Пристрій для вимірювання параметрів електролітів

Пристрій для вимірювання параметрів електролітів, що містить кондуктометричну комірку із металевими електродами, генератор, що задає на електроди дослідну гармонійну напругу, електронний блок реєстрації значення сигналу, блок перетворення й індикації параметрів електроліту, що вимірюється, який відрізняється тим, що додат Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки і може бути використаний для кондуктометричного вимірювання параметрів електролітів і аналізу їхнього складу Відомий пристрій вимірювання параметрів і аналізу складу розчинів електролітів [А с №1111090, опубл Б И №32, 1984] містить кондуктометричну комірку із відомою електричною постійною і металевими електродами, генератор завдання на електроди випробної гармонійної напруги визначеної амплітуди і частоти, порівняльну аналогічну кондуктометричну комірку з еталонним електролітом, електронний блок реєстрації та індикації отриманих значень електропровідності розчину Недоліки пристрою по-перше, наявність між електродної ємності розчину і ємності подвійного електричного шару, що залежить від фізикоХІМІЧНИХ параметрів електроліту, розчинених домішок і напруженості електричного поля між електродами кондуктометричної комірки, яке виникає внаслідок непостійності напруженості поля в між електродному просторі По-друге, необхідної наявності другої - еталонної кондуктометричної комірки, параметри обох комірок і умови вимірювання для яких не ідентичні По-третє, наявність температурної погрішності реєстрації сигналу, що обу ково містить прецизійний резистор, послідовно під єднаний до кондуктометричної комірки з голкоподібними електродами, широкосмуговий підсилювач гармонійного сигналу, два диференційних підсилювачі, електронний блок авторегулювання амплітуди гармонійної напруги, що задається на електроди кондуктометричної комірки, і який підтримує ПОСТІЙНІСТЬ напруженості електричного поля в міжелектродному просторі у всьому діапазоні частот, джерело напруги з температурнозалежною вихідною напругою, випрямляч змінного сигналу в напругу постійного струму, фільтр низьких частот, кероване джерело постійного струму імітатор пустої кондуктометричної комірки мовлена змінами фізико-хімічних параметрів розчину в кондуктометричних комірках, виникаючих внаслідок нагрівання вимірювального електроліту током, протікаючим крізь комірку під час вимірювання Спільними З пристроєм ознаками, є - кондуктометрична комірка із відомою електролітичною постійною і металевими електродами, - генератор, який задає на електроди випробну гармонійну напругу визначеної амплітуди і частоти, - електронний блок реєстрації та індикації отриманих значень електропровідності розчину Найбільш близьким до корисної моделі що заявляється є пристрій для кондуктометричного аналізу [Неаполитанский Е А , Хажуев В Н Измерения удельной электрической проводимости морской воды на основе метода Ван дер Пау "Исследования в области электрических измерений" Сборник научных трудов под ред Е Д Колтика Л Энергоатомиздат, 1985 - С 136, С 41-44], містить кондуктометричну комірку із відомою електролітичною постійною і металевими електродами, генератор завдання на електроди дослідної гармонійної напруги визначеної амплітуди і частоти, електронний блок реєстрації значення сигналу, обумовленого струмом, що проходить через роз ео 00 сч О) 10280 чин у кондуктометричній комірці; блок перетворення й індикації параметрів вимірювального електроліту; електролітичної провідності і концентрації розчину. Недоліки пристрою: - наявність температурної похибки реєстрації сигналу, що обумовлена змінами фізико-хімічних параметрів розчину, виникаючими внаслідок проходження струму через комірку; - наявність між електродної ємності, що залежить від фізико-хімічних параметрів електроліту і зв'язана з непостійністю напруженості поля в між електродному просторі; - залежність значення напруженості електричного поля між електродами кондуктометричної комірки, яка обумовлена струмом, що проходить через розчин і вхідним опором реєстратора. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити пристрій для вимірювання параметрів електролітів в кондуктометрічній комірці, яка дозволяє виключити похибки від між електродної ємності і від зміни ємності подвійного електричного шару на електродах. Пристрій, що заявляється, складається з: - кондуктометричної комірки з металевими електродами голчастого типу; - прецизійного резистора; - генератора, що задає на електроди дослідну гармонійну напругу перемінної частоти; - ширикополосного підсилювача гармонійного сигналу; - двох диференційних підсилювачів; - електронного блоку авторегулювання амплітуди гармонійної напруги, яка задається на електроди кондуктометричної комірки, що підтримує сталість напруженості електричного поля у між електродному просторі у всьому діапазоні частот; - джерела напруги з температурно-залежною вихідною напругою; - блоків перетворення та індикації; - випрямляча перемінного сигналу в напругу постійного струму; - фільтра низьких частот, - керованого джерела напруги постійного струму - імітатора пустої кондуктометричної комірки; На Фіг. показана блок-схема пристрою вимірювання параметрів електролітів. Пристрій складається з генератора змінної частоти 1, що задає гармонійну напругу на послідовний ланцюг, що складається із кондуктометричної комірки 2 і прецизійного резистора 3. Електронний блок 4 авторегулювання амплітуди гармонійної напруги, яка задається на електроди кондуктометричної комірки, підключається до послідовного ланцюга, з якого сигнал поступає на ширикополосний підсилювач 5, до виходу якого приєднується випрямляч 6. На виході випрямляча 6 включений фільтр низьких частот 7, вихідна напруга з якого поступає на вхід першого диференційного підсилювача 8, на другий вхід якого підключене кероване джерело напруги постійного струму - імітатора порожньої кондуктометричної комірки 12. З виходу першого диференційного підсилювача 8 сигнал подається на другий диференційний підсилювач 9, на другий вхід якого підключене джерело напруги з температурно-залежною вихідною напругою 13, який в свою чергу з'єднаний з електронним блоком 4 авторегулювання амплітуди гармонійної напруги, що задається на електроди кондуктометричної комірки. З другого диференційного підсилювача 9 сигнал подається на блок перетворення 10, а потім на блок індикації 11. Пристрій працює наступним чином. Гармонійний сигнал із виходу генератора перемінної частоти 1 задається на послідовний ланцюг, що складається з кондуктометричної комірки і прецизійного резистора 3. На резисторі 3 формується падіння напруги від струму, що протікає по ланцюгу кондуктометрична комірка 2 - резистор 3: _ І . D — 'р '•її — Zp+Ru О '•і ,(1) де Ір - струм, що протікає через кондуктометричну комірку, (А); Z p - комплексний опір розчину, (Ом); ю - вихідна напруга генератора, (В); Ru - прецизійний резистор, (Ом); яка надходить на вхід широкосмугового підсилювача перемінної напруги 5 і підсилюється: U 5 = K 5 U 2 , (2) де Us - вихідна напруга широкосмугового підсилювача перемінного сигналу, (В); К 5 - коефіцієнт підсилення широкосмугового підсилювача, (безрозмірна величина). На виході широкосмугового підсилювача 5 включений випрямляч 6, що перетворює перемінний гармонійний сигнал у напругу постійного струму з пульсуючою з частотою гармонійного сигналу складовою: U 6 = K 6 K 5 U 2 , (3) де Щ - вихідна напруга випрямляча, (В); Кб - коефіцієнт випрямлення перемінної напруги, (безрозмірна величина). Для видалення пульсуючої з частотою гармонійного сигналу складовою на виході випрямляча 6 включений фільтр нижніх частот 7, на виході якого присутня напруга постійного струму: U 7 = К 7 КбК 5 и 2 = K 72 U 2 , (4) де К 7 - коефіцієнт фільтрації ФНЧ (безрозмірна величина); U 7 - напруга на виході ФНЧ, (В). К 72 = К 7 КбК 5 - коефіцієнт передачі послідовного ланцюга, що складається із широкосмугового підсилювача 5, випрямляча 6, фільтра низьких частот 7, (безрозмірна величина). Вихідна напруга ФНЧ 7 надходить на перший вхід першого диференційного підсилювача 8, на другий вхід якого задається напруга пропорційна напрузі пустої кондуктометричної комірки для частотних точок, що задаються. На виході диференційного підсилювача 8 формується напруга: U 8 = (U7-U12) К 8 = (K 72 U 2 -K 12 U C )K 8 , (5) де Ui 2 = Ki 2 Uc - напруга керованого джерела постійної напруги 12, пропорційна напрузі пустої кондуктометричної комірки для частотних точок, що задаються, (В); Ue - вихідна напруга першого диференціального підсилювача 8, (В); 10280 Кіг = К72 - коефіцієнт перетворення керованого джерела напруги постійного струму - імітатора пустої кондуктометричної комірки, (безрозмірна величина); Uc - напруга, що знімається з прецизійного резистора, із порожнього кондуктометричного осередку у контрольованій частотній точці, (В); К 8 - коефіцієнт підсилення першого диференційного підсилювача 8, (безрозмірна величина). Напруга сигналу постійного струму з виходу першого диференційного підсилювача 8 надходить на перший вхід другого диференційного підсилювача 9, на іншому вході якого діє напруга, з виходу керованого джерела напруги 13, пропорційна температурній залежності електропровідності кондуктометричної комірки. На виході диференціального підсилювача 9 формується напруга: U 9 = (U 8 ± Ui 3 )K 9 = [(K 7 2 U 2 - K 12 U C )K 8 ± K 13 U T ]K 9 , (6) де Ug - вихідна напруга диференціального підсилювача 9, (В); К 9 - коефіцієнт підсилення диференціального підсилювача 9, (безрозмірна величина); Кіз - коефіцієнт перетворення керованого джерела напруги 13, вихідна напруга якого пропорційна температурній залежності провідності розчину кондуктометричної комірки 2, (безрозмірна величина); UT - напруга, що враховує падіння напруги на прецизійному резисторі 3 від струму, що протікає по кондуктометричній комірки 2, для різних температур розчину, (В). З огляду на необхідну умову рівності коефіцієнтів К72 і Кіг співвідношення (6) можна записати в більш простій формі: (ба) Ug = (U 8 ± Ui3)Kg = [(К 7 2 К 8 (U 2 - Uc) ± K I 3 U T ] K 9 , Зі співвідношення (6а) випливає необхідна рівність К 7 2 К 8 = Кіз для виключення погрішностей від теплових флуктуацій провідності розчину електроліту в кондуктометричній комірці 2, при дотриманні якого співвідношення (6а) запишеться таким чином: U 9 = К 72 К 8 К 13 K 9 (U 2 - Uc ± UT). (66) Подання на кондуктометричну комірку 2 гармонійної напруги в діапазоні частот пов'язано зі зміною її комплексного опору, а отже, із змінами струму, що протікає по ланцюгу кондуктометрична комірка 2 - прецизійний резистор 3, і як наслідок зміна падіння на опорі 3. Тому виникає необхідність підтримки сталості напруженості електричного поля в між електродному просторі кондуктометричної комірки 2 за рахунок зміни вихідної напруги генератора 1. Підстроювання амплітуди вихідної напруги генератора 1 виконує електронний блок авторегулювання амплітуди 4, що задається на електроди кондутометричної комірки 2 гармонійної напруги у всьому діапазоні частот, тим самим підтримуючи сталість напруженості електричного поля в між електродному просторі. Тому що при переході від однієї частотної точки до іншої відбувається стрибок падіння напруги на резисторі 3, ця різниця падіння напруг прийнята як керуючий сигнал для джерел 12 і 13, що повинні містити регістри пам'яті зі значеннями напруг Uc і UT ДЛЯ КОЖНОЇ частотної точки. Значення вихідного сигналу диференційного підсилювача 9 перетворені в значення провідності розчину кондуктометричної комірки 2 Uio = SioUg, що реєструється індикатором в кожній частотній точці діапазону. Таким чином, значення провідності кондуктометричної комірки 2 що, реєструється, звільнено від погрішностей, зв'язаних із зміною напруги електричного поля в між електродному просторі, від впливу ємності подвійного електричного шару і температурних флуктуацій. В даному пристрої для виключення погрішностей (виникаючих в існуючих пристроях) від непостійності напруженості поля в між електродному просторі, між електродної ємності і від зміни ємності подвійного електричного шару на електродах, введені прецизійний резистор, з'єднаний послідовно з кондуктометричною коміркою с голкоподібними електродами. Електронний блок авторегулювання амплітуди гармонійної напруги, що задається з виходу генератора на електроди кондуктометричної комірки, є необхідним для підтримки постійності напруженості електричного поля в між електродному просторі комірки у всьому діапазоні частот, і керуючих напруг на джерела-імітатори. Пристрій для вимірювання параметрів електролітів використовується в лабораторній практиці, а також може бути використаний в промисловості для проведення неперервного хіміко-аналітичного контролю виробництва, визначення концентрації сольових розчинів, вмісту солі в мінеральній, морській і річковій воді, для процесу очищення і якості води, оцінки забрудненості стічної води і т.п. 10280 _L Комп ютерна верстка Д Дорошенко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м К и ї в - 4 2 , 01601