 |
Лекция 2. Кондуктометрические концентратомеры
|
|
|
|
Классификация, область применения. Принцип действия, уравнение НСХ. Температурная погрешность. Уравнение Кольрауша. Двухэлектродный кондуктометр. Принципиальная схема. Бесконтактные кондуктомеры.
Кондуктометрические анализаторы применяются для измерения концентрации солей (солемеры) в процессах водоподготовки ТЭЦ, кислот, содержания воды в нефти при нефтедобыче и нефтепереработке, а также для измерения удельной электропроводности электролитов. По устройству датчиков кондуктометры можно разделить на контактные и бесконтактные. Контактные кондуктометры могут быть двух и четырех электродными.
Принцип действия кондуктометрических анализаторов основан на зависимости удельной электропроводности растворов от концентрации анионов и катионов (рис.1). Удельная электропроводность некоторых растворов приведена на рис. 2.
Математическая модель измерения:
, (1)
где α- степень диссоциации электролита, величина постоянная; n – валентность; U+, U- подвижность (скорость перемещения, зависит от температуры раствора) ионов; С – концентрация.
Удельная электропроводность – величина, обратная значению удельного сопротивления:
, 
(2)
где 
(сопротивление столбика раствора длиной l и площадью сечения S);
Принято обозначать отношение 
как постоянной ячейки. С учетом этого удельная электропроводность в итоге равна:
(3)
Исходя из уравнения (3) измерительной схемой кондуктометра может быть мост сопротивлений, так как Kя = const.
Устройство:
анализатор состоит из электродной ячейки (рис.3, 4) погружного или проточного типа и измерительно-преобразующего блока с дисплейным модулем. Электроды в ячейке – это металлические пластины круглой или прямоугольной формы, расположенные на строго определенном расстоянии друг от друга.
|
|
|
Постоянная ячейки (Kя)– это отношение расстояния между электродами к площади поверхности электрода: Кя = l/S.
Рис.1. Зависимость удельной электропроводности от концентрации
Рис. 2. Удельная электропроводность некоторых растворов
Уравнение Кольрауша позволяет определить удельную электропроводность растворов при любой температуре, если она известна при температуре +20 °С:
, (4)
где Κ 20 – удельная электропроводность раствора при нормальной температуре (+20 °С); α – температурный коэффициент электрической проводимости; t, t0 – рабочая и нормальная температура раствора.
Как видно из уравнения, электропроводность жидкости возрастает с увеличением температуры.
| L |
Рис. 3. Принципиальная схема двухэлектродной ячейки контактного кондуктометра:
а) пластинчатые электроды; б) электродная ячейка с термокомпенсатором(термометром сопротивления).
Двухэлектродные кондуктометры просты по устройству, но имеют низкую точность из-за поляризации электродов. Более точными являются четырехэлектродные контактные или бесконтактные кондуктометры (рис. 4, 5, 6).
Рис. 4. Контактный кондуктометр с четырехэлектродной ячейкой:
1, 4 – токовые электроды питания; 2, 3 – измерительные потенциометрические электроды (металлические пластинки); Rt – термометр сопротивления; R1, R2, R3, Rt –схема уравновешенного моста, предназначенная для автоматической компенсации температурной погрешности; ЭУ – электронный усилитель; РД – реверсивный двигатель.
Рис.5. Схема подключения четырехэлектродного датчика
Рис. 6. Принципиальные схемы бесконтактных кондуктометров
а)– с емкостной измерительной ячейкой ЕИЯ с контурной резонансной измерительной схемой; б)– с жидкостным витком и термокомпенсатором; 1– труба; 2 –анализируемый раствор; 3– кольцевые электроды; w 1 – первичная обмотка Тр2; w2 = 1; wk– компенсационная обмотка измерительного трансформатора Тр1.
|
|
|
Устройство: бесконтактные кондуктометры имеют в составе датчика жидкостный виток, являющийся вторичной обмоткой трансформатора питания Тр2 и первичной обмоткой измерительного трансформатора Тр1. (рис.6, б). Термометр сопротивления Rt включен в одно из плеч компенсационного моста R1, R2,R3.
|
|
|
