Урок 6. Параметрические электролитические преобразователи сопротивления

Электролитические преобразователи относятся к типу элек­трохимических преобразователей. В общем случае электро­химический преобразователь представляет собой электролити­ческую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нее электродами, служащими для включения преобразователя в измерительную цепь. Как элемент электрической цепи элект­ролитическая ячейка может характеризоваться развиваемой ею э.д.с., падением напряжения от проходящего тока, сопро­тивлением, емкостью и индуктивностью. Выделяя зависимость между этими электрическими параметрами и измеряемой не­электрической величиной и подавляя действие других факто­ров, можно создать преобразователи для измерения состава и концентрации жидких и газообразных сред, давлений, переме­щений, скорости, ускорения и др. величин. Электрические па­раметры ячейки зависят от природы и состава раствора и электродов, химических превращений в ячейке, температуры, скорости перемещения раствора и др. Связи между электри­ческими параметрами электрохимических преобразователей и неэлектрическими величинами определяются законами элект­рохимии.

Растворы солей, кислот и оснований в воде и в ряде других растворителей обладают электропроводностью и называются: проводниками второго рода. При растворении происходит дис­социация - расщепление молекул на положительные и отри­цательные ионы. Вещества, расщепляющиеся при растворении на ионы и образующие электропроводящие растворы, называ­ются электролитами. Под воздействием электрического поля. положительные ионы движутся к отрицательному электроду, а отрицательные ионы к положительному электроду и переносят электрические заряды.

Электропроводность чистой дистиллированной воды близ­ка к нулю и возрастает по мере повышения концентрации рас­творенных веществ. Растворы характеризуются весовой кон­центрацией Р, измеряемой в граммах на литр, миллиграммах на литр или в миллиграммах на миллилитр, эквивалентной или молярной концентрацией С, измеряемой в грамм-эквивалентах ( Г- экв) или грамм-молекулах (Г-моль) на литр и хими­ческой активностью а.

Активность а равна произведению эквивалентной концент­рации С на коэффициент активности f, равный единице для растворов с небольшой концентрацией и уменьшающийся по мере повышения концентрации (из-за уменьшения степени диссоциации и подвижности ионов).

Удельная электропроводность раствора пропорциональна его эквивалентной химической активности

(4.22)

Коэффициент l называется эквивалентной электропро­водностью. Удельная электропроводность зависит нелинейно от весовой концентрации Р или эквивалентной концентра­ции С. Зависимость проводимости электролитов от их концент­рации дает возможность использовать электролитическую ячейку в качестве измерительного преобразователя, естествен­ной входной является значение химической активности а рас­твора. Выходной величиной преобразователя является элект­рическая проводимость между электродами.

Принцип действия электролитических преобразователей основан на зависимости сопротивления электролитической ячейки от состава и концентрации электролита, а также от геометрических размеров ячейки. Сопротивление столба жид­кости электролитического преобразователя равно

(4.23)

где g = 1/r - удельная проводимость электролита; k - постоянная преобразователя, зависящая от соотношения его геометрических размеров, определяемая обычно экспериментально.