно зависит от температуры. Для компенсации этой зависимости последовательно с электролитическим преобразователем включаются терморезисторы.
Питание моста с злектролитическими преобразователями произво- ' дится напряжением перемЕнного тока с промышленной частотой или частотой в несколько килогерц. Если электролитические щэеобразо- 192 с, и Сз — гг ему с„, Рис. 455 ватели питать напряжением постонного тока, то будет происходить злектролиз раствдра и изменится его концентрация в приэлектродных областях.
Постоянный ток производит также поляризацию электродов. То и другое явления создают погрешность. Для повьппения стабильности преобразователя его электроды должны быть химически инертны по отношения к исслецуемому раствору. Они выполняются из платины, нержавеющей стали или графита. Загрязнение электродов, изменение их активной площади вызывают погрешность. Более надежны бесконтактные злектролитические преобразователи, токоведушие элементы которых изолированы от электролита. На рис.
4.55„а показан высокочастотный бесконтактный преобразователь. Он прецставляет собой стеклянную трубку с тремя цилиндрическими камерами, через которую протекает исследуемый раствор. На внешнюю цилиндрическую поверхность камер наносится металлическое покрьггие, служащее электродом. Два крайних электрода 1, 2 соединены вместе и заземлены, средний электрод 3 подключается к измерительной цепи. Эквивалентная схема приведена на рис. 4.55,б. На этой схеме й, и Лз — сопротивления раствора в левой и правой трубках; Ср, и Срз — емкости раствора в соответствующей трубке; С,, Сз, Сэ — емкости между соответствующим электродом и раствором. В конденсаторах Ср, и Срз диэлектриком служит раствор, в конденсаторах Сп Сз, Сэ — стекло.
Преобразователь питается напряжением с частотой несколько мегагерц. Гальванические преобразователи. Принцип действия гальванического преобразователя основан на зависимости потенциала электрода от концентрации ионов в растворе. Металлический электрод, погруженный в раствор электролита, частично в нем растворяется. Положительные ионы металла переходят в раствор, и электрод получает отрицательный заряд. Образованная разность потенциалов между электродом и раствором препятствует переходу ионов металла, и растворение электрода прекращается. При равновесии электрический потенциал электрода зависит от концентрации ионов в растворе и может служить для определения их концентрации. Конструктивно гальванический преобразователь ~рис.
456) состоит из двух полуэлементов Е и 3, которые гальванически соединены 193 7-6016 между собой электрическим ключом 3. Полуэлемент представляет собой сосуд с раствором электролита, в который погружен металлический электрод. В одном полу- элементе находится раствор, концентрация которого измеряется, в другом — раствор с известной концентрацией.
Электролитический ключ — это трубка, заполненная Рик 456 раствором КС1 и закрьпая с двух сторон полупроницаемыми пробками из ваты или асбеста. ЭДС преобразователя Е, измеряемая между двумя электродами, определяется неизвестной концентрацией. Большое значение имеет определение концентрации ионов водорода Н' в растворах. Чистая дистиллированная вода, хотя и немного„ но диссоциирована на ионы. Согласно закону действуюших масс и вследствие малой диссоциации воды ионное произведение воды (4. 155) Н ~ОН где ан+ и абн- — концентрация ионов Н+ и ОН, выраженные в моль/л.
Ионное Произведение воды — величина настоянная, при 22 'С равная 10 ~4. Если в воде растворить кислоту, то при диссоцнацни ее молекул концентрация ионов Н возрастаег и, следовательно, уменьшается концентрация ионов ОН . Растворение оснований изменяет концентрации Н+ и ОН противоположным образом. Концентрация ионов водорода характеризует кислотность раствора. Кислотность влияет на протекание многих химических реакций, и биохимических процессов. Единицей ее измерения служит водородный показатель (4.156) рН = — 1йан . В качестве примера в табл. 4.3 приведены величины рН для различных концентраций соляной кислоты и едкого патра. Приборы, служащие для измерения водородного показателя, называются рН-меттчлчи.
Их первичными преобразователями служат гальванические преобразователи, в которых роль металла играет водород, роль металлических ионов — ноны Н+. Типичным полуэлементом рН-метра является водородный электрод 1 на рис. 4.57. Он представляет собой стеклянный сосуд с электролитом, в который погружена пластинка, покрытая мелкодиспер. спой платиной (платиновой чернью). Снизу на пластинку подается газообразный водород. Он адсорбируется платиной и частично в виде ионов Н переходит в раствор. Вследствие оставшихся на пластинке 194 Тебянве 4.3.
Таблица зависимости знзчений РН аг концентрации растворов Концентрация Солерягзние 1исгвора, ионов Н+, моль/л г/л рн Раствор электролита Концентрированная соляная кислота НС1 Ковцаггрнровенная соляная кислота НО) Разбавленная соляная кислота НС1 Чистая вода (найгральнгяй раствор) Разбавленная щелочь МзОН Разбавленная щелочь НаОН 10 з 0,1 10 4 0.0001 10-7 10-зс 10 г 0,0001 10 0,01 12 Рве.
4.57 электронов она имеет отрицательный потенциал относительно раствора. Для измерения кислотностн используют два полуэлемента. Один полуэлемент 1 заполняется электролитом с известной концентрацией„другой 2 — электролитом, значение рН которого нужно измерить. Развиваемая между электродами разность потенциалов Е определяется выражением (4.157) Е = СТ!п ((ан е)я/(ане)с) 195 где С вЂ” постоянная; Т вЂ” температура, К, (а +)„— измеряемая кон- центрация ионов Н; (а +)о — концентрация ионов Н+ образцово- го раствора.
Если в качестве образцового используется раствор с нормальной концентрацией ионов Н+ (1 г/и) и измерение производится при 18 'С, то разность потенциалов К~э = 0,0581п(а )„= — 0,058рН. (4.158) Водородный электрод позволяет измерять рН в пределах от 0 до 14 с высокой точноспю. Однако через преобразователь необходимо непрерывно пропускать газообразный водород. В настоящее время имеются стеклянный, хлорсеребряный и другие рН-метры, лишенные этого недостатка. Измерение ЭДС гальванических преобразователей должно производиться при минимальном токе, поскольку при протекании тока происходит электродиз и изменяется концевтрация раствора в приэлектродной области, что создает погрешность.
Кроме того, при протекании тока происходит падение напряжения на цовольио болыпом внутреннем сопротивлении преобразователя, что также вносит погрешность в измерение ЭДС. ЭДС рН-метров измеряется либо электронными волыметрами с большим входным сопротивлением, либо с помощью потенциометров с ручным или автоматическим уравновешиваиием. ЭДС гальванического преобразователя зависит от температуры. Для уменьшения погрешности автоматические рН-метры имеют термокорректирующие цепи. 4.2.14. Датчики ГСП ллн измереиия теплоэиергетических Введение. В рамках Государственной системы приборов (ГСП) для измерения теплоэнергетических величин (температуры, давления, расхода жидкости или газа, уровня жидкости и др.) разработан комплект датчиков, состоящих из двух модулей.
Один из них преобразует измеряаиую физическую величину в силу ипи перемещение, другой — эту промежуточную величину в унифицированный электрический сигнал постоянного тока. Модуль, преобразующий измеряемую величину, может быль агрегатно соединен с модулем, преобразующим силу или перемещение в унифицированный электрический сигнал. Первичный и вторичный модули образуют датчик. Для преобразования промежуточной величины в унифицированный электрический сыпал наибольшее поимеиение нашли электросиловой (с силовой компенсацией), дифференциально-трансфорьятор.
иьш и магиитомод1'ляпиоииый датчики. Дапшки 1СП с электросиловым преобразователем (с силовой компенсацией) . Схема датчика лриведена на рис. 458. Сила г, разви- 196 рис. 458 ваемая первичным преобразователем (модулем), через рычажную систему, состоящую из рычагов 1, 2, передается на рычаг 3. На этом рычаге смонтирован сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5 и катушка 6 магннтоэлектрического обратного преобразователя 7. Рычажная система преобразует силу Г в силу г'1 = йг', приведенную в катушке 6. коэффициент а равен передаточному отношеншо рычажного механизма.
Сила Г1 вызывает перемещение якоря дифференциально-трансформаторного преобразователя х. При этом на его выходе появляется напряжение У = 111х. Напряжение усиливается усилителем 8 и преобразуется в ток 1 = й1лтх = = Ю1х, где 61 — чувствительность прямого преобразователя, й1 коэффициент усиления усилителя. Ток проходит через сопротивление нагрузки Лн и обмотку преобразователя обратной связи 6. Под действием тока обратный преобразователь развивает силу, пропорциональную току 1 и стрем1пцуюся уменьшить перемещение х; (4.159) ~21 ~162х ое гце Ю2 — чувствительность обратного преобразователя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
