Устройство для анализа расплавов солей и растворов электролитов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск их

Социалистических

Республик

<„,702286 (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.10.76 (21) 241191б/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет— (5l ) M. Кл.

6 01 М 27/02

Пзвудврстввнный комитет

СССР ла делам изобретений -.--к открытий

Опубликовано 05.12.79. Бюллетень Р1е (53) УДК 543, 25 7 (088.8) Дата опубликования описания 05.12.79 (72) Авторы изобретения

Н. Л. Колесников, В. А. Коломенский и Б. С, Лебедев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ АНАЛИЗА РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ

И РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Устройство относится к области исследования электрофизическнх и физико-химических свойств расплавов солей и растворов электролитов в химической, металлургической, материаловедческой, силикатной, нефтеперерабатыва5 юшей, а также в медицине и других отраслях народного хозяйства.

Известны способы высокочастотного анализа, основанные на измерении параметров резонансного контура, в который включена ячейка.

f6

Недостатком способов является невысокая точность измерения, так KBK в измерения неизбежно входят неопределенные параметры самой измерительной ячейки, зависягцие от температуры исследуемом расплава.

Наиболее близким техническим решением

15 является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения высокой зондирующей частоты, резонансный чувствительный элемент, коаксиально-цилиндрическую измеритель20 ную ячейку. электродвигатель, ось которого с помощью эксцентрикового звена соединена с центральным электродом ячейки и сообшает ему. возвратно-поступательное осевое движение, усилитель, амплитудный детектор, самописецрегистратор выходного (измерительного) сигнала.

Измерение электропроводности производят в следующей последовательности.

Коаксиально-цилиндрическую ячейку опус-. кают в исследуемый расплав (раствор) так, чтобы ее внешний электрод был погружен на

70 — 90% своей высоты и оставляюr его неподвижным. Внутренний электрод ячейки в процес. се измерения совершает возвратно-поступатегп.ное движение вдоль своей осн. Размах движения центрального электрода h устанавливают так, чтобы нижний конец электрода в процессе измерений оставался, в расплаве (растворе), но не опускался до нижнего среза внепмего электрода.

Высокочастотное напряжение от генератора подается на резонансный чувствительный элемент и измерительную ячейку, где оно благодаря возвратно-поступательному движению центрального электрода, преобразуется в амплитудно-модулированное напряжение, затем усиливается усилителем, детектируется амплитудным детектором

7О22 6 где а=1 — I

СН СЭ

Х иХсц сВ

aU=nI R а а, hR3

3 и регистрируегся ца диаг раммной денге регистратором.

Недостатками способа является низкая точность измерений; низкая производительность, узкий диапазон измерений.

Цель предлагаемого изобретения -- повьцценис точности и достоверности измерений, расширение диапазона измерений, повышение производительности.

Поставленная цель достзгается в результа- 10 те введения в измерительную схему дополнительных блоков: имитатора измерительной ячейки, коммутатора, автоматического выбора требуемого цоддиапазона измерений, отметки верхнего и нижнего положении центрального элект- 15 рода ячейки и цифропсчатающего регисз ратора.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — измерительная коаксиальцоцилицдрическая ячейка; на фиг. 3 — имитатор измерительной ячейки; на фиг. 4 — кривые за- 20 висимости сопротивлений, Устройство содержит генератор l синусоидальцого напряжения высокой зондирующей частоты, блок 2 автоматического выбора и включения требуемого полдиапазоца измерений, ре- 25 зоцацснь и чувствительный элемент 3, коаксиально-цилиндрическую ячейку 4 с электродвигателем 5 и блоком 7 для отметки верхнего и нижнего положений центрального электрода, усилитель 6, амплитудный детектор 8, имитатор 30

9 измерительной ячейки, коммутатор 10, цифропсчатающий регистратор, состоящий иэ цифрового вольтметра I l и цифропсчатающего устройства 12.

Измерительная коаксиально-цилиндрическая З5 ячейка (фиг,2) имеет внутренний электрод 13, выполненный в виде круглого стержня, внешний электрод 14 в виде отрезка пустотелого цилиндра. Ячейки погружены в исследуемый расплав 1э,:находящийся: в тигле 16, который 40 помещается в электропсчь.

Имитатор измерительной ячейки (фиг. 3) содержит источник синусоидального напряжения и две идентичные электрические имитирукзщие цели, включенцые навстречу друг другу, име- 45 клцис одну общую ветвь, в которую включено известное сопротивление R>. В каждую элекгрическую цепь включена нелинейная емкость (цо можно использовать магниторезистор) и источник напряжения с противоположной полярностью, т.е. +U. Нелинейная емкость является пропорциональной функцией напряжения измерительного сигнала с(0, ), сопротивление этой емкости Х имитирует зависимость сопротивлес 55 ния измерительной ячейки R IH/ от глубины погружения центрального электрода в расплав (раствор) т.е.

Х- -U- Р(н).

4

11а фиг. 4 показаны кривые зависимости этих сопротивлений. Яц рмула для удельной электрической проводимости в имизаторс преобразуется к виду: а gJ а dU — суммаршай ток в об пей пепи имитатора;

-- сопротивление цепей имитатора при нижнем и верхнем положениях центрального электрода измерительной ячейки; — падение напряжения ца известном сопротивлении

В « Х-, в общей цепи имитатора; — постоянная имитатора измери. тельной ячейки (известная величина) .

Таким образом, с помощью имитатора результат измерений удельной электрической проВодимости получают путем измерения напряжения AU, так как все другие величины, входящие в формулу, известны с высокой точностью.

В момент измерения сопротивления Х- и ХсН СВ остаются неизменными, так как нелинейные емкости С, и С, остаются заряженными соответственно до напряжений U u U . Затем цо сн сР окончании измерения и регистрации AU эти емкости с помощью реле Р,, Р,, Р,, P, no сигналу с блока коммутации подключаются к выходу амплитудного детектора и ставятся под напряжением измерительного сигнала Б., а в моменты прохождения центральным электродом верхнего и нижнего положений поо ерсццо отключаются от измерительного сигнала, оставаясь заряженными до напряжений U u U .цока

CH св будет произведено измерение du. Далее процесс повторяется, а в промежутки между измерениями dU регистрируются термо 3JIC термопары, измеряющей температуру исследуемого расплава (раствора) и номер поддиапазона измерений.

Конденсаторы С,, С,и С,. С,, соединенные последовательно с С, и С,, прсдцазцачены для сохранения заряда (напряжений U ° U ) на сЪ сн последних, в С„и С, дчя получения требуемой функциональной зависимости: с,(u ) = с,(u 1-й()

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение высокой частоты от генератора 1 подастся EI3 чу зствитеззьный элемент 3 и измерительную ячейку 4. централь ныи электрод которой с помощью эксцецтри702 86 коцо>о >ВВВ4 соединен с осью элсктропви>ателя >, сообгцаюшсгo ему возвратно-поступательное движение. Синфазно с движением центрального электрода изменяется электрическое сопротивление измерительной ячейки, погруженной в исследуемый расплав (раствор), в результате> чего синусоидальное»апряжсние высокой частоты в чувствительном элементе преобразуется

;в амплитудно-модулированное (AM) напряжение, которое являстся измерительным сигнадом, так как глубина модуляции при постоянном размахе h возвратно-поступательного движения центрального электрола пропорциональна удельной электрической проводимости исследуемого

pacnhaBa (раствора) . Амплитудно-модулированное напряжение измерительного сигнала с выхода чувствительного элемента усиливается в усилителе б, детектируется амплитудкым детектором 8 и в форме огибающей амплитуды поступает в качестве управляющего напряжения

0С на имитатор измерительной ячейки 9 и в блок 10 коммутации. По уровню управляющего напряжения измерительного сигнала и сигналов с блока 7 отметки с помощью блоков

10 и 2 опредаляетая и включается в работу требуемый.поддиапазон измерений, а в имитаторе формируется сопротивление Х - = R и >(-„= %, равные (или кратные им) соответственно сопротивлениям ячейки при верхнем и нижнем положениях центрального электрода.

В имитаторе измерительной ячейки измерительный сигнал 0 прсобразустся в напряжение Ь0, которое измеряется цифровым вольтметром !1 и печатается на бумажной ленте цифропечатающего устройства 12. В каждом цикле измерения в одной строке (столбце) печатаются три числа: 40, Е и и, где Š— термо-ЭЛС термопары, измеряк>ц1ий температуру расплава> (раствора) в момент измерения электропроводности, и — номер поддиапазона измерений, на котором работает устройство в данный момент.

Из формулы следует, что если постоянная имитатора измерительной ячейки а, = Т, что легко достигается соответствующим выбором величин h, 0 Я, то измеренное значение AU, выраженное в вольтах, численно равно удельНоН электрической проводимости, выраженной в единицах Сим/м. Так, например при а=250, h = 5 мм, Р = 20 ом и U = 2,5 В, получаем а, =1.

Однако. соотнонгенис б = Л0 имеет место только на основном цоддиапазоне измерений, когда Х = R. Иа других ноддиапазонах измерений Х = mhR, поэтому результат измерений в общем случае будет равен с = итГ1Л0, где

m„= R„(Uñ ), Хс10 1 — есть коэффициент кратности ноддианазона измерений и, его значение известно для каждого полдиапазона измерений.

Таким образом, в общем случае формула для б принимает вид:

&m„а„ьu=А„ьоt „""), где ХГ1= ги „а, — коэффициент полдиапазона измерений, его численное значение известно .

1О

Расчет коэффициентов кратности m 1, производится по градуировочным графикам 0 „=-1(Н, которые снимаются для каждого полдиапазона . измерений ири BBoge устройства> в эксплуата15 цию.

Следует заметить, что устройство успеишо работает при любых значениях а,г 3 и А1,4 т1т.

Устройство, раз отградуированнос при изготовлении, более не нуждается в градуировке его эталонными расплавами (растворами) перед началом эксперимента.

Положительным эффектом являются также высокая точность измерений, которая обеспечивается в результате применения имитатора измерительной ячейки с цифропсчатаюшим регистратором, широкий диапазон измерений, охватывающий несколько порядков измеряемой величины от 1 10 4 до 1. 104 Сим/м, возможность непрерывных измерений, высокая производительность, возможность получения температур-. ной зависимости исследуемого параметра.

Формула изобретения

Устройство для анализа расплавов солеи и растворов электролитов, содержащее последовательно соединенные генератор синусоидального

40 напряжения высокой частоты, резонансный чувствительный элемент с коаксиально-цилиндрической измерительной ячейкой, снабженный электродом, который совершает возвратно-поступательное движение, электродвигатель, ось

45 которого соединена с электродом, усилитель, амплитудный детектор,.самопишущий регистратор измерительного сигнала; о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, расширения диапазона измерений, повышения производительности, в него дополнительно

5Г> введен имитатор измерительной ячейки и цифропечатаюший регистратор, причем вход первого из них соединен с амплитудным детектором, а выход — с цифропечатающим регистратором, 55 блок отметки верхнего и нижнего положении центрального электрода, соединенный с осью электродвигателя, коммутатор, вход которого соединен с блоком отметки и амплитудным де7 70228б 3 тектором, а выход — с имитатором измеритель- . нужного поддианазона измерений, вь(ход котоиой ячейки, цифроисчатаю(цим устройством и рого соединен с резонансным чувствительным блоком автоматического выбора и включения элементом. .э

702286 у(/б! у хс(сl гс (u. ) Составитель М. Кривенко

Техред 3. Фанта

Корректор Ю. Макаренко

Редактор Б. Павлов

Заказ 8058/65 Тираж 1073

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ly

0g, Ф

+ т

Рр

Х

Х/g г