Устройство для анализа расплавов солей и растворов электролитов Советский патент 1979 года по МПК G01N27/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ И РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Устройство относится к области исследования электрофизических и физико-химических свойств расплавов сопей и растворов электролитов в химической, металлургической, материаловедческой. силикатной, нефтеперерабатывающей, а также в медицине и другихотраслях нарощюго хозяйства.

Известны способы высокочастотного анализа, основанные на измерении параметров резонансного контура, в который включена ячейка.

Недостатком способов является невысокая точность измерения, так как в измерения неизбежно входят неопределенные параметры самой Измерительной ячейки, зависящие от температуры исследуемого расплава.

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения высокой зондирующей частоты, резонансный чувствительный элемент, коаксиально-цилиндрическую измерительную ячейку, электродвигатель, ось которого с помощью эксцентрикового звена соединена с центральным электродом ячейки и сообщает ему возвратно-поступательное осевое движение.

усшштель, амплитудный детектор, самописецрегистратор выходного (измерительного) сигнала.

Измерение электропроводности производят в следующей последовательности.

Коаксиально-цилиндрическую ячейку опускают в исследуемый расплав (раствор) так, чтобы ее внешний электрод был погружен на 70-90% своей высоты и Оставляют его неподвижным. Внутренний электрод ячейки в процессе измерения совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси. Раэмах движения центрального электрода h устанавливают так, чтобы нижний конец электрода в процессе измерений оставался в расплаве (растворе), но не опускался до нижнего среза внентего электрода.

Высокочастотное напряжение от ге1тератора подается на резонансный чувствительный элемент и измерительную ячейку, где оно благодаря возвратно-поступательному движению центрапьного электрода, преобразуется в амплитудно-моду)7ированное напряжение, затем усиливается усилителем, детектируется амплитудным детектором и рсгистрируется на диаграммной ленгс регистратором. Недостатками способа является низкая точность измерений; низкая производительностр.; узкий .диапазон измерений. Г1,ель предлагаемого изобретения -- повьинение точности и достоверности измерений, расши рение диапазона измерений, повьнление произво дительности. Поставленная цель достигается в результате введения в измерительную схему дополнительных- блоков: имитатора измерительной ячейки, коммутатора, автоматического выбора требуемого подаиапазона измерений, отметки верхнего и нижнего нолюжении центрального элек рода ячейки и 1шфропечатан)щего регис1ратора. Иа фиг. 1 изображено предпагае.мое устройство; на фиг. 2 - измерительная коаксиальноцилиндрическая ячейка; на фиг. 3 - имитатор измерительной ячейки; на фиг. 4 - кривые зависимости сопротивлений. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения высокой зондирующей частоты, блок 2 автоматического выбора и вкл чения требуемого пошшапазона измерений, резонансный чувствительньнт элемент 3, коаксиально-цилиндрическую ячейку 4 с электродвигателем 5 и блоком 7 для отметки верхнего и нижнего положений центрального электрода, уеилитель б, амплитудный детектор 8, имитатор 9 измерительной ячейки, коммутатор 10, Ешфро печатающий регистратор, состоящий из цифрового вольтметра 11 и цифропечатающего устрой ства 12. Измерительная коаксиально-цилиндрическая ячейка (фиг.2) имеет внутренний электрод 13, выполненный в виде круглого стержня, внешний электрод 14 в виде отрезка пустотелого цилиндра. Ячейки погружены в исследуемый расплав 15, : находящийся: в тигле 16, который помешается в электропечь. Имитатор измерительной ячейки (фиг. 3) содержит источник синусоидального напряжения и две идентичные электрические имитирующие цепи, включенные навстречу друг другу, имеющие одну общую ветвь, в которую включено известное сопротивление Rg- В каждую элекгрическую, цепь включена нелинейная емкость (но можно использовать магниторезистор) и источник напряжения с противоположной поляр ностью, т.е. ±и. Нелинейная емкость является пропорциональной функцией напряжения измерительного сигналаc(Uj. ), сопротивление этой емкости Х имитирует зависимость сопротивления измерительной ячейки R /Н/ от глубины погружения центрального электрода п расплав (раствор) т.е. H;i фиг. 4 показаны кривые зависимости этих сопротивлений. Формула д.-1я уде;п ной электрической проводимости и имитаторе преоб)азуется к виду: в обшей цепи имитатора; сопротивление цепей имитатора при нижнем и верхнем положениях центрального электрода измерительной ячейки; R. падение напряжения на известном сопротивлении Rg« Xg в общей цепи имитатора; постоянная имитатора измериhRgUтельной ячейки (известная ве.чичина). Таким образом, с помощью имитатора результат измерений удельной электрической про80/щмости получают путем измерения напряжения Ди, так как вес другие величины, входящие в формулу, известны с высокой точностью. В момент измерения сопротивления Xgy, и Xgg остаются неизменными, так как нелинейные емкости Cj и С, остаются заряженными соответственно до напряжений U. и U. Затем Fto окончании измерения и регистрации Ди эти емкости с помощью реле Р,, Pj, Р,, Р по-сигналу с бпока коммутации подключаются к выходу амплитудного детектора и ставятся под напряжением измерительного сигнала U. , а в моменты прохождения центральным электродо.м верхнего и нижнего положений поочередно отключаются от измерительного сигнала, оставаясь заряженными до напряжений и U ,1юка будет произведено измерение Ди. Далее процесс повторяется, а в промежутки измерениями Ди регистрируются термо ЭДС термопары, измеряющей темггературу исследуемого расплава (раствора) и но.мер поддиапазона измерений . Конденсаторы С;, С, и G. С,, соединенные последовательно с С,, предназначены для сохранения заряда (напряжений U -си последних, в С н С для получетгия требуемой функциональной зависимости: .слис) c,(Uc) R(H) Предлагаемое устройство работает следующим образом. , . Синусоидальное напряжеш1е высокой частоты от генератора 1 подается Fia чувствительныйэлемент 3 и измерительную ячейку 4, центральный электрод которой с помощью эксцентриKOROio ;iiieir i соел.инси с осью злсктроявиотеля 5, coo6iuaiotncro ему возвратно-поступательное движение. Сиифазно с движением центрального электрода изменяется электрическое сопротивление измерительной ячейки, ногруженной в исслелуемьш расплав (раствор), в результате чего синусоидальное нап1)яжение высокой частоты в чувствительном элементе преобразуется jB амплитудно-модулированное (AM) напряже- ние, которое является измерительным сигналом, так как глубина модуляции при постоянном размахе h возвратно-поступательного движения центрального электрода прогюрциональна удельной электрической проводимости исследуемого распАава (раствора). Лмплитудно-модулированное напряжение измерительного сигнала с выхода чувствительного элемента усиливается в усилителе 6, детектируется амплитудным детектором 8 и в форме огибающей амплитуды поступает в качестве управляющего напряжения и на имитатор измерительной ячейки 9 и в блок 10 коммутации. По уровню управляющего напряжения измерительного сигнала и сигналов с блока 7 отметки с помощью блоков 10 и 2 определяетая и включается в работу требуемый .поддиапазон измерений, а в имитаторе формируется сопротивление n nnXgu Ru равные (или кратные им) соответственно сопротивлениям ячейки при верхнем и нижнем положениях центрального электрода.

В имитаторе измерительной ячейки измерительный сигнал и преобразуется в напряжение ли, которое измеряется цифровым вольтМетром 11 и печатается на бумажной ленте цифропечатающего устройства 12. В каждом цикле измерения в одной строке (столбце) печатаются три числа: Ди, Е и п, где Е - термо-ЭДС термопары, измеряющий температуру расплава / (раствора) в момент измерения электропроводности, п - номер поддиапазона измерений, на котором работает устройство в данный момент.

Из формулы следует, что если постоянная имитатора измерительной ячейки а, - I, что легко достигается соответствующим выбором величин h, .з, то измеренное значение дУ, выраженное в вольтах, численно равно удельной электрической проводимости, выраженной в ед;1ницах Сим/м. Так, например при а 250, h 5 мм. Р.а 20 ом и и 2,5 В, получаем а, - 1..

Однако, соотношение 5 Ди имеет место только на основном поддиапазоне измерений, когда Х(; R. На других iioiuwana3OHax измерений Х , поэтому результат измерений в общем случае будет равен 5 - , где

т RH -CC) есть коэффициент кратности поддиапазона измерений п, его

значение известно для каждого поддиапазона измерений.

Таким образом, в общем случае формула для 6 принимает вид:

(r.v.a,,

где j , - коэффициент поддиапазона

измерений, его численное значение известно .

Расчет коэффициентов кратности m произ- . водится по градуировочным графикам U(...(Ry, которые снимаются для каждого поддиапазона измерений при вводе устройства в экстшуата

Следует заметить, что устройство успеилю работает при любых значениях а, f 1 и гп.

Устройство, раз отградуированное при изготовлении, более не нуждается в градуировке его эталонными расплавами (растворами) перед началом эксперимента.

Положительным эффектом являются также высокая точность измерений, которая обеспечивается в результате применения имитатора измерительной ячейки с цифропсчатающим регистратором, широкий диапазон измерений, охватывающий несколько порядков измеряемой величины от до Сим/м, возможность непрерывных измерений, высокая производительность, возможность получения температур-. ной зависимости исследуемого параметра.

Формула изобретения

Устройство для анализа расплавов солей и растворов электролитов, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального напряжения высокой частоты, резонансный чувствительный элемент с коаксиально-цилиндрической измерительной ячейкой, снабженный электродом, который совершает возвратно-поступательное движение, электродвигатель, ось которого соединена с электродом, усилитель, амплитудный детектор, .самопишущий регистратор измерительного сигнала-, отличающееся тем, что, с целью повышения товдости измерений, расширения диапазона измерений, повыщения производителыюсти, в него дополнительно введен имитатор измерительной ячейки и цифропечатающий регистратор, причем вход первого из нихСоединен с амплитудным детектором, а выход - с цифропёчатающим регистратором, блок отметки верхнего и нижнего положений центрального электрода, соединенный с осью электродвигателя, коммутатор, вход которого соединен с блоком отметкн и амплитудным де1 ,702286 . , 8

тектором, а выход - с имитатором измеритель-нужного полдиапазона измерений, выход котоной ячейки, цифропечатаюшим устройством и блоком автоматического выбора и включения

рого соединен с резЬ11ансн(,гм чувствительным элементом.

1риг.{

эм

4 Ш

//

аб

/

о

/

/

/

v

/

. е

Ог

/

CS /

7«:

Уме

So fifrt ЦПМетр

К.