SU702286A1

SU702286A1 - Apparatus for analyzing salt and electrolyte solutions

Info

Publication number: SU702286A1
Application number: SU762411916A
Authority: SU
Inventors: Никитиа Леонтьевич Колесников; Виталий Александрович Коломенский; Борис Сергеевич Лебедев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5539
Priority date: 1976-10-12
Filing date: 1976-10-12
Publication date: 1979-12-05

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА РАСПЛАВОВ СОЛЕЙ И РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ(54) DEVICE FOR ANALYSIS OF MELTS OF SALTS AND ELECTROLYTE SOLUTIONS

Устройство относитс к области исследовани электрофизических и физико-химических свойств расплавов сопей и растворов электролитов в химической, металлургической, материаловедческой . силикатной, нефтеперерабатывающей , а также в медицине и другихотрасл х нарощюго хоз йства.The device relates to the field of research on the electrophysical and physicochemical properties of sop melts and electrolyte solutions in the chemical, metallurgical, materials science. silicate, oil refining, as well as in medicine and other braces of the economic community.

Известны способы высокочастотного анализа , основанные на измерении параметров резонансного контура, в который включена чейка.Known methods of high-frequency analysis, based on the measurement of the parameters of the resonant circuit, which includes a cell.

Недостатком способов вл етс невысока точность измерени , так как в измерени неизбежно вход т неопределенные параметры самой Измерительной чейки, завис щие от температуры исследуемого расплава.The disadvantage of the methods is the low measurement accuracy, since the measurements inevitably include uncertain parameters of the Measuring cell itself, depending on the temperature of the melt under study.

Наиболее близким техническим решением вл етс устройство, содержащее генератор синусоидального напр жени высокой зондирующей частоты, резонансный чувствительный элемент , коаксиально-цилиндрическую измерительную чейку, электродвигатель, ось которого с помощью эксцентрикового звена соединена с центральным электродом чейки и сообщает ему возвратно-поступательное осевое движение.The closest technical solution is a device containing a high probing frequency sinusoidal voltage generator, a resonant sensing element, a coaxial-cylindrical measuring cell, an electric motor, the axis of which is connected to the central electrode of the cell by means of an eccentric link and gives it a reciprocating axial movement.

усшштель, амплитудный детектор, самописецрегистратор выходного (измерительного) сигнала .Ushshtel, amplitude detector, recorder recorder output (measuring) signal.

Измерение электропроводности производ т в следующей последовательности.The conductivity is measured in the following sequence.

Коаксиально-цилиндрическую чейку опускают в исследуемый расплав (раствор) так, чтобы ее внешний электрод был погружен на 70-90% своей высоты и Оставл ют его неподвижным . Внутренний электрод чейки в процессе измерени совершает возвратно-поступательное движение вдоль своей оси. Раэмах движени центрального электрода h устанавливают так, чтобы нижний конец электрода в процессе измерений оставалс в расплаве (растворе), но не опускалс до нижнего среза внентего электрода .A coaxial cylindrical cell is immersed in the melt (solution) under study so that its external electrode is immersed at 70-90% of its height and leaves it stationary. In the measurement process, the inner electrode of the cell reciprocates along its axis. The rames of motion of the central electrode h are set so that the lower end of the electrode during the measurement process remains in the melt (solution), but does not sink to the lower edge of the outer electrode.

Высокочастотное напр жение от ге1тератора подаетс на резонансный чувствительный элемент и измерительную чейку, где оно благодар возвратно-поступательному движению центрапьного электрода, преобразуетс в амплитудно-моду)7ированное напр жение, затем усиливаетс усилителем , детектируетс амплитудным детектором и рсгистрируетс на диаграммной ленгс регистратором . Недостатками способа вл етс низка точность измерений; низка производительностр.; узкий .диапазон измерений. Г1,ель предлагаемого изобретени -- повьинение точности и достоверности измерений, расши рение диапазона измерений, повьнление произво дительности. Поставленна цель достигаетс в результате введени в измерительную схему дополнительных- блоков: имитатора измерительной чейки, коммутатора, автоматического выбора требуемого подаиапазона измерений, отметки верхнего и нижнего нолюжении центрального элек рода чейки и 1шфропечатан)щего регис1ратора. Иа фиг. 1 изображено предпагае.мое устройство; на фиг. 2 - измерительна коаксиальноцилиндрическа чейка; на фиг. 3 - имитатор измерительной чейки; на фиг. 4 - кривые зависимости сопротивлений. Устройство содержит генератор 1 синусоидального напр жени высокой зондирующей частоты, блок 2 автоматического выбора и вкл чени требуемого пошшапазона измерений, резонансный чувствительньнт элемент 3, коаксиально-цилиндрическую чейку 4 с электродвигателем 5 и блоком 7 дл отметки верхнего и нижнего положений центрального электрода, уеилитель б, амплитудный детектор 8, имитатор 9 измерительной чейки, коммутатор 10, Ешфро печатающий регистратор, состо щий из цифрового вольтметра 11 и цифропечатающего устрой ства 12. Измерительна коаксиально-цилиндрическа чейка (фиг.2) имеет внутренний электрод 13, выполненный в виде круглого стержн , внешний электрод 14 в виде отрезка пустотелого цилиндра. Ячейки погружены в исследуемый расплав 15, : наход щийс : в тигле 16, который помешаетс в электропечь. Имитатор измерительной чейки (фиг. 3) содержит источник синусоидального напр жени и две идентичные электрические имитирующие цепи, включенные навстречу друг другу, имеющие одну общую ветвь, в которую включено известное сопротивление Rg- В каждую элекгрическую , цепь включена нелинейна емкость (но можно использовать магниторезистор) и источник напр жени с противоположной пол р ностью, т.е. ±и. Нелинейна емкость вл етс пропорциональной функцией напр жени измерительного сигналаc(Uj. ), сопротивление этой емкости Х имитирует зависимость сопротивлени измерительной чейки R /Н/ от глубины погружени центрального электрода п расплав (раствор) т.е. H;i фиг. 4 показаны кривые зависимости этих сопротивлений. Формула д.-1 уде;п ной электрической проводимости и имитаторе преоб )азуетс к виду: в обшей цепи имитатора; сопротивление цепей имитатора при нижнем и верхнем положени х центрального электрода измерительной чейки; R. падение напр жени на известном сопротивлении Rg« Xg в общей цепи имитатора; посто нна имитатора измериhRgU тельной чейки (известна ве.чичина). Таким образом, с помощью имитатора результат измерений удельной электрической про80/щмости получают путем измерени напр жени Ди, так как вес другие величины, вход щие в формулу, известны с высокой точностью. В момент измерени сопротивлени Xgy, и Xgg остаютс неизменными, так как нелинейные емкости Cj и С, остаютс зар женными соответственно до напр жений U. и U. Затем Fto окончании измерени и регистрации Ди эти емкости с помощью реле Р,, Pj, Р,, Р по-сигналу с бпока коммутации подключаютс к выходу амплитудного детектора и став тс под напр жением измерительного сигнала U. , а в моменты прохождени центральным электродо.м верхнего и нижнего положений поочередно отключаютс от измерительного сигнала, остава сь зар женными до напр жений и U ,1юка будет произведено измерение Ди. Далее процесс повтор етс , а в промежутки измерени ми Ди регистрируютс термо ЭДС термопары , измер ющей темггературу исследуемого расплава (раствора) и но.мер поддиапазона измерений . Конденсаторы С;, С, и G. С,, соединенные последовательно с С,, предназначены дл сохранени зар да (напр жений U -си последних, в С н С дл получетги требуемой функциональной зависимости: .слис) c,(Uc) R(H) Предлагаемое устройство работает следующим образом. , . Синусоидальное напр жеш1е высокой частоты от генератора 1 подаетс Fia чувствительныйэлемент 3 и измерительную чейку 4, центральный электрод которой с помощью эксцентриKOROio ;iiieir i соел.инси с осью злсктро виотел 5, coo6iuaiotncro ему возвратно-поступательное движение. Сиифазно с движением центрального электрода измен етс электрическое сопротивление измерительной чейки, ногруженной в исслелуемьш расплав (раствор), в результате чего синусоидальное нап1) жение высокой частоты в чувствительном элементе преобразуетс jB амплитудно-модулированное (AM) напр же- ние, которое вл етс измерительным сигналом, так как глубина модул ции при посто нном размахе h возвратно-поступательного движени центрального электрода прогюрциональна удельной электрической проводимости исследуемого распАава (раствора). Лмплитудно-модулированное напр жение измерительного сигнала с выхода чувствительного элемента усиливаетс в усилителе 6, детектируетс амплитудным детектором 8 и в форме огибающей амплитуды поступает в качестве управл ющего напр жени и на имитатор измерительной чейки 9 и в блок 10 коммутации. По уровню управл ющего напр жени измерительного сигнала и сигналов с блока 7 отметки с помощью блоков 10 и 2 определ ета и включаетс в работу требуемый .поддиапазон измерений, а в имитаторе формируетс сопротивление n nnXgu Ru равные (или кратные им) соответственно сопротивлени м чейки при верхнем и нижнем положени х центрального электрода.The high frequency voltage from the generator is supplied to the resonant sensing element and the measuring cell, where, thanks to the reciprocating movement of the center electrode, it is converted into amplitude mode, the voltage is amplified, then amplified by an amplifier, detected by an amplitude detector and detected by the amplitude detector and detected by a meter and by a meter. The disadvantages of the method are low measurement accuracy; low productivity; narrow range of measurements. G1, the spruce of the invention is to improve the accuracy and reliability of measurements, to expand the range of measurements, to increase the productivity. This goal is achieved as a result of the introduction of additional blocks into the measuring circuit: the simulator of the measuring cell, the switch, the automatic selection of the required subrange of measurements, the elevation of the upper and lower numerical values of the central electoral cell, and 1 printed image recorder. FIG. 1 shows the estimated device; in fig. 2 - measuring coaxial-cylindrical cell; in fig. 3 - measuring cell simulator; in fig. 4 - curves of resistance. The device comprises a sinusoidal voltage generator 1 of a high probing frequency, an automatic selection unit 2 and an required measurement range, a resonant sensitive element 3, a coaxial-cylindrical cell 4 with an electric motor 5 and a unit 7 for marking the upper and lower positions of the central electrode, the amplifier b, amplitude detector 8, simulator 9 measuring cell, switch 10, Yeshfro printing recorder, consisting of a digital voltmeter 11 and digital printing device 12. Measuring coax ialno-cylindrical cell (2) has an inner electrode 13 is formed as a round rod, the outer electrode 14 as a hollow cylinder segment. The cells are immersed in the melt under study 15,: located in: the crucible 16, which is interfered with in an electric furnace. The simulator of the measuring cell (Fig. 3) contains a source of sinusoidal voltage and two identical electrical imitation circuits, connected opposite to each other, having one common branch, which includes a known resistance Rg- Non-linear capacitance is included in each electrical circuit (but you can use a magnetoresistor ) and a voltage source with opposite fullness, i.e. ± and. The nonlinear capacitance is proportional to the voltage of the measuring signalc (Uj.), The resistance of this capacitance X simulates the dependence of the resistance of the measuring cell R / H / on the immersion depth of the central electrode and the melt (solution). H; i FIG. 4 shows the curves of these resistances. The formula of d-1 ud; the peak of electrical conductivity and simulator is transformed into the following form: in the total circuit of the simulator; resistance of the simulator at the lower and upper positions of the central electrode of the measuring cell; R. voltage drop on the known resistance Rg & Xg in the common circuit of the simulator; constant of the simulator hRgU telny cell (known ve.chichina). Thus, using a simulator, the result of measurements of the specific electric pro80 / shield is obtained by measuring the voltage Di, since the weight of the other quantities included in the formula is known with high accuracy. At the time of measurement, the resistances Xgy, and Xgg remain unchanged, since the nonlinear capacitances Cj and C remain charged, respectively, to the voltages U. and U. Then Fto finish the measurement and recording of Di these capacitances using the relay P ,, Pj, P, P on the signal from the switching commutator are connected to the output of the amplitude detector and placed under the voltage of the measuring signal U., and at the moments of passing through the central electrode of the upper and lower positions are alternately disconnected from the measuring signal, remaining charged to voltages and U, 1yuka bu Di measurement is made. Next, the process is repeated, and the thermo EMF of the thermocouple measuring the temperature of the investigated melt (solution) and new measurement subbands are recorded in the intervals by measurements of Dee. Capacitors C ;, C, and G. C, connected in series with C, are designed to preserve the charge (the voltages U are the last, in C and C for obtaining the required functional dependence: s) c, (Uc) R (H) The proposed device works as follows. , A high-frequency sinusoidal voltage from generator 1 is fed by a Fia sensitive element 3 and a measuring cell 4, the central electrode of which is eccentric KOROio; iiieir i co.insi with the axis of the mirror viral 5, coo 6iuaiotncro reciprocating it. With the movement of the central electrode, the electrical resistance of the measuring cell discharged into the melt (solution) changes, resulting in a sinusoidal voltage of a high frequency in the sensing element, which transforms the jB amplitude modulated (AM) voltage, which is the measuring signal , since the modulation depth at a constant range h of the reciprocating motion of the central electrode is progressed with the specific electrical conductivity of the studied decay (solution). The amplitude modulated voltage of the measuring signal from the output of the sensing element is amplified in amplifier 6, detected by an amplitude detector 8, and in the form of an amplitude envelope enters the control voltage on both the simulator of the measuring cell 9 and the switching unit 10. According to the level of the control voltage of the measuring signal and the signals from block 7, the required subrange of measurements is put into operation using blocks 10 and 2, and the resistance n nnXgu Ru equal (or multiples of them), respectively, of the cell, is formed in the simulator upper and lower positions of the central electrode.

В имитаторе измерительной чейки измерительный сигнал и преобразуетс в напр жение ли, которое измер етс цифровым вольтМетром 11 и печатаетс на бумажной ленте цифропечатающего устройства 12. В каждом цикле измерени в одной строке (столбце) печатаютс три числа: Ди, Е и п, где Е - термо-ЭДС термопары, измер ющий температуру расплава / (раствора) в момент измерени электропроводности , п - номер поддиапазона измерений, на котором работает устройство в данный момент.In the measuring cell simulator, the measuring signal is converted to a voltage, which is measured by a digital voltmeter 11 and printed on a paper tape of a digital printer 12. Three numbers are printed in one row (column): Di, E and p, where E - thermo-emf of a thermocouple, measuring the temperature of the melt / (solution) at the time of measuring the conductivity, n is the number of the measurement subrange on which the device is currently operating.

Из формулы следует, что если посто нна имитатора измерительной чейки а, - I, что легко достигаетс соответствующим выбором величин h, .з, то измеренное значение дУ, выраженное в вольтах, численно равно удельной электрической проводимости, выраженной в ед;1ницах Сим/м. Так, например при а 250, h 5 мм. Р.а 20 ом и и 2,5 В, получаем а, - 1..It follows from the formula that if the constant of the measurement cell simulator a, is I, which is easily achieved by an appropriate choice of the values of h, з, then the measured value of the remote control, expressed in volts, is numerically equal to the specific electrical conductivity, expressed in units; 1 Sims / m . So, for example, when a 250, h 5 mm. R. a 20 ohm and 2.5 V, we get a, - 1 ..

Однако, соотношение 5 Ди имеет место только на основном поддиапазоне измерений, когда Х(; R. На других iioiuwana3OHax измерений Х , поэтому результат измерений в общем случае будет равен 5 - , гдеHowever, the 5 Dee ratio takes place only on the main measurement range, when X (;; On the other iioiuwana3OHax measurements of X, therefore the measurement result in the general case will be equal to 5 -, where

т RH -CC) есть коэффициент кратности поддиапазона измерений п, егоt RH -CC) is the coefficient of the multiplicity of the measurement range n, its

значение известно дл каждого поддиапазона измерений.the value is known for each measurement subrange.

Таким образом, в общем случае формула дл 6 принимает вид:Thus, in the general case, the formula for 6 takes the form:

(r.v.a,,(r.v.a ,,

где j , - коэффициент поддиапазонаwhere j, is the subrange factor

измерений, его численное значение известно .measurements, its numerical value is known.

Расчет коэффициентов кратности m произ- . водитс по градуировочным графикам U(...(Ry, которые снимаютс дл каждого поддиапазона измерений при вводе устройства в экстшуата Calculation of multiplicity factors m pro-. is carried out on the calibration graphs U (... (Ry, which are taken for each measurement subband when the device is entered into the

Следует заметить, что устройство успеилю работает при любых значени х а, f 1 и гп.It should be noted that the device has time to work at any values of a, f 1 and rn.

Устройство, раз отградуированное при изготовлении , более не нуждаетс в градуировке его эталонными расплавами (растворами) перед началом эксперимента.The device, once calibrated during manufacture, no longer needs to be calibrated with its reference melts (solutions) before the start of the experiment.

Положительным эффектом вл ютс также высока точность измерений, котора обеспечиваетс в результате применени имитатора измерительной чейки с цифропсчатающим регистратором , широкий диапазон измерений, охватывающий несколько пор дков измер емой величины от до Сим/м, возможность непрерывных измерений, высока производительность , возможность получени температур-. ной зависимости исследуемого параметра.A positive effect is also a high measurement accuracy, which is provided as a result of using a measuring cell simulator with a digital recorder, a wide range of measurements, covering several orders of the measured value from to Sim / m, the possibility of continuous measurements, high performance, the possibility of obtaining temperatures. dependence of the studied parameter.

Claims

Invention Formula

A device for analyzing molten salts and electrolyte solutions, containing a series-connected high-frequency sinusoidal voltage generator, a resonant sensing element with a coaxial-cylindrical measuring cell, equipped with an electrode that performs a reciprocating motion, an electric motor whose axis is connected to an electrode, an amplifier, amplitude The detector, the recording recorder of the measuring signal, is characterized in that, in order to improve the measurement performance, the measurement range, increased production, a simulator of a measuring cell and a digital printing recorder were additionally introduced into it, the input of the first of them connected to the amplitude detector, and the output - with a digital recording recorder, the upper and lower positions of the central electrode, connected to the axis of the electric motor, switch, input which is connected to the block of the mark and amplitude de1, 702286. , eight

tector, and the output is with a simulator measuring the required half-range of measurements, the output of a kotonoy cell, a digital printing device and an automatic selection and activation unit

pogo connected with rez11ansn (, um sensitive element.

1stri {

Em

4 W

//

ab

/

about

/

v

/

. e

Og

/

CS /

7 ":

Mind

So fifrt cpm epr

TO.