На головну

Електрокондуктометріческіе аналізатори

  1. Автоматичні аналізатори систем контролю забруднень вод
  2. аналізатори протоколів
  3. Аналізатори людини. Будова аналізаторів (на вибір). Функціональне значення.
  4. Газоаналізатори АНКАТ -7631 М - H2S
  5. дифузійні газоаналізатори
  6. діелькометричні аналізатори
  7. іонізаційні газоаналізатори

Принцип дії електрокондуктометріческіх (або просто кондуктометричних) Аналізаторів або кондуктометрів, які відносяться до електрохімічним засобам вимірювань, полягає у вимірюванні електричної провідності (електропровідності) розчинів електролітів, по якій можна визначити концентрацію розчинених речовин. Одиницею електропровідності в СІ служить сіменс (См) - величина, зворотна ому.

У розчинах електролітів частина молекул дисоціює на позитивні і негативні іони, які відповідно називають катіонами і аніонами. Це надає розчинів здатність проводити електричний струм. У загальному випадку, якщо рідина є частиною електричного кола, то вона поводиться при певних умовах як електричний опір, провідність k якого визначається виразом

k = (1 / ?) (S / l), (11.40)

де ? - питомий опір; S і l - площа і довжина перерізу

провідника.

Величина, зворотна питомому опору ?, називається питомої електричну провідність (або питомою електропровідністю):

 = 1 / ?. (11.41)

Одиницею питомої електропровідності зазвичай служить 1 Див / см = 102 См / м. Питома електропровідність розведеного однокомпонентного розчину електроліту визначається законом Кольрауша:

= acz (UK + Ua ) (11.42)

де а - Ступінь електролітичноїдисоціації, що визначає частку диссоциированного молекул електроліту від загального їх числа в розчині; с - Еквівалентна концентрація розчину, виражена в г-екв. розчиненої речовини в 1 см3 розчину; z - Валентність іонів; UK і Ua - Рухливості катіонів та аніонів відповідно.

Вид функції, що зв'язує питому електропровідність розчину з концентрацією, залежить від значення останньої. Ця функція лінійна (рис. 11.14, а) тільки для розведення розчинів (зазвичай до концентрацій, що не перевищують 100 мг / л), поки малі сили електростатичного межіонного взаємодії. Зі збільшенням концентрації зазначена функція стає нелінійної і навіть неоднозначною (рис. 11.14, б).

Для розбавлених розчинів питома електропровідність розчинів є величиною адитивною. Питома електропровідність розчинів зростає зі збільшенням температури, що обумовлено збільшенням кількості іонів. Залежність питомої електропровідності  від температури t виражається рівнянням другого порядку.

=  [1 + a(T - t0) + ? (t - t0)2], (11.43)

де a, ? - температурні коефіцієнти;  - Питома електропровідність при температурі t0.


Мал. 11.14. Залежності питомої електропровідності від концентрації.

Чутливі елементи кондуктометрів, по опору яких можна визначити концентрацію аналізованого розчину, називають електролітичними вимірювальними осередками. По конструкції розрізняють контактні і безконтактні вимірювальні осередки і відповідно кондуктометри. У контактних вимірювальних осередках в уже згадуваному розчині розміщуються електроди, т. Е., Має місце гальванічний контакт з ним. В безконтактних вимірювальних осередках цей контакт відсутній, а використовується електромагнітне взаємодія з аналізованих розчином.

За кількістю електродів в контактній вимірювальної осередку розрізняють двох-, трьох- і чотириелектродні осередки.

Найпростішою є двохелектродна осередок (рис. 11,15, а), яка являє собою камеру 1 з двома інертними металевими електродами 2 і 3, яку заповнюють або промивають аналізованої рідиною. При додатку до електродів постійної різниці потенціалів на межі метал - електрод - електроліт утворюється так званий подвійний електричний шар, в межах якого і протікають електрохімічні процеси в осередку. Цей шар розглядають як плоский конденсатор, обкладками якого є заряджені поверхні металевого електрода і шари іонів протилежного знака, що знаходяться поблизу поверхні електрода. У міру проходження струму в одному напрямку позитивні і негативні іони, стикаючись з електродами, розряджаються і виділяються на них у вигляді атомів. При цьому струм через розчин постійно зменшується, що можна розглядати як процес зарядки конденсаторів, утворених подвійними електричними шарами близько електродів. Це явище називають поляризацією електродів. Їм пояснюється той факт, що залежність струму від напруги, прикладеного до електродів вимірювальної комірки, є нелінійної (рис. 11.15, б).

 
 

Мал. 11.15. Схеми електролітичних вимірювальних осередків кондуктометричних аналізаторів

При проходженні через вимірювальну осередок змінного струму явище поляризації електродів приблизно на два порядки менше спотворює результат вимірювання електропровідності. Тому практично всі вимірювання електропровідності розчинів здійснюються на змінному струмі. Причому для зменшення похибки від поляризації частоту змінного струму збільшують.

Електричний опір вимірювальної комірки визначається виразом

R = 1 / (  K), (11.44)

де K - константа вимірювальної комірки, що залежить від площі поверхні електродів, відстані між ними та їх конфігурації, яка визначається дослідним шляхом.

Для зменшення впливу зовнішніх електромагнітних наведень на результат вимірювання застосовують трьохелектродні осередку (рис. 11.15, в), в яких середній електрод розміщений між двома зовнішніми. Останні з'єднані один з одним і зазвичай заземлені. Такі вимірювальні осередки по суті представляють собою дві двохелектродні осередки, включені паралельно.

Для зменшення похибки, пов'язаної з поляризацією електродів, застосовують чотириелектродні вимірювальні осередки (рис. 11.15, г), в яких функції підведення електричної енергії, до осередку і знімання сигналу вимірювальної інформації розділені. У четирёхелектродной осередку 1 до струмовим електродів 2 і 5 підводиться стабілізовану напругу U від джерела змінили постійного струму і між ними в аналізованої рідини проходить струм. Електроди 3 і 4 служать зондами для вимірювання падіння напруги UХ, Яке створюється струмом на ділянці між цими електродами. При вимірюванні зазначеного падіння напруги компенсаційним методом струм в ланцюзі електродів 3 і 4 практично не проходить і вони не поляризуються.

Безконтактні вимірювальні осередки застосовуються при аналізі рідких середовищ, що містять суспензії, колоїди, плівкоутворювальні ікристалізується компоненти. Розрізняють вимірювальні осередки для безконтактної низькочастотної (промислова та звукова частота до 1000 Гц) і високочастотної кондуктометрії (частоти 105-108 Гц).

На рис. 11.15, д показана схема безконтактної низькочастотної осередки. Анализируемая рідина надходить в трубку 3 з діелектрика, на яку зовні намотані обмотки двох трансформаторів - збудливий Tp1 і вимірювального ТР2. Обмотка 1 трансформатора Tp1 підключена до джерела змінного струму. Розчин аналізованого речовини в трубці 3 утворює замкнутий рідинної виток і є вторинною обмоткою трансформатора Tp1. Під дією ЕРС, що наводиться первинної обмоткою 1 в замкнутому витку, в ньому проходить струм. Сила цього струму пропорційна електропровідності аналізованої рідини. Для вимірювального трансформатора ТР2 рідинний виток служить первинної обмоткою. ЕРС, що наводиться в його вторинній обмотці 2, залежить від сили струму, що проходить по рідинного витка, т. Е. Визначається електропровідністю аналізованої рідини.

У практиці автоматичного аналітичного контролю найбільш широке застосування мають кондуктометри з контактними вимірювальними осередками. Для вимірювання опору електролітичних вимірювальних осередків застосовуються різні за схемами врівноважені і неврівноважені мости змінного струму (див. Гл. 6). На рис. 11.16, а наведена схема найпростішого контактного кондуктометра. Вимірювальний осередок 1 з вимірюваним опором RХ, В яку з блоку підготовки надходить анализируемая рідина, є одним з плечей врівноваженого моста. Суміжне плече моста складено з опору R і змінної ємності С, що служить для компенсації реактивної (ємнісний) складової вимірювальної комірки. Електронний підсилювач 2 і реверсивний двигун 3 служать для врівноваження моста шляхом зміни опорів плечей при переміщенні движка реохорда RР. Такий кондуктометр може використовуватися тільки при постійній температурі аналізованої рідини, В тих випадках, коли температура аналізованої рідини змінюється, використовують схеми, показані на рис. 11.16, б, в. У схемі рис. 11.16, б для компенсації впливу температури використовується порівняльна електролітична комірка 4 з опором RСР, Яка розміщується в камері 1, і тому температура її завжди дорівнює температурі аналізованої рідини. Порівняльна осередок заповнюється рідиною, закономірність зміни електропровідності якої близька аналогічної закономірності для аналізованої рідини (зазвичай при середній концентрації що визначається компонента в останній). Як видно з рис. 11.21, б, вимірювальна і порівняльна осередку включені диференційно, що і забезпечує температурну компенсацію з достатньою для практики точністю.

Найбільшого поширення набули кондуктометри, в яких для температурної компенсації використовуються металеві терморезистори (рис. 11.16, в). терморезистор Rt в чохлі 3 розміщується в аналізованої рідини, яка надходить в камеру 1. В силу того що температурні коефіцієнти електролітів і провідників протилежні за знаком, це дозволяє при відповідному підборі значення опору Rt і опору шунта RШ домогтися сталості загального опору, включеного в вимірювальне плече неврівноваженого моста, при змінах температури в заданому інтервалі для деякого, наприклад середнього, значення концентрації що визначається компонента в аналізованої рідини. У наведеній схемі розбаланс моста вимірюється вольтметром 2, а резистор R0 служить для установки початкового рівня сигналу.

Кондуктометрические аналізатори використовуються для автоматичного контролю концентрації розчинів солей, кислот, лугів та інших середовищ. Залежно від схеми і конструкції клас точності промислових кондуктометрів становить 1-5. Діапазон вимірювань по електропровідності від 1 - 10-8 до 1 Див / см.

Кондуктометри можуть бути використані для аналізу газових сумішей. Такий аналіз базується на попередньому розчиненні аналізованого газу в допоміжній рідини і вимірі її електричної
 провідності.

Мал. 11.16. Схема автоматичних кондуктометрів

Кондуктометрія знаходить застосування в автоматичному контролі вмісту солей в нафті до її надходження на електрообессолівающіх установки, широко застосовуються в нафтопереробці, і на виході з них. Аналіз ґрунтується як на вимірюванні електропровідності, так і на попередньому впливі на аналізоване речовина. Останнє реалізується шляхом ретельного промивання проби нафти водяним конденсатом і отримання так званої водної витяжки або на розчиненні в суміші полярних і неполярних розчинників.

На рис. 11.17 приведена схема автоматичного аналізатора вмісту солей в нафті, вимірювання концентрації солей в якому реалізується шляхом вимірювання електропровідності водного витягу. Нафта з блоку підготовки надходить в дозувальний насос 1, а водяний конденсат в дозувальний насос 2. Плунжери обох насосів наводяться в рух загальним мембранним приводом 3. об'єму дози цих насосів підібрані так, щоб в змішувач 5 з пневмотурбінкой 4 нафту і конденсат надходили в співвідношенні 1 : 20. Після інтенсивного перемішування при температурі 90 ° С, за рахунок якого відбувається відмивання нафти від солі, що утворилася емульсія зливається в багатосекційний відстійник 10, де відбувається її розшарування. Нафта видаляється з відстійника зверху, а водяна витяжка знизу. Остання направляється в вимірювальну камеру 8 кондуктометра. В порівняльну камеру 9 цього диференціального кондуктометра надходить водяний конденсат.


 Мал. 11.17. Схема аналізатора вмісту солей в нафті

Обидві камери розташовуються в термостаті 7, і їх температура автоматично стабілізується за рахунок подачі в цю камеру насиченої водяної пари. Вимірювальна і порівняльна осередку підключені до врівноваженого автоматичному мосту 6 (за схемою рис. 11.16, б). Тривалість одного циклу вимірювання 20 хв. Діапазон вимірювань 0-200 мг / л. Абсолютна похибка вимірювання ± 10 мг / л.

 



термохимические аналізатори | потенціометричні аналізатори

ВИМІРЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ | Термокондуктометрічеськие газоаналізатори | дифузійні газоаналізатори | магнітні газоаналізатори | сорбційні газоаналізатори | Випарні і конденсаційні аналізатори | діелькометричні аналізатори | іонізаційні газоаналізатори | електролізні аналізатори | хемілюмінесцентні газоаналізатори |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати