Проточний допоміжний електрод (варіанти)

1. Проточний допоміжний електрод, що містить заповнену електролітом камеру, втулку, яка підпружинена для створення в камері надлишкового тиску і виконана з капіляром для витікання еле 3 У всіх конструкціях ЕД контакт з контрольованим розчином здійснюється за допомогою електролітичного ключа, що є найчастіше пористу перегородку між внутрішньою порожниною з електролітом і досліджуваним середовищем. У місці дотику електроліту і досліджуваного середовища виникає дифузійний потенціал, величина якого визначається природою стичних розчинів, їх концентрацією, швидкістю руху електроліту через електролітичний ключ і іншими чинниками. Для надійної роботи ЕД потрібно, щоб величина дифузійного потенціалу була мінімальною. Непроточні ЕД характеризуються простотою конструкції і легкістю експлуатацію. Проте, особливо в розчинах з низькою електропровідністю, дифузний потенціал ЕД може досягати значних величин. До того ж електролітичний ключ непроточного ЕД повинен постійно зберігатися в розчині, оскільки його висихання може привести до різкого збільшення електричного опору і втрати контакту між досліджуваним середовищем і електролітом, що заповнює внутрішню порожнину електроду. У проточних ЕД електроліт постійно протікає через електролітичний ключ, що запобігає дифузії сторонніх іонів з досліджуваного середовища в порожнину електроду і створює чіткішу межу між досліджуваним середовищем і електролітом (в процесі експлуатації періодично здійснюють поповнення електроліту). У проточних ЕД дифузійний потенціал має відносно стабільну і порівняно незначну величину. Для дослідження гідрохімічних параметрів Світового океану ЕД повинні забезпечувати надійну роботу в умовах підвищеного гідростатичного тиску, при цьому їх потенціал не повинен залежати від тиску досліджуваного середовища. При цьому ЕД повинні бути прості в експлуатації, що дуже важливо в умовах морських вимірювань. У океанографії найчастіше застосовують хлорсрібні проточні ЕД. Неодмінним елементом конструкції проточного ЕД є джерело сили, що забезпечує рівномірне оновлення електроліту в електролітичному ключі. Відомий, у тому числі і розроблений заявником, ряд конструкцій електродів допоміжних, призначених для роботи в умовах підвищеного гідростатичного тиску і що забезпечують стабільність потенціалу в часі. Відома конструкція ЕД [1], запропонована БенЯковом і Капланом. У цій конструкції оргскляний корпус, що створює порожнину, заповнену електролітом, сполучений за допомогою трубки з гумовою грушею. Надмірний тиск в порожнині корпусу, необхідний для протікання електроліту через електролітичний ключ, створюється за рахунок пружних властивостей гумової груші при підвищенні тиску досліджуваного середовища. Недоліком конструкції є припинення витікання електроліту при підйомі ЕД, оскільки в цьому випадку зовнішній тиск знижується. Іншим аналогом заявленого пристрою є ЕД [2], розроблений на основі плавучості поплавця. До складу цієї конструкції входять камера з електролітом, сильфони і поплавець. У міру занурення ЕД 93299 4 поплавець, прагнучи спливти під дією відштовхуючої сили води, чинить тиск на сильфони. Внаслідок цього усередині камери ЕД створюється надмірний тиск, забезпечуючи необхідну подачу електроліту через електролітичний ключ. Недоліками цієї конструкції є припинення витікання електроліту при підйомі і залежність швидкості подачі електроліту від швидкості занурення пристрою. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення по сукупності ознак є розроблений заявником, Морським гідрофізичним інститутом Національної академії наук України, електрод допоміжний [3] ЭВ-022 (Рт5.519.022). Він випробуваний в натурних умовах у складі глибоководних зондів типу Істок-7 до глибин 6000 метрів. Цей пристрій прийнятий як прототипи для кожного з винаходів, що входять до заявленої групи. Прототип містить корпус з оргскла. Усередині корпусу, з боку його хвостовика, в коміркі розташований хлорсрібний контакт у вигляді спіралі з срібного дроту, розміщеного в пасті з хлористого срібла і розчину хлористого калію. Комірка має кришку, через отвір якої комірка пов'язана з внутрішньою камерою ЕД. Камеру утворює гумовий сильфон, який за допомогою бандажа закріплений одним кінцем - на корпусі, а іншим - на втулці. Камера заповнена електролітом. У втулці виконаний капіляр, який грає роль отвору для електролітичного ключа. У отвір капіляра щільно вставлена скляна нитка так, щоб забезпечити задану швидкість витікання електроліту. Тиск на гумовий сильфон з електролітом забезпечується за рахунок пружини, яка підтискає втулку у бік сильфону. Пружина зводиться при заповненні камери електролітом. Для зведення пружини призначені гайка і штирі, що взаємодіють з направляючими пазами огорожі ЕД. Пристрій містить пробку, герметизуючу камеру ЕД після її заповнення електролітом. Загальними суттєвими ознаками прототипу і заявленого технічного рішення є: заповнена електролітом камера, втулка, яка подпружинена для створення в камері надмірного тиску і виконана з капіляром для витікання електроліту з камери в досліджуване середовище, корпус, що містить комірку електролітичного контакту, що сполучається за допомогою каналу з електролітом камери. Камера у вигляді гумового сильфону, електроліт в якому постійно знаходиться під надмірним тиском, забезпечує проведення гідрохімічних вимірювань як при спуску, так і при підйомі апаратури в досліджуваному середовищі. Проте таке виконання камери визначає і недоліки прототипу. Поперше, в процесі експлуатації в умовах агресивного морського середовища з часом в гумі утворюються мікротріщини. По-друге, закріплення сильфону на втулці і корпусі бандажем не забезпечує надійної і стабільної герметизації і електроізоляції електроліту в камері - під тиском пружини електроліт просочується через бандаж назовні. Сольовий місток, створений мікротріщиною гуми або недостатнім ущільненням бандажа, шунтує опір ізоляції між хлорсрібним електродом і електролітичним ключем ЕД. Виникнення такого шунтування важкопрогнозуємо і суттєво знижує стабільність 5 потенціалу ЕД, тобто знижує метрологічні параметри всієї вимірювальної системи. У основу винаходу поставлене завдання створення проточного допоміжного електроду, в якому за рахунок ознак, що характеризують особливості виконання камери з електролітом і особливості створення в ній надмірного тиску, за рахунок особливостей герметизації і електроізоляції електроліту в камері забезпечується нова технічна властивість - усунення факторів, що створюють можливість шунтування опору ізоляції між контактом і електролітичним ключем. Вказана нова властивість обумовлює технічний результат винаходу підвищення стабільності потенціалу електроду в процесі експлуатації, що підвищує надійність його роботи. Поставлене завдання розв'язується тим, що, згідно першому варіанту винаходу, в проточному допоміжному електроді, що містить заповнену електролітом камеру, втулку, яка підпружинена для створення в камері надмірного тиску і виконана з капіляром для витікання електроліту з камери в досліджуване середовище, корпус, що містить комірку електролітичного контакту, що сполучається за допомогою каналу з електролітом камери, новим є те, що камера виконана в корпусі і має форму циліндра, а втулка виконана у вигляді поршня, встановленого в циліндр з герметизацією і електроізоляцією. Згідно другому варіанту винаходу в проточному допоміжному електроді, що містить заповнену електролітом камеру, втулку, яка підпружинена для створення в камері надмірного тиску і виконана з капіляром для витікання електроліту з камери в досліджуване середовище, корпус, що містить комірку електролітичного контакту, що сполучається за допомогою каналу з електролітом камери, новим є те, що камера виконана у втулці і має форму циліндра, а корпус виконаний у вигляді поршня, встановленого в циліндр з герметизацією і електроізоляцією. Сутність винаходу пояснюється за допомогою фігур 1 і 2, на яких зображені відповідно перший і другий варіанти винаходу. Перший варіант заявленої конструкції ЕД (Фіг. 1) містить корпус 1 з хвостовиком 2. Усередині корпусу 1 розміщена комірка 3 з срібним дротом 4 і пастою 5, що є сумішшю солі хлористого срібла і розчину хлористого калія. Один кінець дроту через гермоувід в хвостовику 2 виведений для підключення ЕД до електронної схеми приладу і є його вихідним сигнальним контактом. З іншого боку комірка 3 закрита кришкою 6 з отвором, заповненим губчастим матеріалом. Кришка 6 необхідна для запобігання попаданню пасти в заповнену електролітом камеру 7, оскільки за допомогою каналу 8 комірка сполучається з електролітом. Камера 7 виконана в корпусі 1 і має форму циліндра. У цей циліндр вставлений поршень - втулка 9. У втулці 9 виконаний капілярний отвір 10, що створює електролітичний ключ електроду. У капілярний отвір щільно вставлена скляна нитка (не показана), що забезпечує задану швидкість витікання електроліту з камери 7. У корпусі 1 виконаний заливальний отвір для заповнення камери електроду електролітом, яке після заливки 93299 6 герметизується пробкою 11 з кільцем, ущільнення (кільце не показане). Електрод може бути виконаний без цього спеціального заливального отвору наприклад, заливка і поповнення електроліту можуть здійснюватися безпосередньо через капіляр 10. Поверх корпусу 1 і втулки 9 встановлена огорожа 12. На огорожі 12 є зовнішнє різьблення для переміщення гайки 13 і два пази для ковзання двох штирів 14, встановлених на втулці 9. Між торцем огорожі 12 і втулкою 9 встановлена пружина 15, що підтискає поршень-втулку 9 в циліндрову камеру 7 корпусу, за рахунок чого в камері створюється надмірний тиск. Герметизація і ізоляція електроліту в камері 7, тобто герметизація і ізоляція з'єднання циліндр-поршень, здійснюються застосуванням ущільнення рухомого контакту, наприклад, у вигляді гумових манжет. В даному випадку герметизація і ізоляція забезпечуються масляним затвором - на циліндровій поверхні втулки 9, прилеглої до внутрішньої поверхні циліндра корпусу 1, виконана канавка 16 із заповнювачем. Хвостовик 2, гайка 13 і штирі 14 можуть бути виконані з металу, стійкого в досліджуваному середовищі, наприклад, титанового сплаву або неіржавіючої сталі. Решта деталей конструкції повинна бути виконана із стійкого по відношенню до досліджуваного середовища і до електроліту непровідного конструкційного матеріалу, наприклад, оргскла, капролона, фторопласту. Як заповнювач канавки 16 застосована губчаста прокладка в ізолюючій рідині, наприклад, маслостійкий поролон в середовищі малов'язкого з високим опором ізоляції масла - полиметилсилоксанової рідини ПМС-10 або ПЄС-5. Масло, з одного боку, володіє високими ізоляційними властивостями, а з іншого - перешкоджає просочуванню електроліту в досліджуване середовище. Пружина 15 вибирається залежно від вимоги до швидкості протікання електроліту в капілярі 10 і може бути виконана, наприклад, з неіржавіючої сталі 3X13. Згідно другому варіанту винаходу (Фіг. 2) електрод допоміжний, як і по першому варіанту, містить: корпус 1 з хвостовиком 2; комірку 3 з дротом 4 і пастою 5; кришку 6; заповнену електролітом камеру 7, яка сполучається каналом 8 з коміркою 3; втулку 9 з капіляром 10; пробку 11 заливального отвору; огорожу 12; гайку 13; штирі 14; пружину 15; засіб герметизації і електроізоляції електроліту в камері 7 - канавку 16 із заповнювачем. Як і в першому варіанті, камера 7 утворена з'єднанням циліндр-поршень. Відмінність конструкції циліндрпоршень в другому варіанті винаходу полягає в тому, що циліндр виконаний у втулці 9, а корпус 1 у вигляді поршня встановлений в цей циліндр, при цьому канавка 16 виконана на циліндровій поверхні корпусу 1, прилеглої до циліндрової поверхні втулки 9. Робота пристрою здійснюється таким чином. Заздалегідь ЕД заправляють електролітом. Для цього в заправний отвір замість пробки 11 встановлюють лійку, а гайку 13 переміщають до упору у бік заправного отвору. При цьому об'єм камери 7 в циліндрі мінімальний. Заливають у лійку електроліт і переміщають гайку 13 в протилежне крайнє положення. При цьому пружина 15 стис 7 93299 кається, а внутрішня порожнина ЕД наповнюється електролітом. Заглушають заправний отвір пробкою 11. Перед початком вимірювань гайку 13 знову переміщають, стискаючи пружину 15. Під впливом пружини в камері 7 створюється надмірний тиск, унаслідок чого в процесі вимірювань електроліт рівномірно протікає через капіляр 10 - витікає через електролітичний ключ ЕД в досліджуване середовище. Витрата електроліту звичайно складає 5-7 мл на добу. Заявлений проточний допоміжний електрод простий в реалізації і унаслідок стабільності його потенціалу забезпечує високу якість інформації при наукових дослідженнях. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 8 Джерела інформації: 1. Рабинович М. Е. Внуков Ю Л. Методы измерения гидрохимический параметров и их применение в зондирующих комплексах МГИ НАН Украины. - Севастополь, 1995. 2. Авторское свидетельство СССР № 494676, МКИ G 01 N 27/52. Датчик для измерения величины рН при высоких давлениях / A. M. Виницкий, А. А. Сахаров, И. М. Цыганков, И. А. Островерх (СССР), - № 1783346/SU; Заявлено 06.05.72, опубл. 05.12.75, Бюл. № 45. 3. Электрод ЭВ-022 (Рт5.519.022) - прототип. Підписне Тираж 23 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. Київ – 42, 01601