6 Электрохимические преобразователи

Электрохимический преобразователь состоит из заполненной электролитом ячейки и электродной системы из двух или нескольких электродов, включаемых в измерительную цепь. Электродная ячейка характеризуется развиваемой ею ЭДС, падением напряжения от проходящего тока, электрическим зарядом, сопротивлением, емкостью или индуктивностью. Электроды в соответствии со знаком приложенного напряжения называются анодами и катодами. Электролит, заполняющий ячейку, представляет собой водный раствор веществ (солей, кислот, оснований). Растворяемые в воде вещества вследствие теплового движения молекул диссоциируются (расщепляются) на положительные и отрицательные ионы. Электрический ток в электролитах сопровождается электролизом – выделением на электродах составных частей растворенных веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах.

Преобразователи служат для измерения состава и концентрации веществ, количества электричества, времени, давления, перемещения, скорости…

6.1 Электрохимические резистивные преобразователи

Электрохимические резистивные преобразователи основаны на зависимости сопротивления преобразователя от его формы и от состава и концентрации используемого электролита.

Электрохимические резистивные преобразователи бывают контактные и бесконтактные.

Применяются в медицине, для измерения деформации деталей, находящихся в воде и других жидких средах.

Четыре изолированных друг от друга электрода 1 (рис. 6.1) установлены по окружности в крышке 2. Герметический корпус со сферическим основанием 3 заполняется электролитом, сверху воздушный пузырек 4. При горизонтальном расположении воздушный пузырек располагается в центре, покрывает около половины площади каждого из четырех электродов. При наклоне воздушный пузырек смещается, равенство проводимостей нарушается, и на выходе измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональный углу наклона.

Рис. 6.1. Кондуктометрический преобразователь угла отклонения

Достоинства: незначительность требуемого усилия, возможность использования больших напряжений питания, высокие изоляционные свойства. Недостатки: температурная погрешность, невысокая чувствительность, нестабильность, невысокая точность, неоднородность поля электропроводимости [5].

6.2 Гальванические преобразователи

Гальванические преобразователи основаны на зависимости ЭДС гальванической цепи от концентрации ионов в электролите и окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах.

Используются для определения концентрации ионов в различных растворах в качестве образцовых мер, в рН – метрах (приборы для измерения активности водородных ионов).

На рис. 6.2 преобразователь состоит из двух водородных полуэлементов. Один полуэлемент (измерительный) помещается в исследуемый раствор 1, который при помощи электролитического ключа 2 соединяется с нормальным водородным полуэлементом (вспомогательным) 3, содержащим электролит с активностью водородных ионов. Расчет ЭДС между электродами приводится в [5].

Рис. 6.2. Гальванический преобразователь

Достоинства: большая постоянная времени. Недостатки: входное сопротивление измерительной цепи должно быть очень большим, необходима автоматическая компенсация температурных погрешностей.