Модуль 5

Тема № 4. Неразрушающие методы контроля на основе электрокондуктометрических (электролитических) ПИП. Расчет электокондуктометрического ПИП с использованием свойств аналогии потенциальных полей

Модуль 4

Основаны на зависимости электрической проводимости растворов от их концентраций. Электрической проводимостью между 2-мя проводниками называют отношение тока через проводящий материал к величине приложенного U.

(Сименс, См) (1)

Для простейшей конструкции преобразователя с электродами в виде плоскопараллельных пластин без учета краевого эффекта, электрическая проводимость определяется:

, (2)

где - удельная электропроводность (См/м),

- расстояние между электродами,

F – площадь электродов.

Факторы, влияющие на измерение электрической проводимости:

1. Явление поляризации, т.к. падения U на электродах складывается из падения U на столбе электролита и потенциалов поляризации электродов, которые достигают 1.5-2 В. Методы борьбы – выбор платинового электрода и повышение напряжения (порядка 30В).

2. Влияние температуры

Методы борьбы:

- стабилизация температуры измеряемого раствора;

- использование компенсационной схемы с термоэлектрическим датчиком температуры.

Расчет и проектирование электрокондуктометра.

Т. к. задачи с движением электрического тока в проводящей среде и задачи электростатики одинаковы, то для расчета электрокондуктометра используем метод конформных преобразований.

1. Выбор типа преобразователя

Для измерения удельной электропроводности в диапазоне 10^-6 – 0,1 См/м используется, как правило, электроды большего диаметра, а в диапазоне (0,1-150) См/м малого диаметра, но удаленные друг от друга на большее расстояние.

Как правило, в современных электрокондуктометрических ПИП используют преобразователи с копланарными электродами, т.е. расположенными в одной плоскости с отношениями 0,1≤a/h≤0.3, l/h≥10, которые позволяют измерять большие значения удельной электропроводности.

Схема электрокондуктометрического преобразователя представлена ниже.

Расчет номинальной статической характеристики

Номинальная статическая характеристика характеризует зависимость электрической проводимости на единицу длины от удельной электропроводности раствора. Эта зависимость имеет вид:

, (3)

где - электрическая проводимость ячейки,

- удельная электропроводность раствора.

Расчет относительной чувствительности преобразователя

Относительная чувствительность преобразователя находится на основании (3) и при отношении l/h>>1 имеет вид S=1. т.е. один процент изменения вызывает примерно один процент приращения электрической проводимости.

Выявление и классификация составляющих результирующей погрешности.

При абсолютном измерении удельной электропроводимости существенной погрешностью преобразователя является погрешность от поляризации.

Правда, ею можно пренебречь, если ячейку питать U переменного тока большой величины и использовать электроды из платинированной платины.

При U=30V относительная погрешность равна:

-для постоянного тока,

-для переменного тока.

Погрешность, связанную с толщиной электродов, устраняют путем напыления электродов тонким слоем.

Оставшиеся составляющие результирующей погрешности следует разделить на группы:

а) погрешности от неточности изготовления преобразователя и погрешности вызванные температурой. Это погрешности γ^h, γ^l, γ^L, γ^a.

б) погрешность измерения электропроводности γ^G.

Составление и анализ уравнения погрешности

Т. к. систематическая погрешность в данном ПИП отсутствует, то уравнение погрешности примет вид:

(4)

- суммарная случайная составляющая погрешности;

- результирующая погрешность.

Ввиду того, что число случайных погрешностей не более 10 принимаем, что

(5)

(6)

Определение составляющих результирующей погрешности

Это определение осуществляется по формуле:

,

где S – чувствительность.

Но т.к. S =1, то (7)

В связи с этим:

(8)

Но т.к. отношение l/h>=10, а отношение 0,1≤a/h≤0.3, то с погрешностью, не превышающей 12% номинальная статическая характеристика ПИП примет вид:

(9)

В таком случае на основании (8) и (9) имеем:

(10)

(11)

(12)

(13)

В соответствии с выражением (3) и (8):

(14)

Определение конструктивно-технологических параметров ПИП

Относительные допуски на изготовление преобразователя определяются из формул (5), (6) и (10)-(14) путем приравнивания левых и правых частей уравнений:

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

Нижний предел измерения электропроводности G обычно равен 0, а верхний определяется с помощью номинальной статической характеристики ПИП по формуле (3).

Дата добавления: 2014-01-04