книги / Электронные приборы контроля и автоматизации нефтехимического производства

большим сопротивлением измеряемой среды, что неминуемо при­ водит к резкому искажению показании прибора.

В производственных условиях измеряемая среда, как правило, будет заземлена (металлические трубы и сосуды), поэтому из­ мерительная схема должна работать нормально и в этом случае.

Это затруднение устраняется тем, что катоды ламп заземляются нс непосредственно, а через конденсатор достаточно большой емкости. В импульсных схемах, где число каскадов не превосхо­ дит двух, это не вызывает какого-либо усложнения электронной схемы. Но в схемах с преобразованием, которые содержат значи­ тельное число каскадов, добиться устойчивой работы при отсут­ ствии непосредственного заземления всех каскадов довольно трудно. Поэтому иногда лишь первый каскад заземляют через конденсатор, а остальные непосредственно. В этом случае для первого каскада требуется самостоятельный источник анодного напряжения.

§ 3. Особенности работы с рН-метрами

О с н о в н ы е п р а в и л а р а б о т ы с э л е к т р о д а м и

Основные правила хранения и применения электродов следую­ щие.

1. Перед употреблением стеклянные электроды должны в течение нескольких дней быть вымочены в дистиллированной воде или децинормальном растворе соляной кислоты. При выма­ чивании уменьшается потенциал асимметрии стеклянного элек­ трода и приходит к норме число милливольт, развиваемых элек­ тродом, на единицу pH (|).

2. Каломельные электроды должны храниться обязательно с раствором хлористого калия. Их следует хранить установлен­ ными на штативе так, чтобы их нижние части были погружены

внасыщенный раствор хлористого калия.

3.При подготовке к работе стеклянных электродов их нужно

проверить внешним осмотром и на лабораторном рН-метре. При проверке по внешнему виду обращают внимание на сле­

дующее:

1)нет ли трещин на реагирующей части электрода (шарике);

2)нормальный ли цвет имеет реагирующая часть хлоросе­ ребряного вспомогательного электрода, находящегося внутри стеклянного; кончик хлоросеребряного электрода должен иметь коричневую окраску, его побеление означает неисправность

электрода; 3) плотно ли держится контакт на верхней части стеклянного

электрода (при этом значительного усилия применять нельзя), не окислился ли сильно контакт пли идущий к нему провод от хлоросеребряного электрода.

4. На лабораторном pH-метре проверяется | стеклянного электрода и иногда его электрическое сопротивление. Для этих

331

проверок pH-метр настраивается на шкалу милливольт. К нему подключаются проверяемый стеклянный электрод и заведом» исправный каломельный электрод. Измеряется э. д. с. электро­ дов, помещенных сначала в один стандартный буферный раствор, затем в другой. Стандартные растворы следует брать такие, чтобы

Для измерения электрического сопротивления стеклянногоэлектрода нужно погрузить электроды в раствор с высоким зна­ чением pH, измерить э. д. с., затем подключить параллельновходу прибора высокоомное сопротивление в 50—100 мгом и снова измерить напряжение на входе прибора. Практически удобнее это сопротивление включить между зажимами каломель­ ного и стеклянного электродов. Во втором случае результат из­ мерения будет меньше, чем в первом, за счет падения напряжения на сопротивлении стеклянного электрода, которое определяется по формуле

Нэ = Л ш ( E — U )

Е — э .д .с . электродов в мв\

U — напряжение на входе прибора при подключении Rmв мв.

Кроме того, сопротивление стеклянного электрода можно из­ мерить и просто при помощи мегомметра с напряжением не выше 500 в. Для этого стеклянный электрод погружают реагирующей частью в какой-нибудь раствор, один провод от мегомметра под­ соединяют к выходному зажиму стеклянного электрода, а второй опускают в раствор. Измерение производят обычно, но вращать ручку мегомметра нужно медленно, так как при сопротивлении электрода меньше 50 мгом он может быть пробит при подаче, полного напряжения мегомметра.

5. Каломельные электроды при подготовке к работе также проверяются по внешнему виду и при помощп приборов.

332

При проверке по внешнему виду обращают внимание на сле­ дующее:

1)раствор хлористого калия должен наполнять все внутрен­ нее пространство каломельного электрода, в нем не должно быть пузырька воздуха, что легко заметить, переворачивая электрод;

2)внутри каломельного электрода должно находиться не­ большое количество нерастворенных кристаллов хлористого калия;

3)если электрод имеет защитную пробирку, то она должна быть более чем наполовину наполнепа насыщенным раствором хло­ ристого калия.

При помощи приборов каломельные электроды испытывают на величину их электрического сопротивления и соответствие норме их потенциала. Электрическое сопротивление нужно обя­ зательно проверять у всех электродов, что делается при помощи

мегомметра. Электрод при этом погружают в раствор малого сопротивления (например, насыщенный раствор хлористого ка­ лия), в который опускают и один провод от мегомметра. Сопроти­ вление каломельных электродов лабораторных приборов (вместе ■с защитной пробиркой) не должно быть больше 5000 ом, сопро­ тивление электродов проточных датчиков с напорным бачком не должно быть больше нескольких сот ом (300—400 ом). Измере­ ние сопротивления каломельного электрода при помощи омметра может дать совершенно неправильные результаты из-за влияния потенциалов измеряемой цепи.

Сопротивление нормально заряженного каломельного элек­ трода определяется сопротивлением его шлифа или пористой пере­ городки. Сопротивление пористых перегородок зависит от коли­ чества пор в них. Керамические перегородки, обычно применяе­ мые в каломельных электродах, имеют очень большое количество весьма мелких пор, поэтому их сопротивление электрическому току незначительно и вместе с тем просачивание раствора хло­ ристого калия очень небольшое.

Потенциал каломельного электрода проще всего проверить, заменяя им другой, заведомо исправный электрод и сравнивая показания прибора в обоих случаях. Разница в показаниях при­ бора не должна быть больше 1— 2 мв.

Каломельные электроды проточных датчиков с напорным бач­ ком, кроме того, нужно проверять на скорость просачивания рас­ твора хлористого калпя через пористую перегородку электрода. Проще всего это сделать, когда электрод уже установлен в датчик. В этом случае в резервуар датчика до половины наливают воду, напорный бачок каломельного электрода полностью заливают раствором хлористого калия. Датчик в таком положении оста­ вляют на несколько дней, ежедневно замечая изменение уровня раствора в напорном бачке. В каломельном электроде с керамиче­ ской пористой перегородкой нормальный расход раствора хло­ ристого калия не превосходит 1— 3 мл в сутки.

Обращаем внимание на следующее очень важное обстоятель­ ство. Если раствор хлористого калия, имеющийся в каломельном

333

электроде и представляющий электролитический мост между ка­ ломельным электродом и измеряемым раствором, будет сооб­ щаться с металлическим корпусом датчика, то при заземленном измеряемом растворе наступят сильные искажения показаний прибора. Происходит это потому, что в месте соприкосновения хло­ ристого калия с металлом корпуса возникает дополнительный потенциал, который оказывается включенным в цепь электродов. Это явление особенно часто возникает в проточных датчиках, где применен каломельный электрод с напорным бачком. Если вследствие неаккуратного наполнения бачка или по другой при­ чине напорный бачок или соединительная трубка окажутся сверху смоченными раствором или покрыты кристаллами хлористого калия, то почти наверное будет наблюдаться искажение показа­ ний.

Поэтому напорный бачок нужно наполнять только через во­ ронку, следить за тем, чтобы резиновая трубка была плотно на­ дета на стеклянные отростки, содержать в чистоте все детали датчика. Чтобы предупредить «расползание» кристаллов хло­ ристого калия, нужно смазывать поверхность стеклянных ча­ стей каломельного электрода вазелином.

Если датчик был замочен раствором хлористого калия, его нужно промыть при помощи ваты, смоченной в воде, хорошо просушить и смазать стеклянные части.

6. Шкалы всех pH-метров калибруются и проверяются по стандартным буферным растворам, которые имеют строго опре­ деленные значения pH.

Чаще других применяются буферные растворы со следующими значениями pH: 2,04; 3,97; 6,81 п 9,24.

В настоящее время ставится вопрос об использовании уксус­ нокислого раствора со значением рН=4,65 ± 0,01 в качестве образцового буферного раствора. Этот образцовый буферный раствор будет изготовляться и аттестоваться централизованно. Остальные проверочные буферные растворы могут изготовляться на месте проверки, а их значение pH — устанавливаться по образ­ цовому.

7.С электродами, особенно стеклянными, нужно обращаться осторожно. Не следует прикасаться реагирующей частью сте­ клянного электрода ни к каким твердым предметам. Если поверх­ ность шарика стеклянного электрода загрязнена, ее следует промыть при помощи ваты, намоченной в дистиллированной воде или децинормальном растворе соляной кислоты.

8.Чтобы не получить неправильного результата при разовых измерениях, нужно перед погружением электродов в исследуе­ мый раствор тщательно промыть их дистиллированной водой и снять капли воды фильтровальной бумагой. Ненужно спешить делать отсчеты, так как э. д. с. электродов устанавливается не сразу, особенно если они перед этим находились в буферном рас­ творе. Следует дождаться, когда показание прибора перестанет

изменяться. Особые осторожность и тщательность нужны при

334

измерении pH слабобуферных растворов (например, воды). Здесь истинное значение рн может быть искажепо вследствие засоре­ ния пробы буферпым раствором п воздействием углекислоты воздуха.

9. Во всех случаях, когда возникает сомнение в исправности стеклянного или каломельного электрода, лучшим способом проверки электрода является замена его однотипным электродом, исправность которого сомнений не вызывает.

О с н о в н ы е п р а в и л а и с п о л ь з о в а н и я в т о р и ч н ы х п р и б о р о в

Вторичный прибор каждого pH-метра является по существу электронным милливольтметром с весьма высокоомным входом. При проверке и наладке pH-метров применяются те же методы, что п при наладке любого другого милливольтметра, например электронного потенциометра, но учитываются особые требования, предъявляемые к сопротивлению его входа, и особенности изме­ рительной схемы.

Когда возникает сомнение в правильности работы прибора, следует проверить его основные параметры — пределы шкалы в милливольтах, величину входного сопротивления и порог чувст­ вительности. Для проверки необходим лабораторный потенцио­ метр постоянного тока с верхним пределом измерения не ниже 500—600 мв и высокоомное непроволочное сопротивление па 50—200 мгом, которое входит в комплект каждого рН-метра. При отсутствии подходящего лабораторного потенциометра (ППТВ-1, ПП-4) можно воспользоваться одним из лабораторных pH-метров. В этом случае лабораторный pH-метр настраивается для измерения по шкале милливольт, а калиброванное напряже­ ние снимается с зажима каломельного электрода (+ ) п с шасси прибора (—).

Лабораторный потенциометр с включенным последовательно высокоомным сопротивлением является эквивалентом электро­ дов, т. е. полностью заменяет их в части воздействия на прибор, так как имеет такое же внутреннее сопротивление, как у стеклян­ ного электрода, величину напряжения можно установить в нуж­ ных пределах.

Для проверки шкалы прибора выход лабораторного потен­ циометра соединяется с входом pH-метра так, что минус потен­ циометра подключается к зажиму (или гнезду) стеклянного элек­ трода, а плюс к зажиму каломельного электрода. Высокоомное сопротивление при проверке шкалы можно не включать.

Если проверяется лабораторный pH-метр, то он должен быть настроен на шкалу в милливольтах (50 мв/1рН), при проверке регистрирующих приборов нужно подсчитать, какому напряже­ нию в милливольтах соответствуют деления шкалы прибора. Электрический нуль регистрирующего прибора для удобства отсчета следует установить на начало шкалы. С лабораторного

335.

потенциометра подают напряжения, соответствующие оцифро­

шкалы прибора при изменении масштаба шкалы.

Входное сопротивление прибора проверяется при таком же включении, как и в случае проверки шкалы, но между зажимом стеклянного электрода и проводом, идущим к минусу лаборатор­ ного потенциометра, включается высокоомное сопротивление R (рис. 161, а). Сопротивление нужно хорошо заэкранировать, на­ пример обернув фольгой, соединенной с корпусом прибора или с тем концом сопротивления, к которому присоединен провод от

точка баланса) в сторону увеличения показания. При нормальном входном сопротивлении прибора изменение положения стрелки его

R = 100 Ч- 200 мгом на одно деление шкалы.

Таким же образом проверяют и изоляцию кабеля, соединяю­ щего датчик со вторичным прибором. В этом случае лаборатор­ ный потенциометр подключают вместо датчика к проводам, идущим ко вторичному прибору (рис. 161, б). Входное сопротивление pH-метра (без кабеля) проверяется до этого. Изменение положе­ ния стрелки прибора при замыкании сопротивления R на вели­ чину большую, чем при проверке прибора без кабеля, будет оз­ начать утечку в кабеле.

При проверке изоляции прибора и кабеля нужно помнить, что такой же эффект, как и наличие утечек (т. е. изменение пока­ заний прибора при включении или выключении высокоомного сопротивления), может дать наличие индукции переменных на­ пряжений (наводок) на входные цепи прибора.

Различать эти случаи можно так: при пониженном против нормы сопротивлении изоляции включение высокоомного сопро­

336

тивления всегда уменьшает показание прибора, а в случае наво­ док включение сопротивления может и увеличивать показание. При наличии наводок и включенном сопротивлении перемена местами проводов сети переменного тока, питающей прибор, вы­ зывает значительное изменение показания прибора (более одного деления).

Причиной пониженного входного сопротивления прибора чаще всего являются неправильная регулировка вибратора (без раз­ рыва), запыление и увлажнение поверхности изоляторов цепи стеклянного электрода, пониженного сопротивления изоляции кабеля — почти всегда плохая разведка его концов или загряз­ нение и увлажнение изоляции в этих местах.

Повышенные наводки могут быть следствием отсутствия экран­ ной оболочки на части цепи стеклянного электрода, плохого заземления корпуса прибора и экранной оболочки кабеля, нали­ чия поблизости от места установки вторичного прибора или кон­ трольного лабораторного потенциометра каких-либо электриче­ ских аппаратов переменного тока.

При проверке изоляции входных цепей прибора одновременно следует проверять и порог чувствительности прибора. Проверять нужно при включенном высокоомном сопротивлении. Напряже­ ние, подаваемое с лабораторного потенциометра на вход рН-метра, постепенно изменяют и замечают, при каком изменении напряже­ ния стрелка прибора заметно переместилась. В лабораторных pH-метрах с электронным индикатором (6Е5С) на выходе отме­ чают момент, когда теневой сектор 6Е5С заметно сузится. В рНметрах с вибропреобразователем порог чувствительности при сопротивлении R = 100 -г- 200 мгом обычно не бывает больше 1—1,5 мв. В pH-метрах типа СП-рН-2 порог чувствительности больше (2—3 мв при 7? = 50 мгом). Лабораторные рН-метры типа ЛЭ-рН-6 нормально имеют такую чувствительность, что теневой сектор 6Е5С полностью закрывается при изменении по­ даваемого с потенциометра напряжения на 4—5 мв.

Вторичные приборы производственных pH-метров целесооб­ разно еще проверять на влияние потенциала, действующего между измеряемым раствором и зажимом заземления схемы. Практически такой потенциал всегда имеется, если раствор за­ землен. Для проверки между зажимом « + » лабораторного по­ тенциометра, подсоединенного ко входу pH-метра, и зажимом заземления схемы включают сухой элемент, измеряя его поляр­ ность. Показания прибора не должны значительно изме­ ниться.

Если вторичный прибор при проверке лабораторным потен­ циометром показал хорошие результаты, то можно быть уверен­ ным в его исправности. При работе с электродами проверка и корректировка шкалы вторичного прибора производится по стан­ дартным буферным растворам.

Эта операция подробно описывается в инструкциях к рН-мет- рам. Здесь только следует подчеркнуть следующее. Для того

чтобы на любом из участков шкалы прибора его показания со­ ответствовали значению буферного раствора, в который погружены электроды, необходимо правильно отрегулировать измерительную схему прибора. При регулировке добиваются выполнения двух условий: 1) при напряжении на входе, равном нулю, прибор по шкале pH должен указывать значение нулевой точки данных электродов; 2) падение напряжения на реохорде, отнесенное к числу единиц pH шкалы прибора (ле/pH), должно быть равно э. д. с., развиваемой данным стеклянным электродом на единицу

р н а).

Измерительную схему прибора по буферным растворам обычно регулируют при помощи двух рукояток — переменных сопроти­ влений регулировки нулевой точки и изменения падения напря­ жения на реохорде (.ив/pH). При этом часто вносят погрешности тем, что при каждом значении буферного раствора регулируют оба сопротивления, а поэтому с большим трудом достигают цели. Если приемы регулировки правильные, то она достигается легко и быстро.

Нужно выбрать два буферных раствора, причем значение од­ ного должно быть близко к величине нулевой точки электродов, а значение второго должно быть таким, чтобы э. д. с. электродов в нем была возможно больше (в пределах шкалы).

Например, регулируется pH-метр, имеющий шкалу от 1,5 до 11,5 pH, в котором используются стеклянный электрод с хлоро­ серебряным дополнительным электродом и насыщенный кало­ мельный электрод. Нулевая точка такого измерительного эле­ мента лежит около значения рН =2 (рН=1,8ч-2,2). Следовательно, один буферный раствор должен иметь значение, близкое к рН =2, например pH = 2,04, а второй — значение, близкое к верхнему пределу шкалы (но чтобы еще не чувствовалось отклонения пря­ молинейной зависимости э. д. с. от pH), например pH = 9,24.

Погружаем электроды в буферный раствор, имеющий pH = 2,04. Прибор показал 2,2 pH. Нужно регулировкой измерительной схемы добиться, чтобы он показал значение буфера, т. е. pH = 2,04. Для этого следует изменить сопротивление установки нуля, так как в этой зоне абсолютные значение э. д. с. электродов и компенсирующего напряжения измерительной схемы очень мало и для показаний прибора решающее значение имеет регулировка нуля.

Затем погружаем электроды в буферный раствор, имеющий рН = 9,24. Показание прибора рН =9,1. В этом случае нужно «вы­ вести» стрелку прибора на правильное показание, уменьшая па­ дение напряжения па реохорде (.ив/pH), так как в этой точке э. д. с. значительна п величина падения напряжения на реохорде сильно влияет на показание прибора.

Предположим, что буферный раствор со значением pH, близ­ ким к нулевой точке электродов, отсутствует п имеются, напри­ мер, буферные растворы со значениями pH == 6,81 и 9,24. При про­ верке по буферному раствору со значением рН=6,81 прибор нока-

338

зал pH = 6,5. В этом случае нужно, не изменяя регулировки прибора, проверить показания по второму буферному раствору со значением pH = 9,27. Имеем показание pH — 8,8. Это значит, что нулевая точка сдвинута незначительно, а падение напряжения на реохорде завышено.

На основании этих примеров можно сделать следующий вывод: желательно иметь один буферный раствор, близкий по значению к нулевой точке электродов; при отсутствии такого раствора следует при неизменной регулировке измерительной схемы про­ верить показания прибора по обоим буферным растворам, а затем в зависимости от результатов выбрать последовательность регу­ лировки.

В некоторых случаях корректировка шкалы pH-метра по бу­ ферным растворам затруднительна (если применяют погружные датчики). Тогда используют метод параллельного определения pH пробы лабораторным прибором.

Иногда показания pH-метра можно контролировать титро­ ванием проб раствора на свободную кислоту или щелочь.

Если прибор имеет автоматическую температурную компен­ сацию, при проверке необходимо достигнуть равенства темпера­ тур буферного раствора и термометра сопротивления. Для этого погружать термометр в раствор необязательно, достаточно иметь равенство температур буферного раствора и окружающего воз­ духа. Можно так же заменять термометр эквивалентным сопро­ тивлением.

Проверять действие автоматической температурной компен­ сации (если в этом возникает необходимость) удобнее всего при погружении электродов и термометра сопротивления в сосуд с буферным раствором при двух температурах раствора (разница температур не должна быть меньше 20—30°). Отсчитывать пока­ зания прибора и измерять температуру раствора следует по исте­ чении достаточного времени. Значение pH буферного раствора нужно брать по возможности таким, чтобы оно значительно от­ личалось от значения изопотенцнальной точки.

При проверке действия температурного компенсатора разница показаний прибора при различных температурах буферного раствора не должна быть более 0,1 pH, так как pH буферного раствора от температуры зависит мало.

Работа pH-метров значительно осложняется, если в поме­ щении, где находятся датчик и вторичный прибор, пониженная температура п повышенная влажность. В этих условиях особенно вероятно появление утечек в цепи стеклянного электрода, по­ этому наблюдение за датчиком и вторичным прибором должно быть особенно тщательным. Полезно также принимать следующие предупредительные меры:

1) отбирать для работы в таких условиях стеклянные элек­ троды со сравнительно небольшим сопротивлением;

2) внутрь вторичного прибора помещать сосуд с каким-нибудь химическим осушителем;