SU746269A1

SU746269A1 - Apparatus for analysis of salt melt and electrolyte solutions

Info

Publication number: SU746269A1
Application number: SU772548616A
Authority: SU
Inventors: Никита Леонтьевич Колесников; Николай Иванович Исаев; Борис Сергеевич Лебедев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5539
Priority date: 1977-11-25
Filing date: 1977-11-25
Publication date: 1980-07-07

Description

Изобретение относится к области физикохимического анализа, в частности к области высокочастотной кондуктометрии, и может быть использовано для физико-химического анализа расплавов в химической, металлургической, материаловедческой, силикатной и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to the field of physicochemical analysis, in particular to the field of high-frequency conductometry, and can be used for physicochemical analysis of melts in the chemical, metallurgical, materials science, silicate and other sectors of the economy.

Известны устройства для физико-химического анализа расплавов и растворов электролитов, работающие по принципу Куметра (Q-метра) и использующие резонансные чувствительные элементы, выполненные в виде параллельных и последовательных колебательных контуров [ 1 ].Known devices for the physico-chemical analysis of melts and electrolyte solutions, operating on the principle of a Qumetr (Q-meter) and using resonant sensitive elements made in the form of parallel and sequential oscillatory circuits [1].

Наиболее близким техническим решением является устройство, содержащее генератор синусоидального напряжения высокой частоты, резонансный чувствительный элемент, измерительную ячейку й регистратор измерительного сигнала (2 J.The closest technical solution is a device containing a high frequency sinusoidal voltage generator, a resonant sensitive element, a measuring cell and a measuring signal recorder (2 J.

Напряжение высокой частоты от генератора через разделительное сопротивление R подается на постоянное малое сопротивление Ro, включенное последовательно с катушкой индуктивности a_R контура. Падение напряжения на со2 противлении R_o возбуждает электромагнитные колебания в чувствительном элементе и в измерительной ячейке, соединенной параллельно с емкостью контура С_к- Потери электромагнитной энергии в исследуемом расплаве вносятся в чувствительный элемент, его добротность Q уменьшается, следовательно, измерительный сигнал U_c, снимаемый с контура, соответственно, уменьшается.The high-frequency voltage from the generator through the isolation resistance R is supplied to a constant low resistance Ro, connected in series with the inductor a _{R of the} circuit. The voltage drop across the resistance R _o induces electromagnetic oscillations in the sensitive element and in the measuring cell connected in parallel with the capacitance of the circuit C _to - Losses of electromagnetic energy in the studied melt are introduced into the sensitive element, its quality factor Q decreases, therefore, the measurement signal U _c with the contour, respectively, decreases.

Таким образом, напряжение выходного (измерительного) сигнала U_c является функцией измеряемой электропроводности U_c=f(o) или сопротивления измерительной ячейки U_c=<p(Rq ) Зная заранее первичную функциональную зависимость U_c=f(o) или и_с=а(Р_я), которая снимается при градуировке устройства перед экспериментом по эталонным расплавам с известной о_э или по эталонным сопротивлениям Rg^ , определяют искомую электропроводность σ по величине U_c и градуировочному графику 5=a/R_H, где а. - постоянная измерительной ячейки, известная величина.Thus, the voltage of the output (measuring) signal U _c is a function of the measured conductivity U _c = f (o) or the resistance of the measuring cell U _c = <p (Rq) Knowing in advance the primary functional dependence of U _c = f (o) or and _with = a (P _i ), which is removed during the calibration of the device before the experiment on reference melts with a known about _e or reference resistance Rg ^, determine the desired electrical conductivity σ by the value of U _c and the calibration curve 5 = a / R _H , where a. is the constant of the measuring cell, a known quantity.

Недостатком устройства является низкая точность измерений на верхнем пределе измере3 ний, т.е. при σ ⁰⁰ ;R^ -* 0; верхний предел измерений ограничен и далеко не охватывает значений электропроводности расплавов солей ' При высоких температурах.The disadvantage of this device is the low accuracy of measurements at the upper limit of measurements, i.e. at σ ⁰⁰ ; R ^ - * 0; the upper limit of measurements is limited and far does not cover the values of the electrical conductivity of molten salts' At high temperatures.

Цель изобретения — повышение точности измерений и расширение предела измерений.The purpose of the invention is improving the accuracy of measurements and expanding the limit of measurements.

Поставленная цель достигается тем, что измерительная ячейка включена параллельно активному элементу колебательного контура. При таком способе соединения ячейки с резонансным чувствительным элементом добротность йе зависит от электропроводности исследуемого расплава (раствора), процессе эксперимента остается постоянной, равной первоначальному значению Q>Qo· Однако теперь выходной (измерительный) сигнал функционально связан с измеряемой электропроводностью через амплитуду ЭДС, возбуждающую электромагнитные колебания в резонансном чувствительном элементе. Измерительную информацию, как и в прототипе, получают по ’вели’мне амплитуды выходного сигнала U_c с помощью градуировочного графика U_?=f (σ) или U_c = <p(R_a).This goal is achieved by the fact that the measuring cell is connected parallel to the active element of the oscillatory circuit. With this method of connecting the cell to the resonant sensitive element, the quality factor е depends on the electrical conductivity of the melt (solution) under study, the experimental process remains constant equal to the initial value Q> Qo · However, now the output (measuring) signal is functionally related to the measured electrical conductivity through the EMF amplitude, which excites electromagnetic vibrations in a resonant sensitive element. Measuring information, as in the prototype, is obtained by 'measuring' the amplitude of the output signal U _c using the calibration curve U _? = f (σ) or U _c = <p (R _a ).

На фиг. 1 и 2 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 3 — градуировочный график.In FIG. 1 and 2 shows a functional diagram of the device; in FIG. 3 - calibration chart.

Схема' содержит последовательно соединенные генератор 1 синусоидального напряжения высокой частоты и резонансный чувствительный элемент 2, измерительную ячейку З. соединен‘^ч^“'*^:йу®''параплельно активному сопротивлению Ro, “ ’W _с катушкой индуктивности L_R резонансного чувствительного ’ элемента, являющемуся одновременно частьюThe circuit 'contains a series-connected high-frequency sinusoidal voltage generator 1 and a resonant sensing element 2, measuring cell Z. is connected to' ^h ^ “'* ^: yu®''parayelo active resistance Ro,“' W _{with an} inductor L _{R of the} resonant sensitive 'element being part of

- нагрузки генератора 1 и внутренним сбпротив-’ лениеМ источника ЭДС. для резонансного ЧЭ, регистратор 4 измерительного сигнала, соеди.......пенный параллельно чувствительному элементу.- the load of the generator 1 and the internal resistance of the EMF source. for resonant SE, the recorder 4 measuring signal, connected ....... foam parallel to the sensitive element.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Синусоидальное напряжение высокой частоты от генератора 1 через разделительное сопротивление R подается на постоянное омическое сопротивление R, включенное последовательно с катушкой индуктивности 1^ чувствительного элемента. Падение напряжения на сопротивлении Ro возбуждает электромагнитные колебания в чувствительном элементе и таким образом является источником ЭДС , для чувствительного элемента, а сопротивление Ro ¹ внутренним сопротивлением этого источника.A high frequency sinusoidal voltage from the generator 1 is supplied through the isolation resistance R to a constant ohmic resistance R, connected in series with the inductor 1 ^ of the sensing element. The voltage drop across the resistance Ro excites electromagnetic oscillations in the sensing element and is thus an EMF source for the sensitive element, and resistance Ro ^{1 is the} internal resistance of this source.

Измерительная ячейка 3 соединенапараллельно с источником ЭДС, т.е. параллельное сопротивлением Ro, поэтому общее сопротивление источника ЭДС оказывается переменным, зависящим от измерительной ячейки Rq , т.е. зависящим от электропроводности исследуемого .746269 -4 расплава и представляется следующей зависимостью:The measuring cell 3 is connected in parallel with the emf source, i.e. parallel to the resistance Ro, therefore, the total resistance of the emf source turns out to be variable, depending on the measuring cell Rq, i.e. depending on the electrical conductivity of the investigated .746269 -4 melt and seems to be the following dependence:

Ro · R 4 r = -----* , * Ro+Rfl, (1) гдеRo · R 4 r = ----- *, * Ro + Rfl, (1) where

R_{o s} — общее внутренее сопротивление источника ЭДС;R _os is the total internal resistance of the emf source;

R^a/σ — сопротивление измерительной ячейки;R ^ a / σ is the resistance of the measuring cell;

' ct - постоянная ячейки.'ct is the cell constant.

В данном случае амплитуда ЭДС равна амплитуде падения высокочастотного напряжения на сопротивлении R_0£ при протекании через него высокочастотного тока постоянной амплитуды J_o, определяемой большим сопротивлением R»R₀ £ _>поэтому она имеет точно такую же функциональную зависимость от электропроводности расплава (раствора), какую имеет R_o^In this case, the amplitude of the EMF is equal to the amplitude of the high-frequency voltage drop across the resistance R _{0 £} when a high-frequency current of constant amplitude J _o flows through it, determined by the large resistance R »R ₀ £ _> therefore it has exactly the same functional dependence on the electrical conductivity of the melt (solution), which has R _o ^

т.е.those.

t = j₀‘R_0£ = f(<y) U_c= VOo = Qof(6) (2) (3)t = j ₀ 'R _{0 £} = f (<y) U _c = VOo = Qof (6) (2) (3)

Очевидно, что выходной сигнал U_c являет· Измерительным сигналом, имеет такую же ся функциональную зависимость от измеряемой ³ электропроводности, как и R_Og(Rg), е (σ). Добротность Оо остается постоянной при выполнении условия R_o « R_o, где R_a - активное сопротивление катушки индуктивности контура. Условие это легко выполнимо. Измерительную информацию получают по _ записи измерительного сигнала U_c с помощью градуировочного графика, приведенного на фиг. 3.Obviously, the output signal U _c is a measuring signal; it has the same functional dependence on the measured ³ conductivity as R _O g (Rg), е (σ). The quality factor Oo remains constant under the condition R _o «R _o , where R _a is the active resistance of the loop inductance. This condition is easily satisfied. The measurement information is obtained by recording the measurement signal U _c using the calibration curve shown in FIG. 3.

Положительными эффектами устройства являются высокая точность измерений и расширение предела измерений.Positive effects of the device are high measurement accuracy and the expansion of the measurement range.

Claims

The invention relates to the field of physicochemical analysis, in particular to the field of high-frequency conductometry, and can be used for the physico-chemical analysis of melts in the chemical, metallurgical, materials science, silicate and other branches of the national economy. Apparatus for physicochemical analysis of melts and electrolyte solutions are known, operating according to the Cumeter principle (O-meter and using resonant sensing elements made in the form of parallel and sequential oscillatory circuits 1) The closest technical solution is a device containing a high-frequency sinusoidal voltage generator , a resonant sensing element, a measuring cell and a measuring signal recorder 121. The high-frequency voltage from the generator through time e; 1 The specific resistance R is applied to a constant small resistance of the RO connected in series with the inductor in the loop. The voltage drop across the resistance of the RO excites electromagnetic oscillations in the sensing element and in the measuring cell connected in parallel with the capacitance of the circuit C. The loss of electromagnetic energy in the melt under study are introduced into the sensitive element, its Q-factor Q is reduced, therefore, the measuring signal Ug taken from the contour, respectively, decreases. Thus, the voltage of the output (measuring) signal U, is a function of the measured electrical conductivity (a) or the resistance of the measuring cell U (,. (R5) This is known first) the functional dependence (d or (Rd), which is removed during the grading prior to the experiment, the required electrical conductivity and the U value and the calibration curve, where a is a constant measuring cell, is known by reference to a reference melt with a known a, j or reference resistance, where a is a constant measuring cell, a known value. the measurement accuracy at the upper limit of the imNeRII, i.e. with a °°; R is 0; the upper measurement domain is limited and does not cover the electrical conductivity values of molten salts at high temperatures. The purpose of the invention is to increase the measurement accuracy and extend the measurement limit. achieved by the fact that the measuring cell is connected in parallel with the active element of the oscillating circuit. With this method of connecting the cell with a resonant sensitive element, the Q-factor of the cell is 1 GyW; of the investigated melt (solution), fffi yrbcössse eq: spro ry Jonta oigSet Pbsgoynna, equal to the initial value (. However, now the output (measuring) signal is functionally connected with the measured electrical conductivity through the amplitude of the EMF, which excites electromagnetic oscillations in the resonant Sensing element. The measuring information, as in the prototype, is obtained by the amplitude of the output signal and by means of a calibration curve (o) or Uc (Ra). In FIG. 1 and 2 shows a functional diagram of the device; in fig. 3 - grad-irovoty schedule .-. The circuit contains a series of high-frequency sinusoidal voltage generator 1 and a resonant sensing element 2, measuring cell 3, connected to 11 one of the most active resistance RO, sequentially connected to the inductance coil Lj of the sensitive electric scale, the application of the application, the application of the application, the application of the application, the application, the application, the application, the application of the application, the application of the application, the application of the application of the application of the device, in series with the inductance coil ;, -; generator 1 and the internal resistance of the source of the resonant SE, the recorder 4 measuring signal, connect 7 non-parallel parallel to the sensing element. The device works as follows. The voltage across the high frequency from the generator 1 through the separation resistance I is applied to a constant ohmic resistance R connected in series with the inductance Ts of the sensing element. The voltage drop across the resistance of the RO excites the electromagnet Hbie oscillations in the following: 11E1 element and thus is the source of the EMF for the sensitive element, and the resistance RO is the internal resistance of this source. The measuring cell 3 is connected parallel to the source of the EMF, i.e. parallel with resistance RO, therefore the total resistance of the EMF source is variable, depending on the measuring cell R, i.e. Depend on the electrical system of the melt under study and is represented by the following relationship: RO 5 - total internal resistance to the emf; - resistance of measuring a - constant cell. In this case, the amplitude of the EMF is equal to the amplitude of the fall of the high-frequency 19 across a short-circuit RO when the high-frequency current of a constant amplitude Jo flowing through it, determined by the resistance, therefore it has exactly the same functional dependence on the conductivity of the melt (solution) as RO has. e. JoRo f () V QO It is obvious that the output signal U is a Measuring signal, has the same Functional dependence on the measured conductivity as Ro (Rg), e (a). The quality factor QO remains constant when the condition RQ "R is fulfilled, where R is the active resistance of the inductance of the loop inductance. This condition is easily accomplished. Measurement information is obtained by recording the measurement signal U- using the calibration curve shown in FIG. 3. The positive effects of the device are high measurement accuracy and extension of the measurement limit. Claims of the Invention A device for analyzing molten salts and electrolyte solutions, comprising a high-frequency generator connected to an oscillating circuit, a measuring cell, an IB included oscillating circuit, a recorder, so as to improve the measurement accuracy; expanding the measurement limits, the measuring cell is connected in parallel with the active element of the oscillating circuit. Sources of information accepted in BHHMaiffle during examination 1. Zarinsky 8. A. and Ermakov V. I. High-frequency chemical analysis. M., 1970, p. 47-56.

2. Alekseev N. G. and others. The use of electronic devices and circuits in the physico-chemical study. M., 1961, p. 76 (prototype).

Uz.i