ДАТЧИК КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЙ ДВУХЭЛЕКТРОДНЫЙ

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для измерений удельной электрической проводимости жидкостей. Известны кондуктометрические датчики контактного типа:
- двухэлектродные датчики, в которых электроды служат для подведения тока и с них же снимается разность потенциалов, создаваемая в исследуемом растворе;
- трехэлектродные датчики, в которых внешние электроды замкнуты и на них подается одинаковый потенциал. Добавление третьего электрода к имеющимся двум уменьшает вклад «паразитных» емкостных связей, образующихся на стенках ячейки, вследствие более четкой локализации измерительной области;
- четырехэлектродные датчики, в которых питающее напряжение подается на токовые электроды, расположенные по краям датчика, а в середине конструкции датчика располагаются потенциальные электроды, с которых снимается разность напряжение;
- семиэлектродные датчики, которые конструируются по принципу двойных четырехэлектродных датчиков. Центральный электрод возбуждается переменным током, который протекает к крайним электродам. Две пары других электродов, измеряющие разность напряжений, размещены попарно между центральным и крайними электродами.
Известен датчик удельной электрической проводимости жидкостей (патент РФ №2707396), предназначенный для измерений удельной электрической проводимости жидкостей при физико-химических исследованиях и контроле технологических процессов.
Датчик включает две пары электродов (два возбуждающих электрода и два измерительных электрода), представляющих собой круглые плоские диски одинаковой площади. Все электроды установлены на наружной поверхности опорного элемента перпендикулярно его оси, опорный элемент представляет собой отрезок трубы, изготовленной из непроводящего материала.
Также известен датчик удельной электрической проводимости жидкостей (патент РФ №2482469), который содержит два потенциальных электрода, один из которых снабжен «охранным» электродом. Первый из потенциальных электродов имеет малую площадь и является основным образующим рабочий объем датчика и его геометрическую постоянную в совокупности с межэлектродным расстоянием, а второй съемный потенциальный электрод является основным в формировании однородности электромагнитного поля в рабочем объеме датчика.
Оба известных датчика основаны на контактном методе измерения удельной электрической проводимости жидкостей с характерными приэлектродными процессами, проходящими на границе раздела фаз металл-раствор и оказывающими заметное влияние на результат измерения, что существенно затрудняет прецизионные измерения удельной электрической проводимости при прецизионных измерениях.
Известно устройство для исключения приэлектродных процессов (Primarymethodsforthemeasurementofelectrolyticconductivity, F. Brinkmann, N. Е. Dam, Accreditationand Quality Assurancevolume 8, pages 346-353, 2003), представляющие цилиндр, в котором предусмотрена возможность извлекать центральную секцию, чтобы изменять расстояние между боковыми частями цилиндра, в которых расположены платиновые электроды. Все три части жестко сцепляются в единую конструкцию за счет фланцев, расположенных на концах каждой части.
Одним из главных недостатков известного устройства является регулярный процесс сборки-разборки для промывки перед каждым измерением, что снижает точность измерений, поскольку невозможно обеспечить две идентичные сборки.
Другой недостаток известного устройства заключается в том, что оно работает только в статическом (наливном) режиме, что ограничивает их область применения, не позволяя использовать одну и ту же жидкость, организуя замкнутую систему. Кроме того, на результат измерения удельной электрической проводимости жидкостей оказывает влияние, окружающее ее значимое пространство, обусловливая непредсказуемые искажения электрического поля на границе электродов, тем самым изменяя распределение электрического тока между электродами.
Таким образом, техническая задача полезной модели заключается в повышении точности измерений и в обеспечении возможностей производить измерения в динамическом (проточном) режиме исследуемой жидкости, и режиме термостатирования, что может быть достигнуто в результате создания устройства, конструктивно обеспечивающего:
- однородность электрического поля в исследуемом объеме;
- минимизацию влияния приэлектродных процессов на измерения удельной электрической проводимости жидкостей;
- осуществление как динамического (проточный), так и статического (наливной) режимы работы датчика.
Техническая задача решена в созданном кондуктометрическом двухэлектродном датчике, включающем две коаксиально расположенные камеры: внутреннюю - измерительную, оснащенную штуцерами для подвода исследуемой жидкости, и внешнюю - термостатирующую, оснащенную штуцерами для подвода термостатирующей жидкости, содержащим измерительный электрод и генераторный электрод. Генераторный электрод размещен на передвижном штоке с микрометрическим винтом с возможностью перемещения относительно измерительного электрода. Датчик также содержит охранный электрод, опоясывающий измерительный электрод, при этом края охранного и измерительного электродов, обращенные друг к другу, завальцованы в направлении от генераторного электрода.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности измерения удельной электрической проводимости жидкостей, в обеспечении возможностей производить измерения в динамическом режиме исследуемой жидкости и режиме термостатирования.
Полезная модель поясняется рисунком 1.
Датчик конструктивно реализует строение «цилиндр в цилиндре» и представляет собой две камеры, образованные внешним (10) и внутренним (9) цилиндрами. Малый цилиндр образует измерительный объем, в который поступает исследуемый раствор через верхний (5) или нижний (4) штуцера. Внешняя камера, расположенная между внутренним и внешним цилиндрами, предназначена для термостатирования при статичном режиме работы датчика.
Генераторный электрод (6) раскреплен на передвижном штоке (1) и перемещается внутри измерительного объема относительно измерительного электрода (7), расположенного на нижнем основании (2) и окольцованным «охранным» электродом (8). Расстояние между измерительным и генераторным электродами измеряется микрометром (11). Сам датчик ставится на ножки (12).
За счет предложенной конструкции датчика полезная модель может работать в двух режимах:
- в статичном, когда исследуемый раствор заливается в измерительный объем через нижний штуцер. Температурное выравнивание исследуемого раствора обеспечивает внешняя камера, через которую насосом прокачивается термостатирующая жидкость;
- в динамическом, когда исследуемый раствор циркулирует по замкнутой системе с помощью насоса и подается в измерительный объем через нижний штуцер. Температурное выравнивание исследуемого раствора обеспечивает воздушный термостат, в котором размещается датчик.
На «охранном» электроде поддерживается потенциал, равный потенциалу измерительного электрода, за счет чего достигается однородное электрическое поле внутри измерительного объема, а также минимизируется влияние искажений нелинейности электрического поля на краях электродов и «паразитных» емкостей, образующихся через стенки датчика и термостатирующую жидкость.
При помощи передвижного штока, на котором размещен генераторный электрод, изменяется расстояние между генераторным и «охранным» электродами, что приводит к изменению только собственно сопротивления объема жидкости, заключенного между электродами, а вклад приэлектродных процессов, протекающих на границе раздела фаз (электрод-раствор), остается неизменным. Таким образом, проведя серию измерений при разном положении генераторного электрода, можно оценить влияние приэлектродных процессов, и исключить его при измерениях удельной электрической проводимости.