Способ измерения удельной и относительной электрической проводимости электролитов Советский патент 1987 года по МПК G01R17/12 

вешивания определяют суммарное сопротивление компенсирующего проводника и регулируемого резистора на постоянном токе. Удельную и относительную электрическую проводимость опре- ределяют по формуле, приведенной в формуле изобретения. Устройство, реализующее способ, содержит следую1

.Изобретение относится к измери- ;тельной технике и может быть использовано, в частности, для метрологической аттестации кондуктометров, а также в океанографии, где требуются высокоточные измерения относительной электрической проводимости стандартного образца морской воды, именуемого нормальной водой.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения удельной и относительной электрической проводимости растворов электролитов за счет исключения реа:ктивных составляющих из результата измерения.

На фиг. 1 изображена структурно- электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способj на фиг. 2 - график зависимости суммарного сопротивления регулируемого резистора и компенсирующего проводника от частоты.

Устройство содержит перестраиваемый по частоте генератор 1 переменного тока (например, ГЗ-109), трансформаторный первичный измерительный преобразователь 2 с тороидальным трансформатором 3 напр} жения, обмоткой А возбуждения с числом витков W.,замкнутой электролитической ячейкой (например, из кварца) 5, заполненной электролитом с проводимостью Gg , тороидальным трансформатором 6 тока с измерительной катушкой 7 с числом витков Уд, компенсационным проводом 8 с активным сопротивлением г с числом витков WK на сердечнике трансформатора 3 напряжения и с числом витков , намотанных так на сердечник трансформатора 6 тока, чтобы намагничивающие силы токов Ig и In в сердечнике трансформатора 6 тока

щие основные элементы: генератор 1 переменного тока, преобразователь 2 с тороидальным трансформатором 3 и обмотками 4, 5, тороидальный трансформатор 6 с обмотками 7 и компенсационным проводом 8, источник 22 тока, компаратор 23, спаренный переключатель 26. 2 ил.

бьши направлены встречно, измерительный прибор 9 (например, селективный вольтметр типа У2-8), регулируемый резистор 10 - Rj (например, магазин сопротивления типа Р4830/1), переключатель 11 на два положения (например, типа П-308) с контактами 12 и 13, причем контакт 12 соединен с регулируемым резистором 10 и с проводниками 14 и 15, а контакт 13 соединен с проводиками 16 и17, образцо- вьш резистор 18 с проводниками 19-21, источник 22 постоянного тока, компаратор 23 напряжений (например, типа РЗООЗ) с подсоединительными концами 24 и 25 и сдвоенным переключателем 26 (например, типа П-308) на два положения I и II. В положении I сдвоенньй переключатель 26 подсоединяет к компаратору регулируемый резистор 10 с компенсационным проводом 8, в положении II - с образцовым резистором 18.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально с помощью генератора 1 на катушку возбуждения подается напряжение с максимальной частотой f, , например., равной 10 кГц. Переключатель 11 устанавливается в сторону контакта .12. Изменяя Сопротивления резистора 10, добиваются такох о положения, чтобы напряжение на измерительной катушке 7 было равно нулю. Затем переключатель 11 переводят в сторону контакта 13, включают источник 22 тока, устанавливают сдвоенный переключатель 26 в положение II и измеряют с помощью компаратора 23 напряжения на образцовом резисторе

R

о5р

«0,

, R

(1)

где Ij,, - ток источника 22 постоянног

тока.

После этого сдвоенный переключатель 26 устанавливают в положение I и измеряют суммарное напряжение на регулируемом резисторе 10 и компенсационном проводе 8

U(R,.v-pp| IH.CRK- r,p/ . (2) Затем находят значение сопротивления постоянному току (R + г ) по формуле - .

(R, . г„,) R

yLlilCfp. ° (ЧЛ

(f-l

(3)

Переключатель 11 вновь переводят в положение контакта 12, устанавливают частоту генератора 1 переменного тока, равной fj 0,8f , и повторяют все операции предыдущего шага, находя значение (R + г,., )

пр

(R.

(Ui ) R

05р

ПО формуле

(Ч yLlb tlicI(/,-)

и«с.Л :Аналогично повторяют все операции для частот генератора f, 0,6f , f. 0,4f и находят соответствующие

значения

(RK + г„„)

(,

Пр

R,

U()

«з)

K + о

«4)

пр

R

ofp

(u«j,

У(

(4)

eSp

Затем по данным сопротивлений, вычисленных по формулам (3) - (6), находят уравнение регрессии

+ г„р) а„ + bf + cf2 , (7) в котором

(R. + г„р

(R.

+ Г„р)

,°

(8)

о к является сопротивлением регулируемого

резистора и компенсационного провода при частоте генератора, равной нулю, т.е. в этом значении исключены погрешности, связанные с индуктивностя- ми жидкостного витка, компенсационного провода, реактивностями регулируемого резистора. Тогда проводимость электролита может быть вычислена по формуле

(G

Б Х kl

(GJ °

,

(R

+ г

k пр

(9)

удельная электрическая проводисть - по формуле

U)v k W

К1 г

(R,

1

пр

)

,(1

где k - геометрическая постоянная электролитической ячейки. Для измерения относительной электрической проводимости необходимо

электролитическую ячейку заполнить образцовым раствором (например, нормальной водой с практической соленостью ) и поместить ячейку в термостат. Поддерживая температуру

равной С Снапример, +15°С), необходимо произвести четыре последовательных уравновешивания моста и измерения (R ц + ) оВр описано при измерении электрической проводимости исследуемого раствора, затем после нахождения значения (R +

,.-0 , . + г., J , , вычислить электрическую

Р

проводимость образцового раствора по

следующей формуле: (G,f,). W, W,,

1

(R. + г„, )

U o)

,(11)

пр ofp, о

а относительную электрическую проводимость исследуемого раствора по .формуле

(5)

-°. (12)

6)

выа(7)

)

30

При таком способе измерения отйо- сительная погрешность измерений удельной электрической проводимости Хх, или относительной электрической про35 водимости г определяется только погрешностями компаратора напряжений при измерении и U(R., и составляет не более (1-2)- при использовании компаратора типа РЗООЗ,

40

ь

Значение (R., + г

пр

/

0

можно получить графическим способом. На фиг. 2 показан результат построения. Участок кривой от частоты f до О 45 получен путем экстраполяции графика, построенного по значениям

«,)

+ г,

(). пр- ,. .

50

(R + грр) ; (R,

(R, + г„,) (R. + г„р).

При этом возможны две крайних кривых, показанных на фиг. 2, определяемых характером реактивной составляющей регулируемого резистора. Верхняя - кривая соответствует индуктивному, а нижняя - емкостному характеру реактивности магазина.

Использование предлагаемого способа позволяет уменьшить в 10-15 раз

погрешности измерения с помощью трансформаторного измерительного преобразователя с замкнутой электролитической ячейкой удельной или относительной электрической проводимости, вызванной реактивностями жидкостного витка, компенсационного проводника и регулируемого резистора, и доведения ее до (1-2).10 при использовании компаратора РЗООЗ для измерения суммарного сопротивления компенсационного провода и регулируемого резистора на постоянном токе.

Формула изобретения

Способ измерения удельной и относительной электрической проводимости электролитовJ заключающийся в том, что изменяя величину регулируемого резистора компенсирующего проводника трансформаторного первичного измерительного преобразователя, представляющего собой трансформаторньй мост, уравновешивают трансформаторный мост расчетным путем определяют удельную и относительную электрическую прово, димость, отличающийся

тем, что, с целью уменьщения погреш- iности измерения, уравновешивание трансформаторного моста производят поочередно на нескольких частотах, и после каждого уравновешивания измеряют суммарное сопротивление (R + + r ) fil компенсирующего проводника и регулируемого резистора на постоянном токе, затем по полученным данным определяют суммарное сопротивление компенсирующего проводника и регулируемого .резистора, соответствующее

заданной .частоте, после чего удельную и относительного электрическую проводимость определяют по формулам соответственно

k W., W

1

к-г

(R

к (о)

+ г

уо) 1

Пр V

. liS-if

(R, +

пр

)V

(О)

W.

(R

где зе х удельная электрическая проводимость исследуемого электролита-,

г - относительная электрическая проводимость исследуемого электролита;

.k - геометрическая постоянная электролитической ячейки; число витков компенсационного проводника на сердечнике трансформатора напряжения;

число витков компенсационного проводника на сердечнике трансформатора тока; лр)); - суммарное сопротив-. ление регулируемого резистора R и компенсационного

W

К З

(Rk + г,

проводника Грр исследуемого электролита на постоянном токе, соответствующее нулевой частоте;

p)°5p,to суммарное сопротивление регулируемого резистора Ку и компенсационного проводника г„р образцового раствора на постоянном токе, соответствующее нулевой час- то те.

,p)

I

L,

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для метрологической аттестации кондуктометров, а также в. океанографии, где требуются высокоточные измерения относительной электрической проводимости стандартного образца морской воды, именуемого нормальной водой. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения удельной и от- , носительной электрической проводимости растворов электролитов - достигается за счет исключения реактивных . составляющих иЗ результата измерения. Для этого уравновешивание трансформаторного моста производят на несколь- , ких частотах и после каждого уравно-. Ш сл 00 to о а 00