Контактные кондуктометры

Конструктивно кондуктометрическая ячейка представляет собой два электрода площадью S, помещаемые в раствор на расстоянии lмежду собой. Сопротивление такой ячейки выражается формулой:

R =l/ ǽ S =K/ ǽ.

Здесь К - постоянная ячейки, которая определяется путем заполнения ее раствором с известной удельной электропроводностью. Как правило, используют 0,1 Нраствор KCl.

Кондуктометрические ячейки могут работать как на переменном, так и на постоянном токе. Однако в связи с явлениями электролиза раствора и поляризации электродов предпочтение отдается переменному току повышенной частоты (1000 Гц).

При погружении металлического электрода в электролит на границе металл–раствор возникает скачок потенциала. Это объясняется переходом положительных ионов металла в раствор и накопление на его поверхности отрицательного заряда. При протекании через электрод постоянного и переменного тока потенциал изменяется. Этот процесс называется поляри­зацией. Поляризация электрода имеет формальное сходство с процессом за­рядки конденсатора. Влияние поляризации уменьшается с частотой пропорцио­нально: .

Для того чтобы исключить влияние поляризации на результаты измерений в особо точных определениях электропроводности, сопротивление ячейки измеряют на двух частотах– 500 и 2000 Гц:

R₅₀₀= R_p+ ΔR ; R₂₀₀₀= R_p+ ΔR/2 ,

где R_p - сопротивление раствора;

ΔR - сопротивление, обусловленное эффектом поляризации.

Отсюда

R_p =2R₂₀₀₀ – R₅₀₀.

Рис. 1.2

R_я - сопротивление ячейки; R₁, R₂ и R₃ - постоянные сопротивления; С - электрическая емкость; R_р – реохорд.

Как правило, кондуктометрические ячейки включаются в мостовые из­мерительные схемы (рис. 1.2).

При изменении концентрации изменяется R_я , что приводит к разбалансу моста. Сигнал разбаланса усиливается электронным усилителем ЭУ и поступает на реверсивный двигатель РД, приводящий в действие стрелку измерительного прибора ИП и движок реохорда.

В контактной кондуктометрии получили широкое распространение 4-электродные ячейки (рис. 1.3). Эти ячейки имеют преимущество перед 2-электродными благодаря пол­ному отсутствию поляризации на измерительных (внутренних) электродах.

Рис. 1.3

R1, R2 ,R3 - постоянные сопротивления; TV - трансформатор.

Разность потен­циалов на внутренних электродах однозначно определяется концентрацией кон­тролируемого раствора. К наружным электродам подводится напряжение переменного тока. Сопротивление R выбирается в 100 раз больше сопротив­ления датчика, что обеспечивает постоянство тока независимо от изменения электропроводности раствора.

Для исключения влияния температуры на величину электропроводности в концентратомерах используют температурную компенсацию R_t.

Приборостроительной промышленностью выпускаются концентратомеры с диапазоном из­мерения от 10^-4 до 10 См/м. Погрешность измерения ±2,5 % от максимального значения шкалы. Контактные кондуктометры нашли применение для управления потоками продукта и моющих растворов в автоматических системах мойки. В настоящее время используются сигнализаторы раздела сред "вода – молоко" и "моющий раствор – вода".

Кондуктометрический прибор используется для контроля загрязненности конденсата молоком в вакуум-выпарных установках.

Измерение осуществляется с помощью мостовой схемы с автоматической температурной компенсацией. Электрическое сопротивление ячейки преобразуется в унифицированный токовый сигнал 4–20 мА. Прибор осуществляет переключение клапанов, направляющих конденсат в различные сборники в зависимости от его чистоты.

Переносной лабораторный кондуктометр КСМ-101 для определения КСl в бесструктурных мясопродуктах имеет пределы измерений 0–7 %. Чувствительный элемент выполнен в виде стержня из нержавеющей стали с двумя цилиндрическими электродами, впрессованными в пластмассу и терморезистор. Изменение содержания в них соли приводит к изменению электропроводности, что и фиксируется прибором. Температурная компенсация – ручная, абсолютная погрешность измерений концентрации ±0,5 %.

Прибор для определения конца сушки шквары в вакуум-котлах при выработке сухих животных кормов имеет диапазон измерений 2–15 % влаги и погрешность измерений ±1 % влажности.