Первичный преобразователь вязкости жидких сред Советский патент 1988 года по МПК G01N11/00 

4 1ЧЭ

о

4

Од

Изобретение относится к технике измерения вязкости, в частности к первичным преобразователям, служащим для измерения вязкости жидких сред.

Цель изобретения - обеспечение воз- можности исследования малых количеств образцов.

; На фиг. 1 изображен схематически |датчик рО2; на фиг. 2 - кривая зависи- iмости отношения установившихся значений 1диффузионных токов датчика при наличии и отсутствии перемешивания исследуемой среды от ее вязкости.

: Электрохимический диффузионный дат- ;чик рО2 Кларка, работаюш,ий по принципу измерения тока восстановления кислорода, включает в себя электродную систему, состоящую из индикаторного поляризующегося :электрода (катода) 1 и опорного электро- ; да 2 сравнения, помещенных в электро- 1лит 3. Электродная система отделена от ;анализируемой жидкости 4 газопроницаемой : полимерной мембраной 5. Перемешивание анализируемой среды 4 в зоне рабочей поверхности датчика осуществляется электромешалкой 6.

Для измерения вязкости исследуемой жидкости на электродную систему датчика подают напряжение, обеспечивающее поляризацию индикаторного электрода 1 на величину потенциала, соответствующего предельному току электрохимического восстановления кислорода. Ток деполяризации индикаторного электрода, обусловленный ионизацией молекул кислорода на нем по реакции; Ог + 2Н2О + 4е -.40Н (1) пропорционален напряжению кислорода в анализируемой жидкости 4:

,..

ig k- рО2,

(2.)

где рО2 - напряжение кислорода;

k - коэффициент пропорциональности. Величина коэффициента пропорциональности характеризует скорость поступления молекул 02 к активной поверхности индикаторного электрода и определяется выражением

п- F. S

,

РЭ РМ РН.С

Гз)

где п - количество электронов, участ- 50 вующих в электрохимической реакции;

F - число Фарадея; S - площадь индикаторного электрода;

, Ь, б - толщина слоя внутреннего 55 электролита, газопроницаемой мембраны и диффузионной области соответственно;

с

Ю

20 о-J5

25

45

Рэ, Ры, РН.С - газопроницаемость указанных составляющих приэлектродной области датчика.

При этом диффузия через мембрану 5 и приэлектродную область электролита 3 в датчике обусловлена, в основном, конкретными конструктивными параметрами

с

самого датчика. Член-т: - выражения (3),

rti-c

учитывающий свойства диффузионной области, определяется в исследуемой жидкости конвективным переносом и величиной молекулярной диффузии кислорода.

При включении электромешалки 6 определяющую роль играет конвективный перенос, при отключении мешалки - процесс молекулярной диффузии растворенного кислорода.

Конвективная составляющая представг ляет собой перенос молекул в зону ионизации вместе с потоком движуилейся жидкости при перемещивании или принудительной циркуляции. При этом величина конвективного массопереноса выражается уравнением

IKOHB Vn.crcO2,(4)

где Vn.c. - объемная скорость движения исследуемой жидкости;

с02 - концентрация кислорода в ней.

Молекулярная диффузия обусловлена переносом, молекул растворенного кислорода под действием градиента концентраций. Массоперенос за счет молекулярной диффузии кислорода в исследуемой жидкости, направленный к реакционной зоне датчика рОа, можно выразить уравнением вида

Циф Отрад.сОг(5)

где D - коэффициент молекулярной диффу- фузии;

градиент концентрации растворенного кислорода.

Поскольку концентрация кислорода в зоне рабочего электрода датчика рО2 близка к нулю за счет его электровосстановления в соответствии с уравнением(1),то выражение (5) с небольшим приближением можно записать в виде

Ь«Ф О-сО2,(6)

Отношение потоков направленного переноса при наличии и отсутствии перемешивания исследуемой жидкости принимает вид

IKOHB Vri.c.cO2 , | Vii.c

1днф D- с02D

(7)

При этом результирующая сигнала отношения выходных то ков датчика рО2 при наличии и отсутствии перемешивания практически не зависит от действующего значения концентрации кислорода.

Коэффициент .молекулярной диффузии анализируемого газа в соответствии с известным уравнением можно представить в виде

где К - константа жидкости;

W-энергия активации;

k - постоянная Больцмана;

Т - температура жидкости.

Вязкость жидкости в зависимости ее температуры изменяется по закону

Т Т е

Подставляя уравнение (9) в уравнение (8), получим

D К-Т/л(10)

а уравнение 7 принимает вид

1 +

Ул.с

кт

л.

т.е. работу датчика рО2, используемого в качестве первичного преобразователя вязкости, можно описать следующим уравнением:

Уя.с.

тг

1.

Таким образом, при контролируемой величине Vn.c./KT значение вязкости исследуемой жидкости определяется отношением выходных токов датчика рО2 при на.яичии и отсутствии перемешивания.

Изображенная на фиг. 2 зависимость отношения установившихся значений диффузионных токов электрохимического, датчика рОз от вязкости исследуемой среды подтверждает правильность сделанных вы- 10 водов. Измерения проводили на водных растворах глицерина с известными табличными значениями вязкости.

Изобретение обеспечивает возможность исследования проб малых объемов. Это позволяет расширить область применения изобретения в биологии и медицине при анализе ценных и редких образцов. При этом количество материала, необходимое для проведения анализа с применением предлагаемого преобразователя, значительно меньше по сравнению с известными устройствами и определяется величинами порядка 10- г.

15

20

25

Формула изобретения

При.менение электрохимического диффузионного датчика парциального давления кислорода в качестве первичного преобразователя вязкости жидких сред.

Изобретение относится к технике измерения вязкости жидкости. С целью обеспечения возможности исследования малых количеств образцов в качестве первичного преобразователя вязкости применяют электрохимический диффузионный датчик рО2. В основу измерений положена зависимость отношения установившихся значений диффузионных токов при наличии и отсутствии перемешивания исследуемой среды в зоне активной поверхности датчика от ее вязкости при прочих неизменных сло- виях. Для проведения анализа требуется не более 10 -10 г исследуемого вещества. 2 ил. (2 со

СО

ue. f

I I

2 J 5 6 e w

фае. 2

I I I I

I I

20

,с/7з