Контрольні запитання:

1. Принцип дії та використання теплових перетворювачів.

2. Що називається теплообміном? Види теплообміну.

3. Термоелектричні перетворювальні елементи. Принцип дії

4. Терморезистивні перетворювальні елементи. Принцип дії.

5. Термоелектричні та терморезистивні перетворювачі температури. Особливості будови та використання.

Тема 4.9 Електрохімічні перетворювачі План

1. Фізико-хімічні властивості

2. Електрохімічні резистивні перетворювачі

3. Гальванічні перетворювачі рН-метрів

4. Електрокінетичні перетворювачі

1. Фізико-хімічні властивості

Електрохімічним називають перетворювач, виконаний у вигляді комірки, заповненої електропровідним розчином, з двома або декількома електродами. У загальному випадку електроди безпосередньо беруть участь у фізико-хімічних процесах, які відбуваються у перетворювачі, і служать для його під єднання у вимірювальне коло.

Вхідними перетворювальними параметрами електрохімічних перетворювачів є хімічний склад і концентрація розчинів, а також швидкість переміщення або тиск розчину. Вихідними параметрами є є ЕРС або електричний опір.

Основними фізико-хімічними процесами, які відбуваються в електрохімічному перетворювачі є:

• Електропровідність розчинів.

Основним розчинником хімічних речовин є вода. Оскільки вода є речовиною з високою діелектричною провідністю, то вона активно розщеплює молекули кислот, основ і солей на позитивні та негативні іони, тобто ці речовини активно дисоціюють у воді утворюючи розчини.

Речовини, які розчиняються у воді з утворенням позитивних і негативних іонів, називаються електролітами. Під дією електричного поля, яке утворюється прикладеною до електродів напругою, позитивні іони (водню або металу) рухаються до катода, а негативні (кислотні залишки) – до анода. Електропровідність розчинів залежить від їх концентрації. Рухливість іонів (відповідно і електропровідність розчину) сильно залежить від температури розчину ( зменшується ).

• Електродні та граничні потенціали.

Під час занурення металевого електрода у розчин малої концентрації матеріал електрода частково розчиняється у розчині, тобто позитивно заряджені іони металу переходять у розчин і на електроді утворюється надлишок електронів. Електрод заряджається негативно відносно розчину. Якщо концентрації розчину великі, на електроді можуть виділятися позитивні іони розчину і електрод буде заряджений позитивно відносно нього. Потенціал електрода щодо розчину, в який він вміщений, називають електродним потенціалом.

В становити безпосередньо значення електродного потенціалу неможливо, оскільки для його вимірювання необхідний інший електрод, розміщення якого в розчині приводить до виникнення його власного електродного потенціалу. Отже, може бути виміряна різниця двох електродних потенціалів, а, приймаючи один із потенціалів за базовий, можна оцінити відносне значення другого потенціалу. В електрохімії за базовий приймають потенціал так званого водневого електрода. Як водневий використовують платиновий електрод, на поверхню якого адсорбують газоподібний водень. Рис.1 – Будова водневого електрода

• Поляризація і потенціал виділення.

При проходженні через розчин електричного струму спостерігається явище електролізу, тобто хімічні перетворення у розчині з виділенням із нього речовини. Внаслідок електролізу концентрація іонів поблизу електродів буде відрізнятись від їх концентрації в іншій частині розчину, що приводить до зміни електродного потенціалу, тобто до поляризації.

Потенціал, при якому в електролізі будуть брати участь всі іони розчину даної речовини, називається потенціалом виділення. Потенціали виділення різних іонів неоднакові, а крива катодного потенціалу розчину, який містить різні катіони, має ступінчастий характер. Кожна сходинка буде відповідати певному виду катіонів. На цьому явищі базується так званий полярографічний метод якісного аналізу розчинів. Крім того, оскільки довжина сходинки струму на кривій катодного потенціалу пропорційна концентрації відповідних іонів, то полярографічний метод може бути використаний і при кількісному аналізі.

• Електрокінетичні явища

Електрокінетичними називають явища, що відбуваються на межі розділу твердої та рідкої фаз і пов’язані з їх взаємним переміщенням.

Існують прямі та зворотні електрокінетичні ефекти. До прямих належать ефекти утворення різниці потенціалів внаслідок руху рідини відносно твердої поверхні, тобто виникнення так званого потенціалу протікання, або за рахунок руху частинок твердого тіла в рідині (потенціал осідання). Зворотними є ефекти виникнення під дією зовнішнього електричного поля руху рідини відносно твердої поверхні – електроосмос або руху частинок твердого тіла в рідині – електрофорез.

Рис. 2 – Іонно-дипольна будова подвійного шару