Файл: Усиков, С. В. Электрометрия жидкостей.pdf

и контактным. Он позволяет производить измерения как по сим­ метричной, так и по несимметричной схемам.

Расстояние между электродами измеряют микрометром 1, укрепленным на металлической прижимной гайке 2 через шток 5 из фторопласта, соединенный резьбой с площадкой 3. Перемеще­ ние передается электроду 15. В данном варианте площадка 3 изготовлена из органического стекла. Для предупреждения вра­ щения электрода ее верхняя поверхность полирована.

Пружина 4 обеспечивает необходимый прижим площадки де­ тали 3 к микрометру. Фторопластовый (фторопласт-3) Силь­ фон 6 герметизирует рабочий объем преобразователя при пере­ мещении штока. Неподвижный электрод 13 методом вжигания серебра нанесен на тонкую керамическую пластину из титаната бария толщиной 0,5 мм. Пластина в таком виде впрессована в гайку 10 из фторопласта. Нижняя часть рабочего объема гер­ метизируется ножевым уплотнением. Штуцер 8, укрепленный в корпусе 7, служит для заполнения преобразователя измеряе­ мой жидкостью, а штуцер 14 с пробкой — для выхода воздуха при заполнении рабочего объема преобразователя. Пробка 9 ис­ пользуется при сливе жидкости. Титанат бария (е '= 1200), слу­ жащий изолятором и носителем подвижного электрода 15, также впрессован в шток 5 из фторопласта. На нижней керамической пластине кроме основного неподвижного электрода 13 нанесено охранное кольцо, заземляемое (как и все другие металлические детали) при измерениях по симметричной трехточечной схеме, например, с помощью трансформаторного моста типа Е8-2. Та­ ким образом, рабочий объем преобразователя выполнен из хи­ мически стойких материалов (фторопласт и керамика). Припаян­ ные к электродам и охранному кольцу выводы, с помощью кабе­ лей с разъемами обеспечивают контакт с измеряемым прибором (на рис. V. 10 показан только нижний разъем 11). Измерения производят при известной частоте и изложены в главе IV.

С помощью термостатирующей рубашки и внешнего теплоизолятора можно надежно термостатировать систему преобразо­ вателя. Основные преимущества этого типа преобразователя рассмотрены в главе IV. Следует отметить, что подобные пре­ образователи (контактные и бесконтактные) по сравнению с дру­ гими типами могут обладать наиболее широким диапазоном из­ мерения величин е в зависимости от к жидкости, особенно если использовать прибор с великолепными метрологическими каче­ ствами— типа трансформаторного моста.

Определение диэлектрической проницаемости жидких провод­ ников второго рода относится к проблемным вопросам. Суще­ ственное затруднение при этом состоит в определении малых то­ ков смещения на фоне больших токов проводимости.

Определение емкости преобразователя с жидкими проводни­ ками может оказаться невозможным; процессы, протекающие на границе раздела фаз, могут быть неустойчивы во времени и так­ же являются значительной помехой при измерении.

132

Существующее мнение, что определение диэлектрической про­ ницаемости жидкостей, хорошо проводящих электрический ток, проще выполнить на высоких частотах (в квазистационарной области частотного спектра), вероятно, ошибочно. Это видно хотя бы из анализа выражения (1.6).

В настоящее время достаточно хорошо разработаны и успеш­ но используются в научно-технической практике методы и при­ боры на их основе для измерения больших сопротивлений и ма­ лых емкостей. По мнению автора, эти методы могут быть исполь­ зованы и в случае анализа величины г проводящих растворов, если учитывать неравнозначное изме­ нение емкости и сопротивления в за­ висимости от величины геометрической постоянной (ее увеличение) преобра­ зователя. Использование соответст­ вующих приборов позволяет измерять малые емкости с повышенной точ­ ностью при одновременном уменьше­ нии этой точности в процессе опреде­ ления сопротивления раствора.

На рис. V. 11 в качестве примера представлены возможные зависимости ' R и С раствора от геометрической по­ стоянной преобразователя. Однако увеличение геометрической постоянной

преобразователя (расстояния между электродами) может при­ вести к серьезному нарушению условия сосредоточения электри­ ческого поля. В результате паразитное поле может стать соиз­ меримым с рабочим и изменяться по мере изменения проводимо­ сти раствора, т. е. параметры преобразователя станут распре­ деленными.

На рис. V. 12 представлен принципиальный вид трехэлектрод­ ного преобразователя, который может быть использован для определения е сравнительно хорошо проводящих электрический ток растворов. В конструкции преобразователя возможно увели­ чение геометрической постоянной при сохранении некоторого со­ средоточения электрического поля. Увеличение постоянной k обусловливается наличием трубки 4, хотя и имеющей малое се­ чение, но все же способствующей прохождению через нее основ­ ного поля. Электрическое поле имеется также и в остальных областях между электродами 1—3 данной модели. Часть поля проходит через измеряемый раствор и вместе с полем, проходя­

разделяет экранный электрод и электрод 1. Трубка-капилляр 4 создается изолятором 5 особой формы. На схеме d — конструк­

тивный диаметр.

Наилучший конструктивный вариант преобразователя (рис. V. 12) в деталях, в соответствии с теоретическими предпо­

133

сылками, изложенными в предыдущих главах, еще предстоит разработать. Но уже сейчас можно сказать, что в квазистационарной части частотного спектра эта задача достаточно сложна (особенно при так называемых «абсолютных» измерениях). Предстоит также для такой конструкции выбрать критерии при­ менимости в связи с определением проводимости.

Существуют различные варианты бесконтактных преобразо­ вателей для определения е и к по методу с одним эталоном (на основании приведенной паразитной емкости) при низких и вы­

стенок сосуда для преобразователей различных моделей выпол­ нена в пределах 0,3—0,6 мм. Электроды 2 и 3 представляют со­ бой тонкий (20—30 мкм) слой серебра на внешних поверхностях стеклянного сосуда. Прочное соединение серебра со стеклом со­ здается за счет вжигания на основе бората свинца [36]. К сере­ бряным поверхностям припаяны мягкие многожильные провода, служащие выводами электродов. Для защиты от коррозии по­ верхности оксидируют или покрывают лаком.

Стеклянный сосуд вставляют в корпус 4 и уплотняют в верх­ ней части резиновой манжетой 5. Вывод потенциального элек­ трода на гнездо 8 коаксиального разъема проходит через «пя­ тачок» 9, предназначенный для сосредоточения паразитной емко­ сти преобразователя и укрепленный в диске 7. Наружный электрод соединяется мягким проводом с корпусом разъема, снизу преобразователь защищен металлическим донышком 11. Метал­ лический корпус снаружи имеет защитное покрытие из фторо­ пласта-3, стойкое к агрессивным растворам. Штуцер 13 служит для ввода жидкого теплоносителя, необходимого для термостатирования преобразователя. Выходной штуцер не показан.

Размеры стеклянных сосудов определяют геометрическую по­ стоянную. Количество раствора, необходимое для анализа, ле­

134

жит в пределах 8—280 мм3 в зависимости от модели преобра­ зователя.

Исследуемое вещество термостатируется проточной жид­ костью, которая поступает в «рубашку» по штуцеру 13 и выходит из нее по другому штуцеру. «Рубашка» образована наружной стенкой сосуду и корпусом. Здесь (см. главу III) очень важное значение имеет толщина материала электрода, которая вместе

Рис. V. 13. Общий вид бесконтактного емкост­ ного преобразователя ЯД-4БТ с металлической рубашкой для термостатирования:

1—стеклянный сосуд, с образованными на его внешних коаксиальных поверхностях электродами; 2-—экранный злектрод;3— потенциальный электрод; 4—корпус; 5—ре­ зиновая манжета; 6 и 12— герметика; 8— разъем; 9—ох­ ранная втулка; 10—пространство для термостатирова­

ния; 11—донышко; /3—входной штуцер.

с величиной со является критерием проникновения электромагнитного поля в область термостатирующей жидкости.

Для избежания проникновения этого поля толщина элек­ трода должна быть достаточно большой или в качестве термо­ статирующей необходимо выбирать диэлектрическую жидкость с весьма малыми потерями.

Соединение стекла с корпусом (узлы 6 и 12) выполнено с по­ мощью тиколового герметика [36], создающего надежное термостатирование при температурах от —50 до ,+50°С. В качестве

135

ЛИТЕРАТУРА

2. Б о г о р о д и ц к и й Н. П., В о л о к о б и н с к и й Ю. М., В о р о б ь е в А. А.

сангл. Под ред. А. Н. Фрумкина. М., «Мир», 1967.

22.Краткий справочник химика. М., «Химия», 1963, с. 300.

137