Датчик для исследования жидкостей Советский патент 1981 года по МПК G01N27/02 

Изобертение относится к физико-хи мическим исследованиям жидкостей, и может быть использовано, в первую очередь, дпя медицинских лабораторны исследований методом регистрации пас сивных электрических параметров ГR и с), например, при регистрации.биохимических реакций, титровании, опреде лении электролитемии, концентрации отдельных веществ. электрические параметры контактного двухэлектродного датчика, погру женного в кювету, с жидкостью, в боль .шой степени зависят от уровня жидкости относительно электродов. Колебания этого уровня имеют место как вследствие погрешностей геометрических размеров датчика и кюветы, так и вследствие неточного дозирования жидкости, ее испарения и т.д. Для устранения зависимости параметров датчика от уровня жидкости часть электродов покрывается диэлект.риком с целью четкого ограничения рабочей поверхности электрода. Известен датчик для исследования жидкостей, у которого часть платинового электрода покрыта стеклом. Спай платины и стекла является наиг более распространенным сочетанием металла с диэлектриком. Диэлектрические покрытия электродов из других металлов(титан, нержавекнцая сталь, никель, золото) являются менее надежными TI . Известен также датчик дпя исследования биожидкостей, имеющий два коррозионностойких металлических стержня, расположенных в корпусе параллельно друг другу, поверхность стержней разделена вакуумппотным диэлектрическим покрытием на чувствительную и контактную части, причем чувствительная часть имеет сферическую форму С27. Вакуумплотное покрытие части электрода контактных датчиков устра3няет. зависимость электрических параметров датчика от колебаний уровня жидкости в.кювете, но достигается это путем усложнения конструкции и особенно технологии изготовления. Покрытия эффективны {только для некоторых металлов (й алример титана), работают в ограниченном диапазоне температур и имеют ограни ченную стойкость в агрессивных средах. Кроме того, даже незначительHbie нарушения покрытий (микротрещнHbij приводят к нестабильности датчика, а следовательно, к резкому увеличению погрешности измерения. Наиболее близким к предлагаемому является датчик для контактного мет да измерения параметров жидкостей, который имеет корпус, выполненный из диэлектрического материала, два контакта для подключения датчика в измерительную схему и два электро да, представляющие собой металличес кие стержни, расположенные параллел но друг другу С 3. Однако вследствие сильной зависи мости параметров такого датчика от уровня жидкости в кювете,он може найти практическое применение тольк для грубых измерений с погрешностью около 0%. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения при одновреме ном обеспечении термо- и химстойкос Поставленная цель достигается те что в датчике, содержащем электроды выполненнь1е из двух частей - измери тельной и переходной, установлен диэлектрический экран, который может быть выполнен в виде плоской перегородки или в виде двух полых цилиндров, а геометрические размеры частей электродов определяются неравенствами,j 450uS ; ае, &4 f: ioe,,,где В.- расстояние между переходны частями; tnt расстояние между измерител ными частями; k Sj - удельная площадь боковой поверхности переходной час ти; Й Sft- удельная площадь боковой п верхности измерительной ча ти. 4 На чертеже представлен предлагаемый датчик. Датчик содержит корпус 1, выполненный из диэлектрика, два контакта 2 для подключения к электрической схеме и два электрода 3, выполненных из коррозионностойкого металла, причем электроды датчика состоят из двух частей: измерительной 4, служащей для измерения пассивных электрических параметров жидкости, и переходной 5, соединяющей рабочую часть с корпусом. Для уменьшения чувствительности переходной части к уровню жидкости установлен диэлектрический экран. Это снижает чувствительность переходных частей электродов датчика к колебаниям уровня жидкости в кювете в 4-6 раз. Экран может быть выполнен в виде плоской перегородки, установленной между электродами, или в виде двух полуцилиндров, охватывающих переходные части электродов, или в виде двух полых цилиндров 6. Последнее обеспе чивает не только экранирование электродов, но и уменьшение колебаний уровня жидкости при погружеНИИ датчика за счет образующейся воздушной пробки. Соотношения геометрических размеров частей электродов определены неравенствами &S.j660ue, 2t t 620e.j , где R.- расстояние между переходными частями электродов; расстояние между измерительными частями электродов; ASj- удельная площадь боковой поверхности переходной части; 5,.- удельная площадь боковой поверхности измерительной части электрода. Оба неравенства име(9т непосредственной целью уменьшение электропроводности, определяемой переходной частью датчика, по сравнению с измерительной, поскольку это и обеспечивает уменьшение чувствительности к колебаниям уровня жидкости. В общем эффект достигается при любых целых коэффициентах в соотношениях Р, ч и Sjj 7 Л S . За минимальное соотношение берется Еи Л $5 5AS , что обеспечивает ослабление чувствительности в 10 раз. Максимальные соотношения -f 4 20 Iji и Л S, 50 U S опре деляются конструктивными соображени ми, поскольку дальнейшее увеличени ti приводит к увеличению объема жидкости для исследования, что не всегда возможно для биологических исследованиях, а уменьшение S по сравнению с S приводит к потере жесткости перехожной части. В целом указанные пределы являют оптимальными для датчиков, преднази ченных для исследования небольших объемов жидкости от 1 до 20 мл. Сравним погрешность измерения пр использовании известного .и предлагаемого датчиков. Пусть у известного датчика площа части электрода, погруженной в жидкость, образуется квадратом со стороной 10 мм и равна 100 мм. Если колебания уровня жидкости при измениях составляют 1 мм, то относительная погрешность измерения составляет 10%. Пусть у предлагаемого датчика пл щадь боковой поверхнсоти измерительной части электрода равна 100 м а длина боковой поверхности 10 мм, тогда SQ 10 мм . При условии, ч bS, 5U.S, погрешность измерения уменьшается в 10 раз. При условии, что t, i QOe Л5 -50uS погрешность измерения уменьшается .в 1000 раз. Кроме того, экспериментально установлено, что наличие экрана ослабляет чувствительность переходн части электрода к уровню жидкости еще в Д-6 раз. Датчик работает следующим образом. В чистую кювету заливают исследу мый раствор. Датчик берут за корпус и погружают в жидкость. При этом должно удовлетворяться условие: граница раздела фаз должна приходит 76 ся на переходную часть электрода датчика. После подключения датчика в измерительную схему производится отсчет параметров, Использование предлагаемого датчика обеспечивает уменьшение относитеЯьной погрешности измерения до 0,20,002% при одновременном обеспечении термостойкости и химстойкости. Кроме тогоу упрощена технология изготовления, отсутствуют покрытия, корпус обеспечивает только механическое крепление электродов, достигнута простота конструкции (электроды из металла и корпус из диэлектрика). Формула изобретения Датчик для исследования жидкости, содержащий корпус из диэлектрического материала, электроды, разделенные на измеритель.ную часть .и изолированную, переходную часть, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, между электродами установлен диэлектрический экран,а. размеры частей электродов определяются неравенством 56S i ST. 50 2. la -fcr 1 20 ii где t - расстояние между переходными частями; til расстояние между измерительными частями; h, - удельная площадь боковой поверхности переходной части; utSo. - удельная площадь боковой поверхности измерительной части. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Бейтс Р. Определение рН. Теория практика. Химия, 1968, с. 219. 2.Авторское свидетельство СССР 679859, кл. G 01 N 27/02, 1974. 3.Лопатин Б. Теоретические осноы электрохимических методов аналиа. М., Высшая школа, 1975, с. 261 прототип)-.