Устройство для измерения электрического сопротивления жидкости и составляющих поляризационного импеданса Советский патент 1986 года по МПК G01R17/10 G01R27/02 

Наличие плеча трансформаторного моста, состоящего из последовательно соединенных меньшей камеры кондуктометрического преобразователя 3 и регулируемого резистора 4, позволяет значительно расширить диапазон измерения сопротивления жидкости ,в сторону малых значений. 1 ил.

Изобретение относится к исследованиям электрофизических свойств жидкости и может быть использовано для измерения электрического сопротивления жидкости и эквивалентных составляющих поляризационного импеданса двойного слоя у поверхности электродов. Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измере- ю ния за счет полного уравновешения мостовых схем и исключения нерегулируемого резистора. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. 15 Устройство содержит генератор 1, соединенный с первичной обмоткой тран ; сформатора 2, вторичные обмотки которого имеют отношение витков 1:1 и образуют индуктивные плечи трансфор- 20 маторного моста, в состав последнего входят также трехэлектродный кондуктометрический преобразователь 3, разделенный средним электродом на две неравные по длине камеры, причем 25 крайний электрод большей камеры соединен с концом одного индуктивного плеча, а крайний электрод меньшей камеры соединен через правый регулируемый резистор 4 с концом другого ин- JQ дуктивного плеча. Первый регулируемый конденсатор 5 и первый индикатор 6 баланса при соответствующем положении пар окнтактов коммутатора 7 подключаются к трансформаторному мосту для компенсации токов утечки на землю и индикации баланса соответственно. Кроме того, устройство содержит делитель 8 напряжения, например, в виде переменного резистора, второй регулируемый конденсатор 9 и второй индикатор 10 баланса, которые вместе с-трехэлектродным кондуктометрическим преобразователем 3 и регулируемым резистором 4 при показанном на чертеже положении контактов коммутаторадв то ра Пе фо че ко по ра во В ра 15 R гд 7 образуют четырехплечий мост с ухэлектронным включением кондукметрического преобразователя 3. Устройство работает следующим обзом. Измерения проводят в два этапа. рвоначально уравновешивают трансрматорный мост путем изменения зна ний регулируемых резистора 4 и нденсатора 5 при соответствующем ложении пар контактов коммутато7 (положение пар контактов протиположно показанному на чертеже). момент баланса моста справедливо венство лЕ...±. S + + R + Х„, + R.C - с + х кГ - х„ е R,5 , и -эквивалентные составляющие поляризационного импеданса двойного слоя у крайнего электрода большей и меньшей . камер кондуктометрического преобразователя 3 соответственно;«У сопротивление жидкости соответственго в большей и меньшей камерах трехэлектродного кондуктометрическогопреобразователя 3; R.cH х, - эквивалентные составлянщие поляризационного импеданса двойного .слоя у среднего электрода со стороны большей и меньшей камер трехэлектродного кондук тометрнческого преобразователя 3, которые необходимо учитывать на том ос.новании, что силовы линии тока, проходя щего между крайними электродами, пересекают двойной слой у среднего электрода дватвды; эквивалентное сопротивление току утечки на корпус от большей к.шеры трех электродного кондук тометрического преобразователя 3; сопротивление регулируемого резистора А; суммарное эквивалентное сопротивление токам утечки на корпус от меньшей камеры кондуктометрического преобразователя 3, регулируемого резистора 4 и конденсатора 5. (2Rn + 2Х„ + 2R 2К„ + 2Х„ 2R, п пе эквивалентные составгде R, , Х„ ляющие поляризационного импеданса двойного слоя у одного из крайних электродов кондук- тометрического преобразователя;эквивалентное сопротивление току утечки на землю от кондукто-метрического преобразо вателя; суммарное эквивалентное сопротивление токам утечки на корпус от регулируемых резистора 4 и конденсатора 9 ; п - показание делителя 8 напряжения В связи с тем, что сопротивление трехэлектродного кондуктометрического преобразователя в двухэлектродном включении имеет комплексный характер 1 934 Электроды в трех-злектродргом копдуктометрическом преобразователе при измерении находятсй в одинаковых условиях и, если их изготовить одинаковыми, то справедливо равенствоRnS Х„8 R, -ь Х„„ , (2) а при полном балансе моста X,j8 X,,, (3) Из равенства (1) с учетом выражений (2) и (3) следует, что 4 т.е. значение регулируемого резисто ра 4 при балансе трансформаторного моста соответствует сопротивлению жидкости в трехэлектродном кондуктометрическом преобразователе. На втором этапе уравновешивают мост с двухэлектродным включением трехэлектродного кондуктометрического преобразователя путем из1ме ения начений коэффициента деления делиеля 8 и второго регулируемого коненсатора 9. Положение пар контаков введенного коммутатора 7 соотетствует показанному на чертеже. В омент баланса моста . К жн ) Х S « IJJ и требует включения регулируемого конденсатора для коменсации реактивной составляющей, а строго разграничить скомпенсированное регулируемым конденсатором 9 эквивалентное сопротивление токам утечки на землю Х,., и эквивалентные реактивные составляющие поляризационного импеданса Х„ и Х„, невозможно, то при обработке результатов этого измерения необходимо допустить методическую погрешность. Приняв, что где X - эквивалентное сопротивление токам утечки на землю от регулируемого резистора А. Равенство (5) с учетом равенства (6) HdvHo принести к виду R,5 Х„- п (2Rn-t- 2Rn + + n (2Х„+ 2Х„,),

1262393(

- эквивале}5тные - 4

значения сопротивления плеча, образованного регулируемым резистором 4 и конденсатором 9 с установленным значением емкости С9 конденсатора 9 на частоте переменного токаи .Если

R4

с I Ае + А

+ R

2„ ч . -

Не

-п

Хд9

Х„ + X

пс В измеренные значения эквивалентных активной и реактивной составляющих поляризационного импеданса двойного слоя у электродов входит только неисключенная методическая погрешность определяемая ошибкой принятого равен ства (6), Таким образом, введение коммутат ра в предлагаемом устройстве позволяет увеличить точность измерения , за счет достижения полного уравновешивания мостовых схем путем изменения с помощью коммутатора включения индикаторов баланса и регулируемых конденсаторов в зависимости от проводимого измерения. Замена плеча трансформаторного моста, состоящего из последовательно соединенных меньшей камеры кондуктометрического преобразователя и нерегулируемого и регулируемого резисторов, плечом, с стоящим из последовательно соединен ных меньшей камеры кондуктометрического преобразователя и регулируемо го резистора, позволяет значительно расширить диапазон измерения сопро. тиБления жидкости в сторону малых значений. Повьшение точности измерения элек трического сопротивления жидкости и составляющих поляризационного импеданса двойного слоя у электродов позволяет улучшить качество поверки кондуктометров и повысить эффективность исследований электрофизических параметров жидкости, особенно касаюп ихся изучения свойств двоимого элек трического слоя, знание Которых необходимо, например, при разработке кондуктометрических приборов.

постоянные болТ.тей i меньшей кам(;р трехз.г1ектрол.1ого кондуктометрнческого преобразователя 3 соответственно Ас и Л

то, используя снязь

постоянной трехзлектродного кондуктометрического преобразователя и соп ротивления жидкости в нем через удельную электрическую проводимость жидкость, из равенства (7) с учетом равенства (А) можно получить

(8)

(9) Формула изобретения Устройство для .измерения электрического сопротивления жидкости и составляющих поляризапионного импеданса, содержащее генератор, выход которого соединен с первичной обмоткой трансформатора напряжения, две вторичные обмотки которого образуют индуктивные плечи трансформаторного моста, первый вывод первой вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с первыми выводами регулируемого резистора и первого регулируемого конденсатора, трехэлектродный кондуктометрический преобразователь, разделенный средним электродом на две различные по длине камеры и включенный в два измерительных моста, из которых в один мост - трансофрматорный он включен тремя электродами, а в другой мост - двумя крайними электродами, делитель напряжения, второй регулируемый конденсатор, два индикатора баланса, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения пределов измерения, в него введен коммутатор, первый вход первой пары коммутируемых входов которого соединен с первым выводом первой вторичной обмотки трансформатора напряжения, второй вывод которой и первый вывод второй вторичной обмотки соединен с вторым входом первой пары коммутируемых входов коммутатора, вход второй пары коммутируемых входов которого соединен с вторым выводом первого регулируемого конденсатора, вход третьей пары коммутируемых входов коммутатора соединен с первым выводом второго регулируемого конденсатора, второй вывод которого 71 соединен с вторым выводом регулируемого резистора, с электродом меньшей по длине, камеры трехэлектродного кондуктометрического преобразователя и с входом четвертой пары коммутируемых входов коммутатора, второй вывод второй вторичной обмотки трансформатора напряжения соединен с элек тродом большей по длине камеры трехэлектродного кондуктометрического преобразователя и с первым вьшодом делителя напряжения, второй вывод ко торого соединен с первым выводом регулируемого резистора, третий вывод делителя напряжения соединен с вхо93дом пятой пары коммутируемых входов коммутатора, средний электрод трехэлектродного кондуктометрического преобразователя соединен с входом шестой пары коммутируемых входов коммутатора, при этом первый вход первого индикатора баланса, первый и третий выходы коммутатора соедине ны с общей шиной, второй и шестой выходы коммутатора соединены с вторым входом первого индикатора баланса, а четвертый и пятый выходы коммутатора соединены соответственно с первым и вторым входами второго индикатора баланса.