12.2 Електрохімічні резистивні перетворювачі

Електричний опір комірки електрохімічного перетворювача залежить від складу та концентрації досліджуваного розчину і геометричних розмірів комірки:

(12.1)

де γ – питома електропровідність розчину;

l – відстань між електродами;

S – їх активна площа.

Ця залежність покладена в основу дії електрохімічних резистивних перетворювачів, які широко застосовуються для аналізу складу та концентрації хімічних розчинів, а також перетворювачів переміщення, кута нахилу. В одному випадку при сталих геометричних розмірах комірки вихідний опір перетворювача є функцією питомої провідності розчину (складу та концентрації), в іншому випадку при сталій концентрації розчину – функцією відстані між електродами або їх активної площі. Електрохімічні перетворювачі концентрації бувають контактні (рисунок 12.1) або безконтактні (рисунок 12.2). Похибка перетворення не перевищує 1%.

Безконтактні електрохімічні перетворювачі можуть бути трансформаторними або ємнісними. Трансформаторний перетворювач (рисунок 12.2,а) має чутливий елемент у вигляді вторинної короткозамкненої обмотки, виконаної із скляної трубки, заповненої досліджуваною рідиною.

У високочастотних безконтактних перетворювачах на зовнішню поверхню тонкостінної ізоляції пробірки, наповненої досліджуваним розчином, встановлюють електроди в ємнісних (рисунок 12.2,б) або вимірювальну обмотку в індуктивних (рисунок 12.2,в) перетворювачах.

Рисунок 12.1 – Контактний електролітичний перетворювач

Рисунок 12.2 – Безконтактні електролітичні перетворювачі

Одним із основних джерел похибок є змінна електропровідності розчину під впливом температури.

12.3 Гальванічні перетворювачі

Гальванічні перетворювачі базуються на залежності ЕРС гальванічного кола від концентрації іонів в електроліті і окисно – відновлювальних процесів, які відбуваються на електродах.

Найбільш широке розповсюдження вони отримали в якості рН – метрів.

Принцип дії рН – метрів базується на залежності потенціалів від активності водневих іонів.

Молекули води частково дисоціюють на іони водню та іони гідрооксиду:

Н₂О ↔ Н⁺ + ОН^- (12.2)

Цим явищем зумовлена електропровідність води. На практиці для зручності обчислень активність водневих іонів характеризується водневим показником рН, який визначається як від'ємний логарифм активності іонів водню :

. (12.3)

рН у водних розчинах змінюється від 0 (кислоти) до 14 (луги). У неводних розчинах рН буде іншим.

Гальванічні перетворювачі рН – метра складаються з двох елементів: скляного вимірювального та допоміжного (електродний потенціал якого відомий). Скляний вимірювальний елемент – тонкостінна (0,05.. 0,1мм) колба 1 (рисунок 12.3), нижня сферична частина 2 якої виготовлена із спеціального мембранного скла і заповнена так званою буферною рідиною, тобто розчином із відомим значенням рН_о.

Рисунок 12.3 – Гальванічний перетворювач рН–метр

Всередині колби розміщений хлорсрібний допоміжний електрод 3 (платиновий стержень, покритий шаром хлористого срібла). При зануренні такого елемента в досліджувану рідину на межі скло – розчин виникає електродний потенціал е_1, значення якого є функцією рН_х. Водночас на внутрішній стінці колби виникає електродний потенціал е₂; ще один незалежний від рН_х потенціал е₃ виникає на хлорсрібному електроді. Отже : е₀ = е₂+ е_3.

е_х = е₀+ е₁= е₀+ е_рн рН_х, (12.4)

Допоміжний елемент може бути розміщений в досліджуваному розчині чи за його межами, але повинен бути з’єднаним з розчином за допомогою відповідної розділювальної мембрани або електролітичного ключа 4 (рисунок 3).

Вихідною величиною гальванічного рН – метра буде:

Е= е_х- е_Д = е₀+ е_рн рН - е_Д = Е₀ + е_рн рН, (12.5)

Основною складовою похибки є температурна, а також дифузійні потенціали.