RU201075U1

RU201075U1 - TWO-ELECTRODE CONDUCTOMETRIC SENSOR

Info

Publication number: RU201075U1
Application number: RU2020123210U
Authority: RU
Inventors: Алексей Михайлович Смирнов; Иван Григорьевич Черников; Дмитрий Евгеньевич Кривобоков; Владимир Александрович Круглянский
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2020-11-26

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для измерений удельной электрической проводимости жидкостей.Датчик кондуктометрический двухэлектродный включает две коаксиально расположенные камеры: внутреннюю - измерительную, оснащенную штуцерами для подвода исследуемой жидкости, и внешнюю - термостатирующую, оснащенную штуцерами для подвода термостатирующей жидкости, а также три электрода: измерительный электрод, который опоясывается «охранным» электродом, при этом края охранного и измерительного электродов, обращенные друг к другу, завальцованы в направлении от генераторного электрода и генераторный электрод, размещенный на передвижном штоке с микрометрическим винтом с возможностью перемещения относительно измерительного электрода.Технический результат полезной модели заключается в повышении точности измерения удельной электрической проводимости жидкостей за счет минимизации влияний приэлектродных процессов на измерения удельной электрической проводимости жидкостей, обеспечения однородности электрического поля в исследуемом объеме, а также в обеспечении возможности производить измерения в динамическом режиме исследуемой жидкости и режиме термостатирования.The proposed utility model relates to devices for measuring the specific electrical conductivity of liquids. The conductometric two-electrode sensor includes two coaxially located chambers: an internal one - measuring, equipped with fittings for supplying the test liquid, and an external one - thermostating, equipped with fittings for supplying a thermostatic liquid, as well as three electrodes: a measuring electrode, which is encircled by a "guard" electrode, while the edges of the guard and measuring electrodes facing each other are rolled in the direction from the generator electrode and the generator electrode placed on a movable rod with a micrometer screw with the ability to move relative to the measuring electrode. The technical result is useful the model consists in increasing the accuracy of measuring the specific electrical conductivity of liquids by minimizing the effects of near-electrode processes on measuring the specific electrical conductivity of liquids, ensuring homogeneity of the electric field in the investigated volume, as well as ensuring the possibility of making measurements in the dynamic mode of the investigated liquid and the thermostatting mode.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для измерений удельной электрической проводимости жидкостей. Известны кондуктометрические датчики контактного типа:The proposed utility model relates to devices for measuring the electrical conductivity of liquids. Known conductometric contact-type sensors:

- двухэлектродные датчики, в которых электроды служат для подведения тока и с них же снимается разность потенциалов, создаваемая в исследуемом растворе;- two-electrode sensors, in which the electrodes serve to supply current and the potential difference created in the test solution is also removed from them;

- трехэлектродные датчики, в которых внешние электроды замкнуты и на них подается одинаковый потенциал. Добавление третьего электрода к имеющимся двум уменьшает вклад «паразитных» емкостных связей, образующихся на стенках ячейки, вследствие более четкой локализации измерительной области;- three-electrode sensors, in which the external electrodes are closed and the same potential is applied to them. The addition of a third electrode to the existing two reduces the contribution of "parasitic" capacitive couplings formed on the cell walls, due to a clearer localization of the measurement region;

- четырехэлектродные датчики, в которых питающее напряжение подается на токовые электроды, расположенные по краям датчика, а в середине конструкции датчика располагаются потенциальные электроды, с которых снимается разность напряжение;- four-electrode sensors, in which the supply voltage is applied to the current electrodes located at the edges of the sensor, and potential electrodes are located in the middle of the sensor structure, from which the voltage difference is removed;

- семиэлектродные датчики, которые конструируются по принципу двойных четырехэлектродных датчиков. Центральный электрод возбуждается переменным током, который протекает к крайним электродам. Две пары других электродов, измеряющие разность напряжений, размещены попарно между центральным и крайними электродами.- seven-electrode sensors, which are designed according to the principle of double four-electrode sensors. The center electrode is excited by an alternating current that flows to the outermost electrodes. Two pairs of other electrodes measuring the voltage difference are placed in pairs between the central and outer electrodes.

Известен датчик удельной электрической проводимости жидкостей (патент РФ №2707396), предназначенный для измерений удельной электрической проводимости жидкостей при физико-химических исследованиях и контроле технологических процессов.Known sensor for specific electrical conductivity of liquids (RF patent No. 2707396), designed to measure the specific electrical conductivity of liquids during physical and chemical research and control of technological processes.

Датчик включает две пары электродов (два возбуждающих электрода и два измерительных электрода), представляющих собой круглые плоские диски одинаковой площади. Все электроды установлены на наружной поверхности опорного элемента перпендикулярно его оси, опорный элемент представляет собой отрезок трубы, изготовленной из непроводящего материала.The sensor includes two pairs of electrodes (two exciting electrodes and two measuring electrodes), which are circular flat discs of the same area. All electrodes are installed on the outer surface of the support element perpendicular to its axis, the support element is a piece of pipe made of non-conductive material.

Также известен датчик удельной электрической проводимости жидкостей (патент РФ №2482469), который содержит два потенциальных электрода, один из которых снабжен «охранным» электродом. Первый из потенциальных электродов имеет малую площадь и является основным образующим рабочий объем датчика и его геометрическую постоянную в совокупности с межэлектродным расстоянием, а второй съемный потенциальный электрод является основным в формировании однородности электромагнитного поля в рабочем объеме датчика.Also known is the sensor of specific electrical conductivity of liquids (RF patent No. 2482469), which contains two potential electrodes, one of which is equipped with a "guard" electrode. The first of the potential electrodes has a small area and is the main constituent of the working volume of the sensor and its geometric constant in conjunction with the interelectrode distance, and the second removable potential electrode is the main one in the formation of the uniformity of the electromagnetic field in the working volume of the sensor.

Оба известных датчика основаны на контактном методе измерения удельной электрической проводимости жидкостей с характерными приэлектродными процессами, проходящими на границе раздела фаз металл-раствор и оказывающими заметное влияние на результат измерения, что существенно затрудняет прецизионные измерения удельной электрической проводимости при прецизионных измерениях.Both known sensors are based on the contact method for measuring the electrical conductivity of liquids with characteristic near-electrode processes taking place at the metal-solution interface and having a noticeable effect on the measurement result, which significantly complicates precision measurements of electrical conductivity in precision measurements.

Известно устройство для исключения приэлектродных процессов (Primarymethodsforthemeasurementofelectrolyticconductivity, F. Brinkmann, N. Е. Dam, Accreditationand Quality Assurancevolume 8, pages 346-353, 2003), представляющие цилиндр, в котором предусмотрена возможность извлекать центральную секцию, чтобы изменять расстояние между боковыми частями цилиндра, в которых расположены платиновые электроды. Все три части жестко сцепляются в единую конструкцию за счет фланцев, расположенных на концах каждой части.Known device for excluding near-electrode processes (Primarymethodsforthemeasurementofelectrolyticconductivity, F. Brinkmann, N.E.Dam, Accreditation and Quality Assurance volume 8, pages 346-353, 2003), representing a cylinder, which provides the ability to remove the central section in order to change the distance between the lateral parts of the cylinder in which the platinum electrodes are located. All three parts are rigidly coupled into a single structure by means of flanges located at the ends of each part.

Одним из главных недостатков известного устройства является регулярный процесс сборки-разборки для промывки перед каждым измерением, что снижает точность измерений, поскольку невозможно обеспечить две идентичные сборки.One of the main drawbacks of the known device is the regular assembly-disassembly process for washing before each measurement, which reduces the measurement accuracy, since it is impossible to provide two identical assemblies.

Другой недостаток известного устройства заключается в том, что оно работает только в статическом (наливном) режиме, что ограничивает их область применения, не позволяя использовать одну и ту же жидкость, организуя замкнутую систему. Кроме того, на результат измерения удельной электрической проводимости жидкостей оказывает влияние, окружающее ее значимое пространство, обусловливая непредсказуемые искажения электрического поля на границе электродов, тем самым изменяя распределение электрического тока между электродами.Another drawback of the known device is that it operates only in a static (bulk) mode, which limits their scope, not allowing the use of the same liquid, organizing a closed system. In addition, the result of measuring the electrical conductivity of liquids is influenced by the significant space surrounding it, causing unpredictable distortions of the electric field at the boundary of the electrodes, thereby changing the distribution of the electric current between the electrodes.

Таким образом, техническая задача полезной модели заключается в повышении точности измерений и в обеспечении возможностей производить измерения в динамическом (проточном) режиме исследуемой жидкости, и режиме термостатирования, что может быть достигнуто в результате создания устройства, конструктивно обеспечивающего:Thus, the technical task of the utility model is to improve the measurement accuracy and to provide the ability to make measurements in the dynamic (flow) mode of the investigated liquid, and in the thermostatting mode, which can be achieved as a result of creating a device that structurally provides:

- однородность электрического поля в исследуемом объеме;- uniformity of the electric field in the investigated volume;

- минимизацию влияния приэлектродных процессов на измерения удельной электрической проводимости жидкостей;- minimization of the influence of near-electrode processes on measurements of the specific electrical conductivity of liquids;

- осуществление как динамического (проточный), так и статического (наливной) режимы работы датчика.- implementation of both dynamic (flow) and static (bulk) modes of sensor operation.

Техническая задача решена в созданном кондуктометрическом двухэлектродном датчике, включающем две коаксиально расположенные камеры: внутреннюю - измерительную, оснащенную штуцерами для подвода исследуемой жидкости, и внешнюю - термостатирующую, оснащенную штуцерами для подвода термостатирующей жидкости, содержащим измерительный электрод и генераторный электрод. Генераторный электрод размещен на передвижном штоке с микрометрическим винтом с возможностью перемещения относительно измерительного электрода. Датчик также содержит охранный электрод, опоясывающий измерительный электрод, при этом края охранного и измерительного электродов, обращенные друг к другу, завальцованы в направлении от генераторного электрода.The technical problem is solved in the created conductometric two-electrode sensor, which includes two coaxially located chambers: an internal measuring one, equipped with fittings for supplying a test liquid, and an external one - a thermostating one, equipped with fittings for supplying a thermostatic liquid, containing a measuring electrode and a generator electrode. The generator electrode is located on a movable rod with a micrometric screw with the ability to move relative to the measuring electrode. The sensor also contains a guard electrode encircling the measuring electrode, while the edges of the guard and measuring electrodes facing each other are rolled in the direction away from the generator electrode.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в повышении точности измерения удельной электрической проводимости жидкостей, в обеспечении возможностей производить измерения в динамическом режиме исследуемой жидкости и режиме термостатирования.The technical result obtained in the implementation of the claimed utility model consists in increasing the accuracy of measuring the specific electrical conductivity of liquids, in providing the ability to make measurements in the dynamic mode of the investigated liquid and the temperature control mode.

Полезная модель поясняется рисунком 1.The utility model is illustrated in Figure 1.

Датчик конструктивно реализует строение «цилиндр в цилиндре» и представляет собой две камеры, образованные внешним (10) и внутренним (9) цилиндрами. Малый цилиндр образует измерительный объем, в который поступает исследуемый раствор через верхний (5) или нижний (4) штуцера. Внешняя камера, расположенная между внутренним и внешним цилиндрами, предназначена для термостатирования при статичном режиме работы датчика.The sensor constructively implements the "cylinder in a cylinder" structure and consists of two chambers formed by the outer (10) and inner (9) cylinders. The small cylinder forms a measuring volume, into which the test solution enters through the upper (5) or lower (4) choke. The outer chamber, located between the inner and outer cylinders, is designed for temperature control in a static mode of operation of the sensor.

Генераторный электрод (6) раскреплен на передвижном штоке (1) и перемещается внутри измерительного объема относительно измерительного электрода (7), расположенного на нижнем основании (2) и окольцованным «охранным» электродом (8). Расстояние между измерительным и генераторным электродами измеряется микрометром (11). Сам датчик ставится на ножки (12).The generator electrode (6) is fixed on a movable rod (1) and moves inside the measuring volume relative to the measuring electrode (7) located on the lower base (2) and a ringed "guard" electrode (8). The distance between the measuring and generator electrodes is measured with a micrometer (11). The sensor itself is placed on the legs (12).

За счет предложенной конструкции датчика полезная модель может работать в двух режимах:Due to the proposed sensor design, the utility model can operate in two modes:

- в статичном, когда исследуемый раствор заливается в измерительный объем через нижний штуцер. Температурное выравнивание исследуемого раствора обеспечивает внешняя камера, через которую насосом прокачивается термостатирующая жидкость;- in a static state, when the test solution is poured into the measuring volume through the lower fitting. The temperature equalization of the test solution is provided by an external chamber through which a thermostatic liquid is pumped;

- в динамическом, когда исследуемый раствор циркулирует по замкнутой системе с помощью насоса и подается в измерительный объем через нижний штуцер. Температурное выравнивание исследуемого раствора обеспечивает воздушный термостат, в котором размещается датчик.- in dynamic, when the test solution circulates in a closed system with the help of a pump and is supplied to the measuring volume through the lower nozzle. Temperature equalization of the test solution is provided by an air thermostat in which the sensor is located.

На «охранном» электроде поддерживается потенциал, равный потенциалу измерительного электрода, за счет чего достигается однородное электрическое поле внутри измерительного объема, а также минимизируется влияние искажений нелинейности электрического поля на краях электродов и «паразитных» емкостей, образующихся через стенки датчика и термостатирующую жидкость.A potential equal to the potential of the measuring electrode is maintained on the "guard" electrode, due to which a uniform electric field is achieved inside the measuring volume, and the influence of distortions of the nonlinearity of the electric field at the edges of the electrodes and "parasitic" capacities formed through the walls of the sensor and the thermostating fluid is minimized.

При помощи передвижного штока, на котором размещен генераторный электрод, изменяется расстояние между генераторным и «охранным» электродами, что приводит к изменению только собственно сопротивления объема жидкости, заключенного между электродами, а вклад приэлектродных процессов, протекающих на границе раздела фаз (электрод-раствор), остается неизменным. Таким образом, проведя серию измерений при разном положении генераторного электрода, можно оценить влияние приэлектродных процессов, и исключить его при измерениях удельной электрической проводимости.With the help of a movable rod, on which the generator electrode is located, the distance between the generator and the "guard" electrodes changes, which leads to a change only in the resistance of the volume of liquid contained between the electrodes, and the contribution of the near-electrode processes occurring at the phase boundary (electrode-solution) , remains unchanged. Thus, having carried out a series of measurements at different positions of the generator electrode, it is possible to evaluate the influence of near-electrode processes and exclude it when measuring the electrical conductivity.

Claims

A conductometric two-electrode sensor, including two coaxially located chambers: an internal one - measuring one, equipped with fittings for supplying the test liquid, and an external one - thermostating, equipped with fittings for supplying a thermostatic liquid, containing a measuring electrode, a generator electrode placed on a movable rod with a micrometric screw with the ability to move relative to the measuring electrode, characterized in that it contains a guard electrode encircling the measuring electrode, while the edges of the guard and measuring electrodes facing each other are rolled in the direction from the generator electrode.