Потенціометричний метод аналізу складу рідин.

Потенціометричний метод аналізускладу рідин досить поширений і має важливе значення під час визначання якості продукції і використовується у напрямках:

■ вимірювання концентрацій різних іонів у рідинах (іонометрія),наприклад,

вимірювання кислих або лужних функцій розчину;

■ контролю окиснювально-відновного (редокс) потенціалу (редоксметрія),наприклад,визначення моменту нейтралізації розчинів при їх титруванні.

Кислотні або лужні властивості розчинів визначаються по активності в них іонів водню [Н⁺]. Суть явищ, які використовується при потенціометричних методах аналізу, визначається електролітичною дисоціацією і зв’язаною з нею теорією електродних потенціалів.

В потенціометрії для створення інформації про склад речовини використо-

вують такі потенціали: ■ електродний, що виникає під час занурення металевих електродів у розчин їхніх іонів; ■ мембранний, що виникає на мембранах, які мають селективну проникність для одного типу іонів (напів-проникнімембрани) і які поділяють два однакові розчини, що містять ці іони в різних концентраціях; ■ окиснювально-відновний (редокс-потенціал), який

встановлюється на інертних, хімічно стійких металевих електродах, занурених

у розчин окиснювально-відновних речовин (в таких електродах метал не приймає участі в реакції, а слугує тільки для встановлення електричного контакту з розчином); ■ дифузійний, який виникає у місці контакту двох

розчинів однієї й тієї ж речовини, що мають різну концентрацію, або між двома

розчинами різних речовин.

Явище виникнення поверхневого електродного потенціалу Е_х на металевому електроді, зануреному в розчин, що містить іони того ж металу, з якого виготовлено електрод, описується рівнянням Нернста, отриманим для розведених розчинів у припущенні, що поводження іонів у них підкоряється

законам для ідеальних газів:

Е_х = Е₀ +(RT/nF)ּln с_Ме⁺⁺ _, (1)

де Е₀ - нормальний (стандартний) потенціал електрода, що виникає в разі

занурення його в розчин власних іонів з концентрацією 1 г-іон на 1 л; R – універсальна газова стала R = 8,31 (Дж/мольּК); Т— абсолютна температура, К; п- валентність металу; F- стала Фарадея (постійна, яка визначає заряд грам-еквівалента-іонів) F=96485; с_Ме⁺⁺ - концентрація іонів металу в розчині (у грам-іонах на 1 л).

В свою чергу утворення іонів в розчинах пов’язане з явищемелектролітичної дисоціації,яке властиве будь-якому розчину і зумовлене утворенням в розчині електроіонів: позитивних іонів (катіонів) і негативних іонів (аніонів).

Більшість хімічних процесів відбувається в водних розчинів. Чиста вода

являє собою нейтральну речовину і вона слабо дисоціює з утвореннями катіонів водню [Н⁺] та аніонів гідроксилу [ОН^-]: Н₂О↔[Н⁺] + [ОН^-].

Кислоти та луги у водних розчинах теж дисоціюють: кислоти на катіони водню та аніони кислотного залишку, а луги – на катіони металу і аніони гідроксилу: НСl ↔ [Н⁺] + [Cl^-]

NaOH ↔ [Na⁺] + [OH^-].

У загальному випадку, визначаючи електродний та інші потенціали, замість поняття концентрації с_Ме⁺⁺ використовують поняття активної (ефективної) концентрації (активності) а_Ме⁺⁺, яка відображає той факт, що зі збільшенням концентрації іонів у розчині внаслідок їх взаємного впливу в утворенні електродного потенціалу бере участь лише частина з них. Тоді рівняння можна

записати у вигляді:

Е_х = Е₀ + (RT/nF) ּ ln а_Ме⁺⁺. (2)

Між активністю а_Ме⁺⁺і концентрацією с_Ме⁺⁺ існує залежність

а_Ме⁺⁺ = ּk_а ּ с_Ме⁺⁺ , (3)

де k_а - коефіцієнт активності.

Вимірювання поверхневого потенціалу електроду Е_х дозволяє одержати інформацію про концентрацію контрольованих іонів в аналізованій рідині чи про її окислювально - відновні властивості.

Але виміряти такий потенціал тільки між одним електродом і розчином не можливо, так як при під’єднанні вимірювального приладу до розчину знову ж таки виникає потенціал між розчином та провідником, який з’єднує розчин з приладом. І відповідно різниця потенціалів, яку повинен виміряти прилад, буде дорівнювати нулю.

Поверхневий електродний потенціал вимірюють (рис.2,а) непрямим методом

за електрорушійною силою (ЕРС) активного первинного вимірювального

перетворювача, складеного з вимірювального електрода (лівий на рис.2,а) і до­поміжного (правий на рис.2,а, його ще називають порівняльним чи опорним) електрода. Обидва електроди утворюють гальванічний елемент, який занурено в досліджувану рідину, наприклад, електроліт, що знаходиться у вимірювальній кюветі або протікає крізь неї. Потенціал вимірювального електрода Е_Х змінюється, якщо змінюється концентрація іонів в аналізованій рідині, а потенціал допоміжного електрода Е_Д. залишається постійним, оскільки він не залежить від концентрації іонів в аналізованій рідині.

Електрорушійна сила Етакого гальванічного елемента визначається різницею потенціалів вимірювального та порівняльного електродів:

Е = Е_Х - Е_Д.

Для забезпечення однозначного зв’язку між ЕРС гальванічної елемента і концентрацією контрольованого іона вимірювальний електрод має бути селективним саме до цього іона і не реагувати на зміну концентрацій інших іонів, які містяться в аналізованій рідині.

б)

а)

Рис. 2. Схема гальванічного перетворювача потенціометричного аналізатора типу т.Н.02 а) та залежність його ЕРС від рН і температури б).

У практиці аналітичного контролю технологічних процесів в харчовій промисловості широкого застосування набули іоноселективні електроди,

характерною ознакою яких є те, що в електродних реакціях не беруть участі

електрони, а основною є реакція обміну іонами між розчинами, розділеними

мембраною, яка має селективну проникність для одного типу іонів.

Найбільшого поширення потенціометричні методи набули для вимірювання

активної концентрації іонів водню у водних розчинах, яка характеризує їх кислі, нейтральні чи лужні властивості.

Так як молекула води є досить сталою хімічною сполукою, то концентрація іонів водню і гідроксилу, порівняно з концентрацією її недисоційованих молекул, складає для одних і других, які рівні між собою при температурі 22 °С, величину:

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 мгּіон/см³.

У відповідності із законом діючих мас добуток концентрації іонів водню та

гідроксилу при даній температурі є величиною постійною і визначається константою К_вдисоціації води:

К_в = К [Н₂О]= [Н⁺]ּ [ОН^-] =10^-14 . (4)

Якщо розчинити в нейтральному розчині іншу речовину і температуру

розчину підтримувати незмінною, то величина 10^-14 залишається постійною, але порушується рівновага і в розчині збільшується або кількість дисоційованих катіонів водню [Н⁺] за рахунок зменшення аніонів гідроксилу [OH^-], або навпаки, зростає кількість аніонів гідроксилу за рахунок зменшення катіонів водню. В першому випадку, коли [Н⁺] > 10^-7, розчин набуває кислотні властивості. В іншому випадку, коли [Н⁺] < 10^-7, розчин має лужні властивості.

Для зручнішого визначення концентрації іонів водню датський хімік Зеренсен ввів поняття водневого показника рН (р-Potenz – степінь, Н – хімічний символ водню). У відповідності з визначенням Зеренсена водневий показник рН – це десятковий логарифм концентрації іонів водню, взятий з від’ємним знаком:

рН = - lg [Н⁺]. (5)

Таким чином, концентрацією іонів водню [Н⁺] можна охарактеризувати будь-який розчин, причому для нейтрального середовища рН дорівнює 7, для лужного – рН >7, а кислого - рН<7.

Дуже кислі розчини можуть мати рН = -1,-2, а концентровані луги - рН>14.

Вода, якій властиві в рівній мірі і кислотні і лужні властивості, є нейтраль-

ною тільки при температурі 22 °С. При підвищенні температури до 100 °С вода набуває кислі властивості і її рН знижується до 6,12. За нульової температури вода набуває лужні властивості з рН = 7,97.

Для водних розчинів діапазон зміни рН складає 0…14.

Первинні вимірювальні перетворювачі рН-метрів (гальванічні елементи)

можуть бути утворені двома водневими півелементами, один з яких (вимірювальний електрод) занурюють у досліджуваний розчин, а другий (електрод порівняння) - в електроліт з нормальною активністю водневих іонів, з’єднуючи обидва півелементи за допомогою електролітичного ключа. Електрорушійна сила Етакого перетворювача за температури 18 °С:

Е = е _рН ּ рН, (6)

де е _рН = -58 мВ/рН - питома ЕРС водневого перетворювача.

Однак унаслідок незручностей застосування, пов’язаних з необхідністю

безперервно подавати до електродів газоподібний водень, водневий електрод

використовують тільки в лабораторних умовах, найчастіше - як зразковий.

В якості вимірювальних електродів найчастіше використовуються селективні електроди, які виготовлені із скла, або сурми. В якості допоміжних електродів використовуються хлорсрібні та каломельні. Разом вони утворюють гальванічну вимірювальну комірку.

В якості вимірювального електроду у гальванічних перетворювачах рН-метрів зазвичай використовують скляний електрод із спеціальною селективною мембраною, яка має властивості водневого електрода і рН-функцію. Виникнення потенціалу пояснюється переходом іонів металу в розчин, а в стані рівноваги – переходом іонів металу в розчин і із розчину в електрод.

Вимірювальний електрод (рис.2,а, зліва) виготовляють із каліброваної

скляної товстостінної трубки 2, до одного кінця якої приварюється селективна

мембрана 1із спеціального тонкого (0,1мм) електродного гігроскопічного скла, в яке додають одновалентні метали К, Na, Li. Мембрана і є активною частиною електроду з рН-функцією за рахунок здатності до гідратації. Приблизний склад скла мембрани: 22% Na₂O, 6% CaO та 72% SiO₂. Мембрани виготовляються різної форми (в вигляді кульки, списовидні, плоскі та у вигляді голки) в залежності від призначення електроду. В каліброваній частині скляної трубки розміщується 0,1 н. розчину 3соляної кислоти HClз невеликою кількістю кристалів хлориду срібла. Ця частина скляного електроду складає півелемент порівняння, що розміщений в розчині з відомою постійною активністю катіонів, слугує для передачі значення потенціалу до вторинного приладу і він нечутливий до іонів водню контрольованого розчину. В цей розчин занурюється контактний хлорсрібний електрод 4, від якого відходить провідник 7 до вимірювального приладу ВП. Електрод герметизують герметиком 5 з ковпачком 6.

Фактично чутливою до зміни рН розчину є мембрана (скло кульки, рис.1,а). Але для того, щоб вона функціонувала як рН-електрод, вона повинна бути гідратована. Для цього сухий скляний електрод необхідно витримати у воді протягом декількох годин. Гідратація скляної мембрани супроводжується обмінною реакцією між катіонами натрію скла і катіонами водню води. Гідратовані шари зовнішньої та внутрішньої поверхонь кульки складаються майже виключно з гелю кремнієвої кислоти і досягають товщини 10^-5 - 10^-4 мм. На внутрішній стороні кульки всі пустоти гелю зайняті катіонами водню.

Під час занурення гідратованого електроду вимірювальної комірки у контрольований розчин на межі скляної мембрани - розчинвиникає скачок потенціалу, залежність величини якого від активності іонів водню задовольняє рівняння Нернста:

Е = Е_О +Е_Х = Е_О + 2,3(RT/nF)ּlgа_н , (7)

де а_н - активність іонів водню розчину.

Вимірювальний електрод в свою чергу має в своєму складі півелемент порівняння перший (електрод 4),розміщенийврозчин соляної кислоти з відомою сталою активністю катіонів водню і який призначений для створення першого виводу гальванічного елемента, та скляну мембрану, яка відділила кислотний розчин від контрольованого.

Між поверхнями скляної мембрани і розчинами відбувається обмін

катіонами. Активність катіонів Н⁺ в контрольованому розчині відрізняється від активності катіонів Н⁺ у кислоті в середині мембрани, остання є постійною. Так у шарі сухого скла переміщуються катіони Na⁺, а в шарах гідратованого скла переміщуються катіони іН⁺ і Na⁺. Все це призводить до того, що на кожній із поверхонь розділу гелю і розчину відбувається перенесення катіонів: від гелю до розчину і навпаки. В наслідок цього виникають відповідні потенціали (рис. 2,а): Е_ВН – на поверхні розділу гель – розчин соляної кислоти в середині кульки, та Е_Х - на поверхні розділу зовнішній шар гелю на кульці – контрольований розчин, який змінюється зі зміною рН цього розчину.

Як допоміжні (порівняльні) електроди використовуються каломельні,

хлорсрібні та бромсрібні електроди (півелементи). В харчовій промисловості переважно використовування хлорсрібні, які являють собою стержень 8 з срібла на поверхню якого наноситься шар малорозчинної солі AgCl(рис.2,а, правий). Його розміщують у скляну трубку 2 в насичений розчин хлористого калію (КCl), який через напівпроникну гумову мембрану 9 контактує з вимірювальним розчином. Допоміжний електрод (порівняння) забезпечує замикання електричного ланцюга і слугує другим виводом гальванічного елемента вимірювальної рН-комірки та має сталий потенціал (Е_Д ≈12мВ).

Таким чином, загальна ЕРС Е гальванічного елементу, що складається із вимірювального та допоміжного електродів, при його зануренні в контрольований розчин являє собою алгебраїчну суму наступних потенціалів, що виникають на окремих поверхнях розділу фаз: потенціалу контактного - Е_К між електродом 4порівняння першим і розчином соляної кислоти, що знаходяться в середині кульки,; Е_ВН – між розчином соляної кислоти та внутрішньою поверхнею мембрани; Е_Х– між зовнішньою поверхнею мембрани та контрольованим розчином; Е_Д – між контрольованим розчином та допоміжним електродом 8.

Е = Е_К +Е_ВН + Е_Х +Е_Д.

Так як значення Е_К, Е_ВНтаЕ_Д – величини практично сталі, то вимірювана Е

змінюєтьсятільки зі зміною Е_Хі є рН-функцією контрольованого розчину.

Якщо підставити в рівнянні (7) Нернста значення констант при температурі розчину t° = 20 °С і прийняти Е₀ = 0, то потенціал електроду E_x дорівнює:

Е_Х = - 58 мВ/рН (8)

і має назву водневої функції,якапоказує, що у разі зміни рН розчину на одиницю, потенціал електроду змінюється на 58 мВ.

Широке поширення скляних іоноселективних електродів пояснюється їх суттєвими конструктивними та експлуатаційними перевагами перед іншими електродами. На скляні електроди не впливає наявність у розчинах окиснювальних чи відновних речовин, які неприпустимі для інших електродів. Скляні електроди мають стабільні характеристики, потенціали яких зв’язані з показником рН лінійною залежністю, та малу інерційність. Скляні електроди можуть працювати при температурах до 100 °С, виготовляються різноманітні скляні електроди для використовування в різних середовищах в занурених і проточних перетворювачах, спеціально для використовування в харчовій промисловості (аналізу молока, кисломолочних продуктів, рослинних олій, тіста). Останнім часом використовуються твердо контактні металізовані скляні електроди, в яких відсутня кислота.

Крім електродів зі скляними мембранами, у практику аналітичного контролю почали широко впроваджувати іоноселективні електроди з твердими та рідкими мембранами. Сурм’яні вимірювальні електроди виготовляються із металевої сурми в вигляді стержня, або платинового проводу, на який наносять шар сурми. Електродний потенціал виникає на межі металевої сурми і її окису, який утворюється на поверхні металу. Випускаються спеціальні електроди, які самоочищаються і використовуються для контролю кислотності тіста і інших

дуже в’язких харчових продуктів.

Промисловість випускає датчики зануреного типу ДПг-4м та проточного типу ДМ-5м, перетворювачі П201 і П210; вимірювачі рН типу: рН-201, 205, 261, 265; діапазон вимірювання 1÷15 рН, клас точності – 1.0;1,5.

Для контролю кислотності молока – і молочних продуктів використовуються аналізатори типу рН – 222. Як вимірювальні використовуються скляні електроди типів ЕСА-45-07 і ЕСА-45-08, які розраховані для вимірювання рН розчинів в діапазоні (3÷8рН) та в діапазоні температур від 0 до 40 °С. Похибка перетворювача ±0,05 рН.

Вибір системи електродів для первинного перетворювача рН-метра, їх конструктивне оформлення і технічні характеристики визначаються умовами експлуатації, діапазоном вимірювання, потрібною точністю. Для промислових рН-метрів електродна система забезпечується додатковою захисною арматурою для захисту від механічних впливів та її закріплення на досліджуваному об'єкті (для застосування в апаратах виробляються ПВП рН-метрів заглибного виконання, а на трубопроводах - магістрального).

Основними складовими похибки первинних перетворювачів рН-метрів є лужна, дифузійна та температурна похибки. Лужна похибкавиникає в лужних середовищах у зв’язку з процесами іонного обміну лужних елементів, тобто переходу лужних іонів (натрію чи літію) із мембранного скла скляного електрода в досліджуваний розчин. Лужна похибка знижує значення вимірюваного рН і функціонально залежить як від значення рН, так і від концентрації лужних іонів натрію чи літію. Один з основних способів зменшення лужної похибки – розроблення спеціального мембранного скла. Слід відзначити, що лужна похибка різко зменшується з підвищенням температури.

Під час вимірювання рН проточних розчинів у результаті утворення

дифузійного потенціалу, що формується на діафрагмі електрода порівняння, виникає дифузійна похибка. У разі використання в електроді порівняння концентрованих розчинів електролітів з приблизно однаковою рухливістю аніонів і катіонів для дослідження розведених розчинів, концентрація яких менша за 0,1 моль/л, дифузійний потенціал не перевищує ±(0,2,..0,3) мВ. Для сильноконцентрованих розчинів дифузійний потенціал може досягати 10 мВ за корисної ЕРС гальванічного перетворювача в сотні мілівольтів. Для зменшення дифузійних потенціалів допоміжний електрод сполучають із досліджуваним розчином за допомогою електролітичного ключа, заповненого насиченим

розчином КСl, на межах з яким дифузійні потенціали не перевищують 1...2 мВ.

Найбільша складова похибки електродної системи рН-метра - температурна

похибка,зумовлена залежністю електродних потенціалів вимірювального електрода за незмінного значення рН від температури, так як остання змінює коефіцієнт (RT/F). Графіки залежності ЕРС гальванічного перетворювача т.Н.02 від рН для різних значень температури може бути надана у вигляді сім’ї

ізотерм, що перетинаються в одній ізопотенціальнійточці А(рис. 2,б).

Координати ізопотенціальної точки (pH_i , Е_i) належать до важливих харак-теристик електродної системи та залежать від характеру електродів і її зазвичай визначаються експериментально. Ними ж користуються для розрахунку схеми температурної компенсації рН-метра.

Для гальванічного перетворювача т.Н.02 : Е_i = -203 мВ, pH_i = 4,13 од.

Якщо ж урахувати вигляд залежностей E_x = f(pH_x) за різних значень темпе-ратури (рис. 1,б) і брати за початок координат точкуАперетину ізотерм, то

функція перетворення електродної системи набуде вигляду:

E_x = Е_i – (S₀ + αּt)(pH_x – pH _i), (9)

де E_x – ЕРС електродної системи в розчині зpH_x ; S₀ = ΔЕ/Δ(рН) = (RT/F) –

чутливість (крутизна) характеристики перетворення електродної системи; α –

температурний коефіцієнт крутизни; t – температура розчину, (°С),

Для автоматичної температурної компенсації промислові рН-метри викону-ють за схемами подвійного моста з використанням термометра опору (рис.4).

Основна особливість рН-комірки ПВП, що електродні системи із скляними електродами мають надзвичайно високий внутрішній опір (до 1000 МОм), і вхідний опір приладу, який вимірює ЕРС ПВП рН-метра, повинен мати значно більший (не менше 10¹² Ом) опір. Не виконання цієї умови приводить до поляризації електродів при їх під'єднанні до приладів і виникненню великих похибок вимірювання. Цим вимогам відповідають спеціальні високоомні прилади з підсилювачами постійного струму. При цьому вхідний опір приладу повинен бути в 1000 разів більший опору електродної комірки, що забезпечує відсутність ефекту поляризації.

По принципу дії рН-метри ділять на три групи: прилади з безпосереднім відліком (рис.3,а) та прилади з астатичною (рис.3,б) і статичною (рис.3,в) компенсацією. Найчастіше використовуються компенсаційні методи, оскільки в момент повної компенсації, коли різниця між ЕРС рН-метра і напругою компенсації дорівнює нулю, в ланцюгу відсутній струм, що еквівалентне режиму холостого ходу і значенням опору в ланцюгу, який сягає безмежності.

Простіша схема безпосередньої оцінки (рис.3,а) складається із підсилювача 3 постійного струму, побудованого по балансній схемі (диференціальний підсилювач на польових транзисторах), який охоплений від'ємним зворотним зв'язком. Вимірювана ЕРС E_Х підсилюється в 3 та надходить на прилад відліку 4. Прилади прості за будовою, але суттєво поступаються по класу точності

приладам зі статичною та астатичною компенсацією.

В більшості приладів використовується астатичний компенсаційний принцип з використовуванням мостових схем (рис. 3,б), які забезпечують простоту в налаштуванні, регулюванні і введенні температурних поправок. Міст живиться від джерела постійної стабілізованої напругиU_ст через змінний опір R₅, за допомогою якого налаштовують струм у вітках моста. Нульовий індикатор-підсилювач НИ фіксує різницю U_вхміж ЕРС E_Х гальванічної комірки ПВП і напругою у вимірювальній діагоналі U_ab мостової схеми, яка є напругою компенсаціїU_комп. (U_вх =E_Х-U_комп.). При відхиленні U_вх від нуля в більшу або меншу сторону, нульовий індикатор-підсилювач НИ випрацьовує відповідну сталу за амплітудою напругу змінного струму відповідної фази (0 або 180°) для керування серводвигуном РД постійної швидкості обертання, який за кінематичною схемою переміщує повзунок реохорда (точку «а» вимірювальної діагоналі) в необхідному напрямку для зменшення відхилення U_вхдо нуля, а також переміщує показник на шкалі приладу.

U_вх= E_x - U_комп ∆U= E_x - U_к

а) б) в)

Рис.3 . Схеми вимірювання ЕРС рН-метрів.

Така астатична схема компенсації подібна схемі автоматичного потенціометра, який використовується для вимірювання температури в комплекті із термопарою. Принципова відмінність рН-метрів за такою схемою є наявність високоомного електронного підсилювача вимірювальної та компенсаційної схеми. Основний недолік схеми – наявність кінематичної схеми (на рисунку показана пунктиром) та повзунка реохорда, які є чинниками виникнення додаткових похибок.

Більш надійними є схеми (рис. 3,в) із статичною компенсацією, які використовують підсилювачі з глибоким від’ємним зворотнім зв’язком по струму. ЕРС E_Х порівнюється напругою U_К компенсації, яка дорівнюєU_ВИХ підсилювача і визначається спадом напруги на опорі R, через який протікає вихідний струм підсилювачаІ_ВИХ. Напруга U_ВХ на вході підсилювача дорівнює різниці:

U_ВХ = ∆U = E_Х – U_ВИХ=E_Х – U_К = E_Х - І_ВИХ * R. (10)

Якщо коефіцієнт підсилення підсилююча прийняти рівним К,а він в свою чергу дорівнює відношенню напруг на його виході та вході: К= U_ВИХ /U_ВХ

то вираз (10) можемо перетворити до виду:

E_Х = (1 +1/К)U_{ВИХ .} (11)

Із (11) видно, що при достатньо великому коефіцієнті підсилення К:

E_Х U_ВИХ = І_ВИХ * R.(12)

Таким чином, струм, який протікає у вихідному каскаді підсилювача (при сталому R) пропорційний ЕРС гальванічної комірки рН-метра. Вимірюючи струм І_ВИХ міліамперметром, можна визначитиE_Х , тобто, рН розчину.
Використовування такої статичної схеми компенсації (рис. 3,в) дозволяє в багато раз зменшити струм від електродної комірки, так як еквівалентний вхідний опір приладу для такої схеми зростає в (К+1) раз, тобто, R_ЕКВ = R_ВХ (К+1),де R_ВХ – вхідний опір підсилювача.

3.4. Промисловий рН-метр фірми «Діліс»

В основу роботи приладу покладений принцип прямого потенціомет-ричного вимірювання рН у водному розчині. Промисловий рН-метр фірми «Діліс» (рис.4) складається із двох функціональних блоків: блоку вхідних сигналів (БВС) і блоку управління та вихідних сигналів (БУВС), що можуть бути рознесені на відстань до 300 м; вимірювальної комірки, що вміщує вимірювальний і допоміжний електроди, які підключаються до входу БВС. Функціональні блоки рН-метра одного найменування взаємозамінні.

Рис.4. Склад та схема підключення приладу рН-101 П

До БВС(рис.4) підключають:

■ датчик рН, який може бути віддалений не більше ніж на 3 м;

■ платиновий ТСП або мідний ТСМ термоперетворювачі опору, які

відповідають ГОСТ 6651 і мають НСХ: 50 П, 50 М, 100 П, 100 М, а також ТСП

з НСХ 1000 П та W₁₀₀ = 1,385; для здійснення компенсації температурних

змін ЕРС електродів (в ручному режимі та автоматично). Діапазон температур, в якому діє ручна та автоматична компенсація температурних змін ЕРС електродів - від 0 до 120 °С;

■ 4-х провідний кабель, що з’єднує БВС та БУВС. Кабелем в БУВС

передається кодовий сигнал вимірювальної інформації, що вміщує значення ЕРС, температури у місці занурення електродів та термометра опору. З БУВС кабелем подається живлення з номінальним значенням 12 В, та сигнали

управління БВС.

БВС виконує функції:

■ вимірювального перетворювання ЕРС електрохімічної комірки в кодовий

вимірювальний сигнал, що відповідає значенню ЕРС;

■ вимірювального перетворювання опору термометра опору в кодовий вимірювальний сигнал, що відповідає значенню температури.

Конструктивно БВС виконаний у вигляді блоку для настінного монтажу.

Значення рН розчину визначають за формулою (13), що описує нормальна статичну характеристику (НСХ) перетворення приладу:

рН = рН_і + (Е - Е_і)/S, (13)

де pH- від'ємний десятковий логарифм активності іонів водню;

Еі, рНі- відповідно значення координат ЕРСі рНізопотенціальної точки електродної системи ПВП, мВ;

Е - значення ЕРС електрохімічної комірки, мВ;

S - значення крутизни електродної характеристики ПВП, мВ/рН.

До БУВС(рис.5та 4) підключають:

■ провід електроживлення 220 В, 50 Гц;

■ 4-х провідний кабель, що з’єднує БВС та БУВС;

■ 2-х провідний кабель, по якому видається вихідний сигнал постійного

струму або постійної напруги;

■ 2-х провідна екранована вита пара, по якій передаються комунікаційні сигнали за стандартом RS-485 чи RS-232.

БУВС виконує функції:

■ управління, контролю га відображення вимірювальної інформації;

■ вимірювального перетворення значень рН у силу постійного струму або

напругу згідно з НСХ відповідно до таблиці 1.1;

■ приймача команд та передавача даних за стандартом RS-485 або RS-232;

■формує релейні команди типу "сухий контакт".

Вихідні сигнали БУВС мають гальванічну розв’язку з приладом. Конструк-тивно БУВС виконаний у вигляді блоку для щитового монтажу (рис.3).

Функцію ПВП виконує датчик Д(рН)П-02 (датчик рН). Прилад може комплектуватись датчиками різної конструкції у залежності від замовлення.

Загальні технічні характеристики приладу рН-101 П:

■ Діапазон вимірювань рН - від 0,00 до 14,00.,

■ Діапазон показів рН - від 0,00 до 15,00.

■ Діапазон вимірювань ЕРС - від мінус 2900,0 до 1900,0 мВ.

■ Діапазон вимірювань температури - від 0,0 до 120,0 °С

■ Ціна найменшого розряду цифрового табло при вимірюванні рН - 0,01.

■ Ціна найменшого розряду цифрового табло при вимірюванні ЕРС - 0,1 мВ.

■ Ціна найменшого розряду при вимірюванні температури - 0,1 °С.

■ Прилад формує електричні безперервні уніфіковані ви­хідні сигнали, які вибираються із списку: 0-20 мА, 4-20 мА, 0-5 мА, 0-50 мВ, 0-100 мВ.

■ Прилад має інтерфейс RS 232 чи RS 485 для інформативного зв'язку з іншими приладами за допомогою електричних кодованих сигналів згідно з протоколом обміну ModBus RTU.

Рис.5. Загальний вигляд блока БУВС

3.5. Промисловий газоаналізатор «ОКСИ-5М»

Газоаналізатор «ОКСИ-5М»(рис.6)відноситься до термомагнітних

аналізаторів (рис.1,б) та в більшості використовується для аналізу наступних

газових сумішей: О₂ -N₂; СО₂ - N₂ ; NО- N₂ ; NО₂- N₂; SО₂ -N₂.

Рис.6. Схема забезпечення метрологічних досліджень газоаналізатора.

Після подачі напруги живлення на газоаналізатор і виконання ним програми ввікнення (її виконує мікропроцесорний контролер приладу), на його дисплеї з’являється значення об’ємної долі кисню в навколишньому середови-

щі та нульові покази концентрації інших вимірюваних сумішей , приведених вище. При виконанні програми ввімкнення вхідний отвір зонду повинен знаходитись в атмосфері навколишнього середовища, в якій відсутні або знаходяться у суттєво малих кількостях всі вимірювані компоненти, крім кисню. Газоаналізатор «ОКСИ-5М»відповідає встановленим для нього вимогам, якшо виконує наступні режими роботи:

■ індикація виміряних та розрахованих параметрів на дисплеї;

■ автоматичне градуювання (виконання режиму ввімкнення);

■ ввімнення/вимкнення мікропроцесора в режимі вимірювань;

■ перевірення робочих параметрів газоаналізатора: напруги вбудованого

джерела живлення та продуктивності мікропроцесора;

■ ввімнення/вимкнення підсвічування.