Бесконтактные кондуктометры

К недостаткам контактных кондуктометров можно отнести, помимо явления поляризации, растворимость, загрязнение электродов, образование на них окисных пленок и осадков. От этих недостатков практически свободны бесконтактные кондуктометры.

 
  Бесконтактные кондуктометры - student2.ru

Бесконтактныекондуктометры подразделяются на низкочастотные (до 1000 Гц) и высокочастотные (до десятков МГц). Принципиальная схема низкочастотного бесконтактного кондуктометра представляет собой замкнутый виток, образованный трубкой из диэлектрика, которая и заполнена анализируемым раствором. Этот виток является короткозамкнутой вторичной обмоткой трансформатора возбуждения ТV1 и первичной обмоткой измерительного трансформатора ТV2 (рис. 1.4).

ωк
Рис. 1.4
R1, R2, R3– постоянные сопротивления;Rt– термопреобразователь сопротивления;Rp –переменное сопротивление.

В результате электромагнитного взаимодействия в жидкостном витке индуцируется потенциал Ер:

Ep = Uω12 ,

где ω1 - число витков первичной обмотки;

ω2 - число витков жидкости ;

U - напряжение, питающее первичную обмотку TV1.

Сила тока в жидкостном витке:

Ip=Ep/Rp= ǽ Epp= ǽ ω1U/ω2Кр ,

где Rp – сопротивление жидкостного витка (раствора);

Кр – постоянная ячейки.

Таким образом, сила тока Ip пропорциональна концентрации контролируемого раствора. Ip измеряется вторым трансформатором TV2. Величина электродвижущей силы Еизм, наводимая во вторичной обмотке трансформатора ТV2, пропорциональна концентрации раствора. Как правило, измерение производится компенсационным методом, для этого исполь­зуется дополнительная обмотка ωк ТV2, ампер-витки которой вычитаются из ампер-витков раствора:

Iк ωк=Ip ω2; Iк=Ip ∙ω 2/ ωк= ω1/ ωк∙U/Кр∙ǽ.

Изменение Iк производится реверсивным двигателем РД, перемещающим движок реохорда и показывающего прибора. Компенсация температурной погрешности осу­ществляется находящимся в контролируемом растворе термометром сопротивле­ния,включенным в мостовую корректирующую цепь.

Бесконтактный кон­дуктометр используется в устройстве для контроля и регулирования кон­центрации моющего раствора в бутылкомоечных машинах типа УКР. Устройство имеет погружнойбесконтактный кондуктометрический датчик, устанавливаемый в отмачивающем баке бутылкомоечной машины. Вторичный прибор связан с диафрагмовым клапаном на линии подачи концентрированного раствора каустической соды. При снижении концентрации раствора ниже допустимого значения происходит срабатывание клапана, при этом концентрация моющего раствора повышается на 0,1 %. В баке в результате движения кассетоносителя с бутылками происходит непрерывное перемешивание моющего раствора.

Диапазон измерения концентрации раствора составляет 0,5–3 %. Погрешность ±0,2 % концентрации.

Прибор может быть также использован для автоматического контроля и регулирования концентрации моющих растворов (технической соды и азотной кислоты) на централизованных станциях приготовления моющих растворов.

Низкочастотные кондуктометры, обладая преимуществами бесконтактности, имеют ряд существенных недостатков. Так, они чувствительны к наводкам со стороны внешних магнитных полей той же частоты, что и питающее напряжение.

В последнее время широкое применение находят высокочастотные безэлектродные кондуктометрические анализаторы. В основе действия этих прибо­ров лежит взаимодействие электрического поля высокой частоты с находящимся в ячейке раствором.

Измерительная ячейка представляет собой выполненный из изоляционного материала сосуд, на внешней стороне которого крепятся электроды (емкостные датчики) или катушка (индуктивные).

Полная проводимость высокочастотной ячейки Y определяется по формуле

Y=G + jB = G + j ω Сэ,

где G – активная составляющая проводимости;

В – реактивная составляющая;

j – мнимое число, j = Бесконтактные кондуктометры - student2.ru ;

ω – частота;

Сэ – высокочастотная емкость, пФ.

Активная G и реактивная B составляющие полной проводимости функционально связаны с электрофизичес­кими свойствами вещества – электропроводностью ǽ и диэлектрической проницаемостью ε.

Для ячейки емкостного типа (рис 1.5):

Y= æ ω2C12 / æ 2 + ω2(C2+C1)2 +

+ j ω [æ 2C1+ ω2C1C2(C1+C2)/ æ 2 + ω2(C1+C2)2 ] .

Бесконтактные кондуктометры - student2.ru
Рис. 1.5

Бесконтактные кондуктометры - student2.ru С1-емкость стенок сосуда;С2 - электрическая емкость продукта ;

R2- cопротивление продукта

Рис. 1.6 Рис. 1.7

Анализируя активную составляющую полной проводимости G= f(æ) (рис. 1.6), можно сделать вывод, что Gрастет с повышением частоты ω и емкости С1. При этом если æ =0, то G=0 , и если æ → ∞ , то G→0.

При æ=ω( С12) (определяется при dG/dæ =0) :

G max = ω2C12/(C1+C2) .

Анализируя зависимость высокочастотной (эквивалентной) емкости Сэ = f(æ) (рис. 1.7), можно отметить, что при æ→ 0 :

Сэ= C1C2/ (C1+C2 ,)

а при æ→ ∞ :

Сэ1.

Точка перегиба функции Сэ=f (æ) (определяется при

d2Сэ /dæ2=0) соответствует электропроводности :

æпер = ω( С12)/ Бесконтактные кондуктометры - student2.ru .

Ячейки индуктивного тока более эффективны для измерения высоких концентраций растворов.

В последнее время промышленностью выпускаются как емкостные, так и индуктивные высокочастотные кондуктометры.

Для контроля концентрации синтетических моющих растворов в настоящее время разработан высокочастотный бесконтактный кондуктометр с частотой изменения 25 МГц.

Наши рекомендации