Способ измерения удельной электропроводности растворов электролитов Советский патент 1985 года по МПК G01N27/06 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в океанографии, гидроэнергетике и тех отраслях промышленности, где для косвенного определения солености, плотности и других параметров растворов используется их удельная электропроводность.

Известен способ измерения удельной электропроводности электролитов, основанный на измерении активного сопротивления раствора между двумя электродами. При этом проводимость G жидкостного столба электролита между электродами связана с удельной электропроводностью W через геометрическую постоянную электролитической ячейки 1 }.

Недостатком способа является зависимость результата измерения от наличия приэлектродных потенциалов, связанных с явлением поляризации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ, заключающийся в том, что двухэлектродные электролитические ячейки с известными и различными между собой геометрическими постоянными поочередно подключают к стабилизированному источнику тока, измеряют их активные сопротивления и по.разности судят об удельной электропроводности исследуемого раствора. Способ позволяет практически исключить из результата измерения погрешности, связанные с явлением приэлектродной поляризации 2 .

Недостатком известного способа является влияние на результат измерения погрешности измерительного устройства (НУ), связанной, например, с нестабильностью коэффициента преобразования устройства и несогласованностью выходного сопротивления электролитической ячейки и входного сопротивления ИУ, нестабильностью источника питания и т.п.

Целью изобретения является повьш1ение точности измерения удельной электропроводности растворов электролитов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения удельной электропроводности растворов электролитов, заключающемуся в том, что две двухэлектродные электролитические ячейки с известными и различными между собой геомет1632412

рическими постоянными поочередно

подключают к стабилизированному источнику тока, измеряют их активные сопротивления и по разности судят

5 об удельной электропроводности исследуемого раствора, последовательно с первой электролитической ячейкой устанавливают образцовый резистор, измеряют их суммарное сопротив0 ление и определяют значение удельной электропроводности исследуемого раствора по формуле

- N3 - N4 (k - Dk

(1)

R

N - N,

oSp

где W - удельная электропроводность исследуемого раствора электролитаj

N - результат измерения активного сопротивления первой

электролитической ячейки; N- - результат измерения активного сопротивления второй электролитической ячейки; N, , - результат измерения суммарного сопротивления образцового резистора и первой электролитической ячейки-, о5р сопротивление образцового

резистора-,

k - геометрическая постоянная первой электролитической ячейки

k - коэффициент пропорциональности между геометрическими постоянными первой и второй ячеек.

Реализация предлагаемого способа измерения предусматривает проведение трех последовательных тактов измерений специально сформированных величин а затем определение по их результатам текущего значения исследуемого параметра.

При этом в первом такте измеряется активное сопротивление столба раствора электролита в первой электролитической ячейке с известной геометрической постоянной k,,.

Во втором такте измеряется активное сопротивление столба раствора электролита во второй электролитической ячейке с известной геометрической постоянной.

В третьем такте измеряется суммарное сопротивление столба раствора электролита в первой электролитичес1163241

кой ячейке и образцового резистора, после чего значение исследуемого параметра определяется в соответствии с формулой (1).

На чертеже изображено автоматизированное устройство для реализации способа.

Устройство содержит первичный преобразователь (ПП) 1, источник 2 постоянного тока, соединенный через управляемые цифровым кодом ключи 3 и 4 с ПП, к выходу которого подключе измерительньш коммутатор (ИК) 5, к которому подсоединены нормирующий усилитель (НУ) 6 с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 7у соединенный с вычислительным устройством (ВЧ) 8, с которым и с ключами 3 и 4 соединены блок программного управления (БПУ) 9. Первичный преобразователь 1 выполнен в виде двух двухэлектродных ячеек 10 и 11. Электроды 12 ячеек с целью уменьшения значений поляризационных сопротивлений Rq, определяющих потенциалы приэлектродной поляризации ди, вьшолняются из платинированной (черненой) платины или палладия (Rg а 0) шириной Д1 1 мм. Геометрическая достоянная kj, второй ячейки 11 отличается от геометрической постоянной k первой ячейки 10 в известное число k раз. Ячейки 10 и 11 помещаются в исследуемый раствор. В токовую цепь ячейки 10 включен образцовый резистор 13 с сопротивлением RpSp.

Обобщенная функция преобразования и(1) первичного преобразователя может быть представлена в следующем виде:

.О , (2)

и(а).

а

где а. - аддитивная погрешность цепи преобразования; W - удельная электропроводность

исследуемого раствора; k - геометрическая постоянна электролитической ячейки, где п - номер ячейки; 3 - сила тока источника питания .

Устройство работает следуницим образом.

Процесс измерения осуществляется в три такта. В первом такте по команде с БПУ замыкается ключ 3, и к входу НУ 6 подключается шина 14. На входе НУ 6 имеем

и(1), 1 + u(i,w)

(3)

--

где Uj() - сумма приэлектродных потенциалов, являющихся следствием поляризационных явлений в ячейке 10 при подключении ее электродов к источнику постоянного тока. Результат измерения N на выходе

АЦП будет связан с измеряемой величиной следующим соотношением:

N, Ь, + b,U(I), (4) где bj, b - соответственно аддитивная погрешность (по20грешность нуля) и коэфцифиент преобразования измерительного канала НУ 6 - АЦП 7.

Во втором такте ключ 3 размьйса ется, а ключ 4 замыкается, к входу НУ 6 подключается шина 16

и(1) 1 + Uo2(I,W)

(5)

I yj + 52. 1

где (I-W) - сумма приэлектродных потенциалов в ячейке 11 при подключении ее электродов в цепь постоянного тока,

Приэлектродные потенциалы определяются только соотношением материл электрода - концентрация электролита и плотностью тока I через электролитическую ячейку, поэтому в каждом текущем цикле измерений, состоящем из трех тактов, при постоянных I и W имеем

) а

(6)

01

oi 0 а

(7)

В третьем такте при замкнутом ключе 3 и разомкнутом ключе 4 ИК 5 подключает к входу НУ 6 шину 15

и(1)з I U,,(I-,W) + (8) На выходе АЦП получаем результат измерений N, Ь. + b В соответствии с полученными результатами N, Nj, N тактовых измерений в ВУ определяется измеряемое значение удельной электропроводности исследуемого раствора электролита по формуле (1). Точностные характеристики реализо ванного способа не зависят ни от стабильности параметров I, а,, Ь,, Ц измерительного устройства, ни от поляризационных процессов в ячейках. Метрологические характеристики способа при реализации его устройством, изображенным на чертеже, получе ны при сравнительном измерении раствора КС1 при 0°С и 25°С, нормальной концентрации 1,0 и 0,1. Результаты измерений приведены в таблице. Изобретение реализуется в разрабатьшаемой аппаратуре для исследования таких параметров морской воды, как например соленость, плотность, расчет которых требует определения удельной электрической проводимости воды с погрешностью не более 0,002-0,001 мСм/см. Технико-экономический эффект использования предлагаемого способа по сравнению с известным выражается в повьшении точности измерений, что увеличивает диагностическую ценность получаемой измерительной информации о гидрологических параметрах, например, морской воды.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, заключающийся в том, что две двухэлектродные электролитические ячейки с известными и различны ми между собой геометрическими постоянными поочередно подключают к стабилк ированному источнику тока, измеряв их активные сопротивления и по разности судят об удельной электропроводности исследуемого раствора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, последовательно с первой электролитической ячейкой устанавливают образцовый резистор, измеряют их суммарное сопротивление и определяют значение удельной злектропроводности исспедуемого раствора по формуле (k - 1)ki Нз - t. W. Nj - N, Ч « oSp где W - удельная электропроводность исследуемого раствора электролита; N - результат измерения активного сопротивления первой электролитической . ячейки Nj - результат измерения активного сопротивления второй ел электролитической ячейки| Nj - результат измерения суммарного сопротивления образцового резистора и первой электролитической . ячейки) R0gp - сопротивление образцового Од резистора-, со Ц --геометрическая постоянная первой электролитической ячейки; k - коэффициент пропорциональрНости меяду геометрическими постоянными первой и .второй ячеек.

1,0

65,430 65,431 7,1543 7,1540 0,1

значение удельной проводимости, измеренное

образцовым прибором;

- значение удельной проводимости, определенное предлагаемым прибором.

111,733 111,734 11,6676 11,6675

4