3.4.2. Гальванические преобразователи
Гальванические преобразователи (ячейки Маккерета) отличаются от полярографических материалами, из которых изготовляются анод и катод, и измерительной схемой (рис. 3.28).
Рис. 3.28. Типовая схема включения гальванической ячейки: l - датчик; 2 - сопротивление нагрузки; 3 - привязка к нулю; 4 - усиление; 5 - выход
Для катода используются платина, золото, серебро, никель, а для анода - кадмий, свинец, цинк и железо. Чаще выбирают пару: катод – серебро и анод - свинец или цинк. Иногда используется пара никель - кадмий.
При изготовлении электродов очень важна чистота используемого материла, например, в датчиках кислорода фирмы Royce Inc. платиновый катод имеет чистоту 99,9998%, а свинцовый анод - 99,98 %. Электроды ячейки находятся в специальном электролите, используются растворы КОН, КНСО3, Na2CO3, NaCl и т.п., в зависимости от материала электродов.
Датская компания ОxyGuard International А/S является наиболее авторитетным разработчиком и производителем гальванических датчиков подобного типа, наибольший интерес представляют датчики серии OxyGuard Осеаn (рис. 3.29).
Рuс.3.29. Внешний вид датчиков ОхyGuагd Осеаn Рrоber (а) и Рrоfilе (б): 1 - мембрана; 2 – уплотнительные кольца; 3 – кольцо прижима мембраны; 4 - резьба для защитной крышки
У обоих датчиков катод из серебра. Анод изготавливается из свинца или из цинка. В первом случае в качестве электролита используется Na2CO3, а во втором – NaOH.
Корпус датчика выполнен из акрила и содержит внутренние кольца жесткости из нержавеющей стали. Для заливки электролита имеется специальный клапан. Хотя датчик не требует регулярного обслуживания, его конструкция позволяет быстро сменить мембрану и электролит. Тефлоновая мембрана датчика нормально функционирует при с скорости омывания не менее чем 1-2 см/с. Калибровку рекомендовано выполнять каждые 3-6 мес. Прочная мембрана толщиной 50 мкм, обычно легко очищается, но при необходимости конструкция датчика обеспечивает ее быструю смену,
Эти датчики имеют лучшее быстродействие и стабильность, чем полярографические.
Время отклика при 90% реакции составляет менее l0 с. Месячный дрейф 1-2 % ПШ. Встроенная температурная компенсация обеспечивает установление через 10 с при изменении на 10 оС.
Датчики имеют два варианта: на 100 м и 2000 м, и комплектуются двумя типами мембран, высокостабильной или быстродействующей.
Модификации этих датчиков применяются в различных CTD-зондах фирм: "Richards Brancker Research Ltd" (серии XR и XRХ) и Aanderaa Instruments (RCM9). На рис. 3.30 представлено устройство кислородного датчика типа 3675 (AADI), в котором используется гальваническая ячейка ОхyGuагd Осеаn.
Pиc. 3.30. Устройство датчика 3675 (а) и используемой ячейки OxyGuard (б): 1 - ячейка OxyGuard; 2 - уплотнительные кольца; 3 - электронная плата; 4 - капсула в сборе; 5- кожух; 6 - мембрана с кольцом; 7 - прижимное кольцо; 8 - катод; 9 – анод
В корпусе датчика смонтирована печатная плата с электронной схемой, преобразующей выходное напряжение гальванической ячейки в сигналы в формате RS 232С. Сама ячейка состоит из двух основных узлов: блока электродов и навинчивающейся на него капсулы с мембраной и электролитом. Такая конструкция обеспечивает при необходимости быструю замену мембраны с одновременной сменой электролита.
Похожую конструкцию с применением ячейки типа OxyGuard и мембраны толщиной 25 мкм имеет гальванический датчик кислорода AQOX-GALI5 фирмы AQUAMATIC (зонд AQUA-16).
В конструкции датчиков фирмы SIGMA (CIIIA) применена пара серебро-свинец. Анод выполнен в виде свинцовой проволоки, навитой на цилиндрическую основу, внутри которой находится токоведущий стержень платинового катода. Такое решение придает конструкции некоторые преимущества в изготовлении датчика, а также в регламентной очистке анода или его замене. Остальные элементы мало отличаются от таковых конструкций гальванического типа.
Аналогичное решение (пара серебро-свинец) имеют датчики фирм Соmmоn Sensing Inc. и GLI International. Последняя производит датчик X63/DO770, в котором используются сменные картриджи, заранее откалиброванные на фирме-изготовителе.