Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 146
Текст из файла (страница 146)
В цспн переменного тока двойной электрический слой эквивалентен электрической емкости С,п и С,з. Электрическая емкость двойного слоя Сж и С»з не зависит от часппы напряжения пи«айни и является функцией концентрации и размера приложенного к электродам потенциала. Эквьвалеитная электрическая схема процесса поляризации представляется в общем случае нелинейным зктивноемкостным сопротивлением Еф, которое называют фарадеевским импедансом.
Одна из моделей эквивалентной схемы определяется выражением Рнс. 22-2-4. Эквивалентная электрическая схема электродного преобразовашля. й (1 — () 2ф ° ) ы (22-2-22) где А — постоянная, Ом - с гlз; ы — угловая скорость, рад/с (в = 2гч)", 1 = 'гл — 1. Прн осуществлении технических измерений стремятся создать такую конструкцию электродного преобразователя, чтобы его полное сопротивление определялось активным сопротивлением фиксированного объема раствора мсзгду электродами )(и, а влияние злектрохимических процессов и обусловленных этвмн процессами реактивных ссставлягощнх электрического сопротивхения было бы пренебрежимо мало. Если этн условия выпознены с требуемым приближением, то электрическое сопротивление фиксированного объема раствора между ЭЛЕКтРОДаМИ ПРЕО6РаЗОВатЕЛЯ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ СОГЛаСНО Р г ДГ Слг вырюкению (22-2-3) следующей формулой: дг ~ лг )(, =1«зк '.
(22-2-23) РассмотРим УпрощсннУю эквнвалевтную влек- в за«ситная элект пчсэхвивалснтяая электрпчсри ую схему зле! Род»!ого пр брате г;я '- 'ы'л""" """'Ри " которая не учитывает эффекта электролиза. В этом преобразовашля. случае полное сопротннленне преобразователя будет определяться, кзк это следует из схемы. показанной на рис. 22-2-5, емкостями двойного слоя на электродах См и Слз, актнвньи электрическим сопротивлением раствора между электродами Я .
и емкссп,ю С„, шунтнруюшей это сопротивление. Емкость С, по>нет быть названа «конструктнвной». Следует отметить, по вода обладает большим по сравнению с другимн жидкгстями значенвсм относительной диэлектрической проницаемости ев (для конденсата е„= 80,1 при 20'С), что приводит к необходимости учета емкости между электродами. Используя известное соотношение, которве определяет модуль смксстного сопротивления Х =. 1/ыС,мох«по провести качественный анализ влияния емкостных составляющих и часгсггы () = ы/2п) па модуль полного сопротивления преобразователяя.
При допущении, что активное сопротивление не зависит от частоты напряжения на электродах, лсгко заметить, что с возрастанием ы относительное влияние емкссти двойного слоя на модуль полного сопротивлении уменьшается, а «конструктивной» емкости С„ — увеличивается. Можно показать. что относительное влияние емкости Ск практически не зависит ог формы электродов, их взаимного расположения и расстояния между ними. Дейстзительно, конструктинные изменения слишот практически а равной степени на актизнсе сопротизление преобрюознгеля и на значение емкости С„. Степень же влияния емкости двойного слоя можно изменять конструктивными приемами.
При увеличении площади электродов преобразозателя зозрастает емкость дзойпого слоя, а уменьшение площади эффектизного сечении раствора, через который проходит ток, прнзодит к возрастанию активного сопротязлепия раствора. Относительное влияние емкости двойного слои снижаетси по сразпен що с преобразозателем, у которого площадь электродоз и зффектиеного сечения расгеора одинаковы. Для уменьшения влияния на точность измерения электропровод- ности растворов поляризации электродов применяют четырехэлектродные преобразователи, например, в кондуктометрических анализаторах для чистых водных растьоров применяют преобразователи типов КК-2 и КК-3 с диапазоном измерений 1.1О ' — 1.10 ' См.см '.
Два электрода этого преобразователя являются токовымн, питаемыми напряжением переменного тока через большое ограиичиьающее сопротивление, а два другах, расположенных между ними,— потшщиальными. В этом случае напряжение, измеряемое на потенциальных электродах, однозначно определяет концентрацию контролируемого раствора и ие зависит д лм и от частичной поляризации токовых электродов. Способы температурной компенсации н типовые измерительные схемы кондуктом тричес их аиали- Рис. хх-й-6.
пРинципиальиаи схема электродного преобразозатсля с заторов. Теьгпературная компен- температурной компенсацией. сация осуществляется с помощью дополнительных элементов в цепи электродного преобразователя илн в измерительной схеме кондуктометра жидкости, уменыпающих влияние отклонения температуры раствора от 20 С на показания прибора. Автоматическая температурная компенсация не исключает полностью влияния температуры раствора на показания прибора, что представляет большие трудности, но значительно его уменьшает.
Из числа применяемых способов аьтоматической температурной компенсации в кондуктометрах жидкости наиболее часто используетгя электродный преобразователь с температурной компенсацией, схема которого показана на рис. 22-2-6. Схема температурной компенсации электродного преобразователя образована параллельно и последоьательно включепнымц с сопротивлением раствора 1сс резисторами тт' и гс„. Сопротивление раствора 1сс с резистором 1с обладает отрицательным, а последовательно ьключепный резистор Ʉ— положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления. Резис~ор 1г изготовляют из манганиновой проволоки, а резистор 1т, — из медной проволоки. Для изготовления резистора 1с„иногда применяют никелевую или платиновую пр в л у.
Резистор Я, выполняемый аналогично с чувствитель- вот во вн синий пым элементом термометра сопротивления, помещают во внутр н Рис. 22-2-7. Зависимасть полного сопротивления цепи прсоб. разователа ()7п+ Лн) от концентрации С для температур 18 и 35'С. Лс К 1 )тп.с.г=)7,+)7 +)7ют=)7~,+)7- +~юг 'Чп,СЫ ( СЛ+ м) +Раин (22-2-24) Здесь, а также в последующих уравнениях, индексами указано, к какой концентрации раствора и температуре опкюятся рассматриваемые величины (сопротивление )т, злектрическая проводимость б, удельная злектропроводвссть н). Условие полной температураой компенсации сводится к равенствам (ас.
а+ам)-т+й, «=(ас,„+С„,) ~+)7„,;, (СС., Л+О„) +)1а,Е,=(СС„. И+С ) +)7 где СС„П= — боь аР+Ме(~т те)+"о(тт ГО)А=Со, ааа' Всь а=ось а(1+м. (ге го)+р. (тз Го) т'=ось ап~*'* ос,, и = ос„а 11+ма (тг ге)+(), (тт "о) )=гус„ьпь СС„т,=Вен ИР+'Ъ~(тв зе)+(1 (ГЗ ГО)"1=СС.. аПГ*' 1+<М )7иль )~п,г 1+О Г е,а а,п) 1+ а„те м м юо )+<у„~ а и юлп В последних двух вырагкепиях а„— температурньж коз$Фициент сопротнвлення меди, соотве ютвующий О' С (ст„= 4,28- 10 ' 1/'С). При расчете параметров схемы температурной коьщенсвции принимают го = !8 С.
электрод преобразователя (рис. 22-2-2, а). Резистор тс, включенный параллельно с сопротивлением раствора )тс, линеаризуег зависимость Д„= 7 (г), а вместе с тем и 1~а+Ли уменьшает температурный коэффициент приведенного сопротивления тт„= гтс)т,„(ттс + + )т,„) '. Это создает более благоприятные , условия для использования компенсирующее щего резистора )т'„. Расчет параметров схемы температурной компенсации обычно производится из усзз'с ловия полной температурной компенсации для двух заданных концентраций С, и С, и определенных значений температур и г'„выбираемых с учетом возможных отклонений температуры раствора от 20'С 198; 99).
В этом случае измерения концентрации (электропроводности) необходимо производить в интервале от С, до С„ так как погрешность при изменении температуры раствора за границами этого интервала может быть больше, чем внутри него (рис. 22-2-7). Полное сопротивление цепи преобразователя отаосительпо зажимов А и В (см. рис. 22-2-6) при концентрации раствора с н температуре его г определяется выражением В целях удобства выполнения расчета параметров схемы температурной компенсации представим равенства (22-2-25) в следующем вирр: (ОС„Г.аГ.+См) +)Г, даа,д=(ОС„мач+Ою) +)т,, Ыа„ы" решая зги уравнения, в которых заданными величинами явлшотся С Сада Сс йл а, а, а„„н а„а относительно С н К„, получаем: Р Ос, г Ос г аг,аг,; ' (22-2-26) '" ' (Сс,, маг,+С ) (Ос,, г,аг,+бю) (аю И вЂ” а.,б) Пользуясь уравнением (22-2-26) с учетом выражений (22-2-3) н (22-2-4), получаем: йа (22-2-28) Из уравнения (22-2-27) с учетом (22-2-4) после несложных преобразований найдем: й "с„ м (аг, г,) (22-2-29) (хс г а + — ")(яс гад+ — "))(а а — аа В) При расчете схемы температурной компенсации при заданных значениях Сг, Сз, Гт„Гз И ПсетОЯПИОй ПРЕОбРаЗОВатЕЛЯ К„хойДУКтпыатРа жИДКОСтИ, ГРаДУИРУЕ- мого по 14аС1, лля измерения влектропроводносги (солесодержания) водных раст- воров при малых нонцснтрациях значения величин ис г, яс г, входящих в уравг, пения (22-2-28) и (22-2-29), определяют по выраженюо (22-2-!8).
Значения а, аг, а и а определяют по формулам аг =1-1-2,27 10"з(Кт — Щ+0,86 ° 10 «(Гт — 18)а; (22-2-30) аг =1+227.10 е(Фз — !8)+086-10 а(та — 18)з," (22231) !+4,26 ° 1О зтг 1 +4,26 10 з !8 ' 1+4,26. 1 ~" г "" г~= 1+4 26, 10-з,18 (2а2-2-32) Градуированная характеристика кондуктометра жидкости при температуре 1а = 1т — — 20'С рассчитывается по формуле ' -(- — — ] +)7„, г а„, та+)7а, (аа-2-34) "с г~г йе Кш где и — злектропроводность водного раствора )чаС!, соответствующая числос и зым отметкам шкалы прн концентрациях С н температуре 4, = 18'С согласно формуле (2х2-2-18); )7а — сопротивление линии связи (обычно принимают Я, = =5 Ом).
Рассмотрим схемы измерения электропроводности водных растворов и способы температурной компенсации, осуществляемые включением компенсирующего элемента в измерительную схему кондуктометра жидкости. Для измереяия электропроводности (кон- центрации) водных растворов электродными преобразователями широко применяют вторичные приборы с мостовой измерительной схеяюй, выполняемые на базе автоматических уравновешенных мостов (гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
