§2. Бесконтактная кондуктометрия

1. Бесконтактная низкочастотная кондуктометрия

(Метод жидкостного витка или трансформаторный метод)

Все промышленные приборы работают в диапазоне 10^-6  1 [Сим/см]

Т ₁ – питающий трансформатор

Т₂ – измерительный трансформатор

* - изготавливается из пластика, заполняется анализируемой средой.

Напряжение питания подается через Т₁ на жидкостной виток, который является вторичной обмоткой первого трансформатора и первичной второго.

При изменении электропроводности происходит изменение тока в жидкостном витке и магнитного потока в Т₂. Это приводит к появлению во вторичной обмотке трансформатора Т₂ ЭДС.

Рабочая частота 6 кГц.

: отсутствие контакта с анализируемой средой.

Недостаток: а) подверженность влиянию магнитных полей промышленной частоты (50Гц)

б) невозможность измерения при высоких температурах.

2. Бесконтактная высокочастотная кондуктометрия

Основана на взаимодействии электромагнитного поля высокой частоты (от 1 до 100 МГц) с веществом, изолированным от систем электродов.

1 ) Кондуктометр с емкостными ячейками (С-ячейки)

Представляет собой конденсатор с многослойным диэлектриком.

1 – металлические кольцевые электроды

2 – трубка из диэлектрика

3 – рабочая полость

Электрическая модель ячейки:

С ₁^’ – емкость, обусловленная диэлектрическими свойствами стенки ячейки;

R₁^’ – активные потери в материале стенки ячейки

С₂ – емкость, обусловленная диэлектрическими свойствами анализируемой среды

 – электропроводность анализируемой среды

С_кр – краевая емкость, обусловлена тем, что силовые поля идут вне рабочей части.

При измерении электропроводности высокочастотным методом она измеряется не прямо, а путем определения комплексного сопротивления емкостной ячейки и его сопротивления.

Y_я = G_p + jB_p – комплексная проводимость; G_р – активная составляющая полной проводимости ячейки; В_р – реактивная составляющая.

В зависимости от того, какая составляющая измеряется, различают три способа:

1) Q – метрический способ (G_р = ()); Q – показатель добротности.

В случае Q – метрического способа необходима компенсация реактивной составляющей (В_р=0)  этот способ – компенсационный, обладает высокой точностью и очень высокой чувствительностью в области малой электропроводности.

Н едостаток: наличие экстремума на зависимости G_р = ().

Измерительные ячейки включаются в схему, и чаще всего для этой цели используются контурные измерительные схемы, или схемы с колебательным контуром.

И змерительная схема.

I₀ = const при z_i >> R_p

ГВЧ – генератор высокой частоты

z_i – сопротивление связи

L – индуктивность

g – активные потери в измерительной схеме

ЕИЯ – емкостная измерительная ячейка

Э Н – элемент настройки колебательного контура

R_p – активное сопротивление колебательного контура в момент резонанса

В случае Q – метрического способа при каждом новом значении схема настраивается в резонанс с помощью элемента настройки.

2 ) Емкостной способ (определение реактивной составляющей).

С_э = В_р

Отсчет показаний ведется по шкале ЭН

: а) отсутствие экстремума на статической характеристике

б) достаточно высокая точность измерения

Недостатки: а) необходимость выполнения ручных операций для настройки в случае лабораторных приборов

б) достаточно сложная схема настройки промышленных приборов.

3) Z – метрический способ

С пособ измерения полного сопротивления или полной проводимости емкостной ячейки.

|Z| = f ()

; Y = Y_я + Y_ис (Y_ис – полная проводимость самой схемы)

Вид кривой зависит от настройки

: а) нет системы компенсации реактивной составляющей (метод прямого измерения)

б) простота, стоимость ниже

Недостаток: меньшая точность измерения, чем у Q – метрического и емкостного.

Факторы, влияющие на точность измерения

1 ) Аномальная дисперсия диэлектрической проницаемости. Этот фактор учитывается при выборе частоты измерений [Гц]

₀ – частота на постоянном токе

_ - для очень высокой частоты

В области I диполи воды успевают ориентироваться при изменении частоты

Область III – область аномальной дисперсии ; диполи не успевают ориентироваться при изменении частоты.

Z.B. Выбор частоты: для чистой воды f = 1,8 ГГц

2) Условия квазистационарности.

З аключаются в том, чтобы эффективные размеры емкостной измерительной ячейки были меньше ?, иначе теряет смысл емкостная ячейка как конденсатор, ее следует рассматривать как систему с распределенными параметрами.

Зависимость напряжения от радиуса пластины конденсатора

L_эф < 2R

2) Индуктивные ячейки

П редназначены для измерения высокопроводящих жидкостей (высокозагрязненных щелочами СВ).

Диапазон 1100 Сим/см

1 – катушка

2 – трубка из диэлектрика

3 – рабочая полость заполняемая анализируемой средой

ИИЯ – индуктивная измерительная ячейка

Z_ИИЯ = R_э + jL_эф

Анализаторы на кондуктометрическом принципе предназначены для количественного определения суммарного содержания солей в воде. «ЭКА-2М» (Санкт-Петербург) измеряет солесодержание в широком интервале значений от 0,05 до 1000 мкСм/см (900$). «АНИОН», «МАРК», КСЛ (от 330 до 900 $), ХПК - анализаторы (750 $).