SU1000882A1 - Устройство измерени электрохимического потенциала ионов в растворах - Google Patents

Description

(5) УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ИОНОВ В РАСТВОРАХ

Изобретение относитс  к измерени м электрохимического потенциала в ионометрии и посто нных напр жений от источников с высоким внутренним сопротивлением. Известно устройство измерени  электрохимического потенциала в раст ворах (рН-метр), в котором в качестве входного усилител  с высоким вход ным сопротивлением дл  согласовани  с внутренним сопротивлением первичных преобразователей использован дифференциальный операционный усилитель (ДОУ) в неинвертирующем включении Ci Наиболее близким техническим реше i нием к предлагаемому  вл етс  устройство измерени  электрохимического потенциала ионов в растворах, содержа цее измерительную  чейку с (буферным раствором, электрод сравнени , подключенный к общей шине устройства, измерительный электрод и высокоомный согласователь, соединенный с регистрирующим устройством t2. Нар ду с высокой надежностью, дешевизной и малыми габаритами известные устройства измерени  электрохимического потенциала, выполненные на базе ДОУ в неинвертирующем включении, внос т в измер емое значение электрохимического потенциала (ЭП) следующие существенные погрешности: вызванную временным и температурным дрейфами напр жени , на входе ДОУ, начальным смещением нул  на выходе устройства, обусловленную изменением во времени наклона калибровочной пр мой (зависимости выходного напр жени  ДОУ от . измер емого ЭП), вызванную соизмеримостью входного сопротивлени  ДОУ в неинвертирующем включении.и внутреннего сопротивлени  первичных преобразователей и обусловленную разбалансом входных токов ДОУ при работе с источниками ЭДС, обладающими высоким внутренним сопротивлением.

Цель изобретени  г повышение точности измереним:электрохимического потенциала ионов в растворе.

Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство измерени  электрохимического потенциала ионов в растворах , содержащее и змерительную  чей ку с буферным раствором, электрод сравнени , подключенный к общей шине устройства, измерительный электрод и высокоомный согласователь, соединенный с регистрирующим устройством , дополнительно содержит источник опорного калибровочного напр жени , коммутатор и резисторы, причем выход коммутатора соединен с входом высокоомного согласовател , а контакты коммутатора соединены первый с измерительным электродом, остальные - с общей шиной устройства второй - непосредственно, третий через резистор, четвертый - через источник опорного калибровочного напр жени , а п тый - через последовательно соединенные резистор и источник опорного калибровочного напр жени .

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства измерени  электрохимического потенциала ионов в растворах; на фиг. 2 - эквивалентна  схема;,на фиг. 3-5 графики, по сн ющие работу предлагаемого устройства .

Устройство содержит измерительную  чейку с буферным раствором 1, электрод 2 сравнени , подключенный к общей шине устройства, иизмерительный (индикаторный) электрод 3 (имеющий внутреннее сопротивление Rg), подключенный к входу коммутатора k. Выход коммутатора k подсоединен к высокоомиому согласователю (ВС) 5 построенному по схеме ДОУ в неинвертирующем включении, выход которого соединен с регистрирующим устройством 6, источник 7 опорного калибровочного напр жени  о

Внутреннее устройство коммутатора А выгл дит таким образом. Через первый контакт 8 коммутатора индикаторный электрод подключаетс  на выход коммутатора. С помощью второго контакта 9 коммутатора его выход подключаетс  к общей шине устройства Через третий контакт 10 выход коммутатора подсоедин етс  к общей шине через сопротивление 11. При замыкании четвертого контакта 12 на

ВЫХОД коммутатора подключаетс  источник 7 опорного калибровочного на пр жени , а при замыкании п того контакта 13 - источник 7 опорного калибровочного напр жени  через аналогичное указанному ранее сопротивление I.

Устройство работает следующим образом .

При измерении непосредственно

(контакт 8 замкнут, а контакты 9, Ю, 12, 13 разомкнуты) измеренный потенциал V (символ относитс  к потенциалам , полученным в результате непосредственного измерени  выгл дит

S так (дл  упрощени  записи можно считать без ограничени  общности рассуждени , что коэффициент передачи ВС по напр жению о.авен единице) :

)4,,,,v:A

41) реальное значение ЭП;

V-i

где

ytfT

значение ЭДС темпераАР турного и временного дрейфа, медленно мен ющеес  во времени;

.см, начальное смещение нул  на выходе ВС; ЛУк(У) погрешность измерени  ЭП, вызванна  изменением наклона калибровочной пр мой и завис ща  от. величины

ДУ,

погрешность измерени 

ЗП, вызванна  соизмеримостью внутреннего сопротивлени  измерительного электрода R, и входного сопротивлени  ВС - R

заВС

вис ща  также от величины V, причем завитН

симость ее от V и Rg можно считать пр мопропорциональной , что можно доказать из рассмотрени  делител  напр жени , составленного из Ra и Rgj. (фиг, 2)

Rg + RgJ.

Ra

(V - изм) ъ -

&v.

Ov

Так как в реальных услови х измерени  ЭП Rj« RBC 4i3M рассмотренного частного случа  с точностью до равно V дл  нашего общего рассмотрени , то AV / -И--ЛУр f ВСЭ во Это справедливо при V AVp , а при их соизмеримости uVp, Rm. « т.е. практически равна ну лю, дур - погрешность, вызванна  разбалансом входных токов ДОУ при работе с высокоомным источником сиг нала, т.е. в нашем случае от R UVRj Л -Rj(3 где Л - посто нна  величина, определ ема  параметрами непосредственно ДОУ. . Затем провод тс  четыре дополнительных измерени , причем непосредственно за исходным измерением во времени, чтобы можно было считать значени  временного и температурног дрейфов и начального смещени  одинаковыми дл  всех п ти измерений, так как все три эти величины во вре мени практически не мен ютс , если врем  проведени  всех п ти измерений незначительно. При замкнутом контакте 9 и остальных разомкнутых контактах получаем на выходу ВС напр жение V , так как в этом случае все остальные типы погрешностей,указанных в (1) превращаютс  в нуль.; При замкнутом контакте 10 и остальных разомкнутых контактах получаем на выходе ВС напр жение V см +V.. 4ДУ так как R R в данном случае. При проведении измерени  дл  зам нутого контакта 12 при разомкнутых остальных контактах получаем значение напр жени  /4 (Чн, счита  внутреннее сопротивление источника калибровочного напр жени  RH j нулевым, так как практически Rg RH (реальные значени  сопротивлений R j( 1 составл ют единицы Ом, значени  же сопротивлений Rj лежат в пределах от единиц мегаом до гигаома). Дл  последнего дополнительного и меоени  при замкнутом контакте 13 ( 2 24 и при разомкнутых остальных контактах имеем .VKJ.V (11 После прдведеьи  измерений производитс  расчет погрешностей. . Из величи 1Ы V вычитаем величину V (k) и (5) и получаем значение AVjj, Учитыва  линейную зависимость погpeшнoctи от значени  R (3), строим график дУр A.J.- Rj (фиг. 3), где А имеет посто нное дл  данного ВС значение и может быть обоих знаков. Зна  паспортное значение R, из графика легко определ етс  погрешность дл  конкретного измерительного электрода . Затем проводим следующую математическую операцию V - V - juVp (6) и (7) и находим ДУ ,иц,уц„ Учитыва  линейную зависимость погрешности от Rj. (2), определ ем величину uVR,Rgj,,VKH -Зна , что значение погрешности зависит линейно от V (2) и использу  найденное значение Рои график зависимости Кз,, А2 V (фиг. ), где А,. - посто нна  величина, завис ща  от Rg и RBJV. По измеренному У из графика определ етс  соответственное значение ЛУр R V. Дл  определени  значени  погрешности ДУц(У) проводим следующую математическую операцию yj - и находим значение 4Уц(У« f), Строим график ДУц(У) (фиг. 5) в линейном приблих ении, что оправдано тем, что зависимость УВЫХ (в;с) линейна дл  современных ДОУ с высокой точностью . Значение ДУ(У) может быть как положительным, так и отрицательным . Затем из графика по значению У находим ДУ(У) . , Дл  определени  непосредственного реального значени  ЭП У рассмотрим выражение (1). Отсюда . )-.,.. Использу  выражение С), а таюче найденные из графиков значени  остальных погрешностей, определ ем У. Предлагаемое устройство позвол ет учесть все основные типы погрешностей при данном измерении, т.е. повысить точность измерени  ЭП, и, кроме того, дает возможность облег ,чить требовани  к входным согласующим устройствам, выполненным на базе ;ДОУ, по таким важным параметрам, как входное сопротивление, разбаланс входных токов, приведенные йк входу температурный и временной дрейфы ДОУ по напр жению. Поскольку погрешности рассчитываютс  дл  любого паспортного значени  R«, то устройство обеспечивает повышение точности показаний дл  любого типа измерительно го электрода. Предлагаемое устройство легко автоматизировать , добавив вычислительную машину, позвол ющую рассчитывать погрешности, оперативно управл ть коммутатором и пор дком проведени  измерений. Поэтому применение ЭВМ по зволит дать качественно лучший резул

тат при учете погрешностей устройства , вызванных температурным и временным дрейфами выходного напр жени  предлагаемого устройства.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Устройство измерени  электрохимического потенциала ионов в растворах.

   пр жени , а п тый - через последовательно соединенные резистр и источник опорного калибровочного напр жени .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1, Патент Франции № 222751 8, кл. G 01 N 27/56, опублик. Э7.
2. 2. Патент Франции N 2 410275, кл. G .01 N 27/ 56, опублик. 1978 (прототип).

   гЧ

   КЗ

   фс/зЛ содержащее измерительную  чейку с буферным раствором, электрод сравнени , подключенный к общей шине устройства, измерительный э тектрод и высокоомный согласователь, соединенный с регистрирующим устройством, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерений , оно дополнительно содержит источник опорного калибровочного напр жени , коммутатор и резисторы, причем выход коммутатора соединен с входом высокоомного согласовател , а контакты коммутатора соединены первый с. измерительным электродом, остальные - с общей шиной устройства, второй - непосредственно, третий через резистор, четвертый - через источник опорного калибровочного наГ

   Ууум

   фие.З

   фиг.г

   fff.sc.y

   фиг. (У)

   )

   AyHfVff.v.} VfffV,)

   фцг.5