3.Первичные преобразователи для измерения параметров электрического поля

3.1.Контактный метод измерения электрического поля.

3.1.1.Хлорсеребряные первичные преобразователи

Для контактных методов измерения используются, как правило, неполяризующиеся электроды. Неполяризующиеся электроды выполняются из металла, погруженного в раствор плохо растворимой соли того же металла. В зависимости от свойств окружающей среды, для их изготовления применяются различные металлы. Для морской воды используют электрод из чистого серебра (Ag) не менее 0.999 пробы, покрытый солью AgCl и погруженный в раствор NaCl. Ионы Cl содержатся в морской воде, что позволяет снизить собственную ЭДС электродов.

Требования к электродам:

- низкое значение собственных потенциалов (ЭДС) электродов;

- стабильность собственных ЭДС электродов;

- минимальное внутреннее сопротивление;

- отсутствие заметной поляризации электродов при токах в измерительной цепи порядка 10^-8-10^-9А;

- надежность и удобство в эксплуатации;

- долговечность, ремонтопригодность, взаимозаменяемость, технологичность и т.п.

Типичная конструкция неполяризующегося электрода показана на рис.3.1.

Рабочая камера (электрод + раствор NaCl) отделена от морской среды керамическим фильтром, пористость которого рассчитана таким образом, чтобы через капилляры могла поступать только морская вода, в раствор NaCl нет. Иногда в раствор NaCl добавляют загуститель – глицерин. Мембрана служит для компенсации давления, что особенно важно, когда датчик переносится с одного места на другое. Корпус выполняется из пластика, груз также изолирован пластиком от окружающей среды.

Рис.3.1.

Погрешности электродных датчиков связаны, в основном , с нестабильностью собственных ЭДС электродов (дрейф ЭДС).

Причины дрейфа ЭДС:

- посторонние реакции на пластинах серебра, вследствие наличия примесей и недостаточной частоты изготовления;

- поля искажения, за счет протекания постоянного электрического тока в процессе измерений (блуждающие токи в воде);

- изменение температуры приводит к изменению собственных стационарных потенциалов электродов и поляризационных сопротивлений;

- изменение давления приводит к изменению ионного состава воды и раствора NaCl;

- при плохой изоляции выводов возникает паразитная ЭДС.

Собственная ЭДС пары электродов в растворе NaCl не превосходит 500 мкВ, со временем уменьшается до 20-200мкВ. Внутреннее сопротивление при размерах пластин 400см² менее 1.5 кОм. Входная цепь измерительного тракта должна иметь повышенное входное сопротивление. ЭДС поляризации при токе 10^-8А изменяется на 10-90 мкВ/сутки. Температурный коэффициент ЭДС (ТКЕ) составляет 0.5 мкВ/К^о.

Возможна автоматическая компенсация температурного дрейфа ЭДС, для этого в электроде размещается терморезистор, со специально подобранным ТКЕ. Терморезисторы применяются также для измерения на буксируемых носителях.

При изменение глубины электрода изменяется собственная ЭДС  0.5-1 мВ на 10 метров. Примерно через 1 час эти изменения пропадают. При наличие мембраны дрейф ЭДС от изменения глубины < 100мкВ на 10 метров.

Пара электродов, разнесенных на 1м искажает внешнее поле не более чем на 2%.

Иногда в конструкции неполяризующегося электрода не используется раствор NaCl [8] (рис.3.2).

Рис.3.2

Электрод изготавливался следующим образом. Фольга из чистого серебра размером 565см сворачивалась в трубку диаметром 1.25см и очищалась промыванием в 30% растворе HNO₃. От 2.5-4см в диаметре занимает пористый полиэтилен.

Пространство между пористым полиэтиленом и серебряной трубкой занимает смесь кварца с хлоридом серебра в соотношении 6:1. Затем электрод погружался в раствор NaCl 35г/л. Типичный собственный потенциал между парой таких электродов составляет 1 млВ.