книга в верде после распозна (1024283), страница 32

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 32)

нов мало, увеличение электропроводности пропорционально концент­рации растворенного вещества. При увеличении концентрации с в ре­зультате взаимодействия между ионами и уменьшения степени дис­социации пропорциональность нарушается (рис. 4.53).

Электролитический преобразователь (рис. 4.54) представляет со­бой два электрода 1, погруженные в раствор 2. Электролитические пре­образователи в основном применяются для измерения концентрации растворов, кроме того, они 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 R обратно пропорционально удельной электрической проводимости электролита у:

R = к/у. (4.154)

Коэффициент к называется постоянной преобразователя. Он определя­ется экспериментально по сопротивлению преобразователя, заполнен­ного раствором с известным значением у.

Электрические преобразователи включаются в мостовые измерив тельные цепи и часто работают с автоматическими мостами. Сопроти­вление преобразователей сильно зависит от температуры. Для ком­пенсации этой зависимости последовательно с электролитическим пре­образователем включаются терморезисторы.

Питание моста с электролитическими преобразователями произво- ' дится напряжением переменного тока с промышленной частотой или частотой в несколько килогерц. Если электролитические преобразо-192

I-oU Ri c

Рис. 4.55

ватели питать напряжением постойного тока, то будет происходить электролиз раствора и изменится его концентрация в приэлектрод-ньгх областях. Постоянный ток производит также поляризацию элект­родов. То и другое явления создают погрешность.

Для повышения стабильности преобразователя его электроды дол­жны быть химически инертны по отношения к исследуемому раство­ру. Они выполняются из платины, нержавеющей стали или графита. За­грязнение электродов, изменение их активной площади вызывают по­грешность.

Более надежны бесконтактные электролитические преобразовате­ли, токоведушие элементы которых изолированы от электролита. На рис. 4.55,а показан высокочастотный бесконтактный преобразователь. Он представляет собой стеклянную трубку с тремя цилиндрически­ми камерами, через которую протекает исследуемый раствор. На внеш­нюю цилиндрическую поверхность камер наносится металлическое по­крытие, служащее электродом. Два крайних электрода 1, 2 соедине­ны вместе и заземлены, средний электрод 3 подключается к измери­тельной цепи. Эквивалентная схема приведена на рис. 4.55,6. На этой схеме Ri и R2 — сопротивления раствора в левой и правой трубках; Ср1 и Ср2 — емкости раствора в соответствующей трубке; Сх, С2, Съ — емкости между соответствующим электродом и раствором. В конденсаторах Ср1 и Ср2 диэлектриком служит раствор, в конден­саторах Cir С2, С3 — 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 1 и 2, 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 полу­элементе находится раствор, кон­центрация которого измеряется, в другом — раствор с известной концентрацией. Электролитический ключ — это трубка, заполненная Рис. 4.56 раствором КС1 и закрытая 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 действующих масс и вследствие малой диссоциации воды ионное произведение воды

к =

ан+аон->*

(4.155)

где ан+ и аон--концентрация ионов Н* и ОН", выраженные в моль/л.

Ионное произведение воды — величина постоянная, при 22 °С рав­ная Ю-14. Если в воде растворить кислоту, то при диссоциации ее мо­лекул концентрация ионов Н* возрастает 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

РН = -lgaH+. (4.156)

В качестве примера в табл. 4.3 приведены величины рН для различ­ных концентраций соляной кислоты и едкого натра.

Приборы, служащие для измерения водородного показателя, на­зываются рН-метрами. Их первичными преобразователями служат гальванические преобразователи, в которых роль металла играет во­дород, роль металлических ионов — ионы 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 мелкодиспер­сной 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

Таблица 4.3. Таблица зависимости значений рН от концентрации растворов

NaOH

-of о-

'о ° о

ксе

г'

Рис. 4.57

электронов она имеет отрицательный потенциал относительно раство­ра. Для измерения кислотности используют два полуэлемента. Один цолуэлемент 1 заполняется электролитом с известной концентраци­ей, другой 2 — электролитом, значение рН которого нужно измерить. Развиваемая между электродами разность потенциалов Е определя­ется выражением

Е = CTln[(aH+)x/(flH+)0],

(4.157)

где С — постоянная; Г — температура, К, (ан +)х — измеряемая кон­центрация ионов (ан+)о — концентрация ионов Н+ образцово­го раствора.

0

Если в качестве образцового используется раствор с нормальной концентрацией ионов Н* (1 г/л) и измерение производится при 18 °С, то разность потенциалов

Е12 = 0,058 In (ав*)х = -0,058рН. (4.158)

Водородный электрод позволяет измерять рН в пределах от 0 до 14 с высокой точностью. Однако через преобразователь необходимо непрерывно пропускать газообразный водород. В настояшее 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 электролиз и изменяется концентрация раствора в приэлект-родной области, что создает погрешность. Кроме того, при протека­нии тока происходит падение напряжения на довольно большом внут­реннем сопротивлении преобразователя, что также вносит погреш­ность в измерение ЭДС. ЭДС рН-метров измеряется либо электрон­ными вольтметрами с большим входным сопротивлением, либо с по­мощью потенциометров с ручным или автоматическим уравновешива­нием.

ЭДС гальванического преобразователя зависит от температуры. Для уменьшения погрешности автоматические рН-метры имеют термо-корректирующие цепи.

4.2.14. Датчики ГСП для измерения теплоэнергетических величин

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 измеряемую физическую величину в силу или перемеще­ние, другой — эту промежуточную величину в унифицированный элект­рический сигнал постоянного тока.

Модуль, преобразующий измеряемую величину, может быть агре-гатно соединен с модулем, преобразующим силу или перемещение в унифицированный электрический сигнал. Первичный и вторичный модули образуют датчик.

Для преобразования промежуточной величины в унифицирован­ный электрический сигнал наибольшее применение нашли электроси­ловой (с силовой компенсацией), дифференциально-трансформатор­ный и магнитомодуляциснный датчики.

Датчики ГСП с электросиловым преобразователем (с силовой компенсацией). Схема датчика приведена на рис. 458. Сила F, разви-196

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 магнитоэлектрического обрат­ного преобразователя 7. Рычажная система преобразует силу F в си­лу Fi = kF, приведенную в катушке 6. Коэффициент к равен переда­точному отношению рычажного механизма. Сила Fj вызывает пере­мещение якоря дифференциально-трансформаторного преобразова­телях. При этом на его выходе появляется напряжение 17= ktx. Напря­жение усиливается усилителем 8 и преобразуется в ток / = кхк2х = = Stx, где Si — чувствительность прямого преобразователя, к2 — коэффициент усиления усилителя. Ток проходит через сопротивление нагрузки RH и обмотку преобразователя обратной связи 6. Под дей­ствием тока обратный преобразователь развивает силу, пропорцио­нальную току / и стремящуюся уменьшить перемещение х:

F = S2I = ЗДх = Ш,

(4.159)

где—чувствительность обратного преобразователя.

0

Обратный преобразователь развивает силу, аналогичную силе упру­гости обычной пружины, коэффициент W характеризует ее жесткость.

Сила Fi перемещает сердечник до тех пор, пока она не уравнове­сится силой обратного преобразователя Foc. Выходной ток преоб­разователя

/ = FQc/S2 = Fx/St (4.160)

при равновесии пропорционален силе Fx.

Структурная схема преобразователя может быть представлена, как показано на рис. 4.5. В § 4.1.4 было показано, что если W = SxS2 >

1, то характеристика преобразователя полностью определяется пре­образователем обратной связи. Изменение характеристик прямого преобразователя 1 мало влияет на характеристики сложного преоб­разователя с обратной связью. Погрешность сложного преобразова­теля (4.49) в основном определяется погрешностью преобразовате­ля 2 обратной связи. Когда требуется линейная функция преобразо­вания сложного преобразователя силы в унифицированный электри­ческий сигнал, в качестве преобразователя 2 применяется магнито­электрический преобразователь. Известно, что он является наиболее точным электромеханическим обратным преобразователем с линей­ной функцией преобразования.

В некоторых случаях, например для построения расходомеров с сужающими устройствами, требуется функция преобразования / = = k\/Fi. В этом случае в качестве обратного применяется электромаг­нитный преобразователь. При фиксированном перемещении якоря его функция преобразования имеет вид

F = к I2. (4.161)

ОС ОС 4 '

Характеристики

Список файлов книги