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

зависит от температуры и частоты в широких пределах, а по­ этому пренебрежем его влиянием на процессы, протекающие между электродами. Наилучший вариант в данном случае — нанесение электродов на изолятор путем диффузии (вжигания, электровакуумного напыления и т. д.).

Из уравнения (II.36) следует, что активная и реактивная составляющие могут быть найдены путем соответствующих из­ мерений на нескольких частотах.

I

I

I

L

Рис. 11.12. Эквивалентная схема электрической системы с жидкостью между изолированными электродами без учета сопротивления Ri твер­

дого изолятора.

выражение (II. 28)]. Вследствие наличия малого количества ча­ стиц носителей заряда в диэлектрике, его сопротивление, при­ ходящееся на единицу объема, весьма мало и в основном опре­ деляется поляризационными потерями, которые в квазистационарной части частот электромагнитных колебаний также весьма малы. Учитывая сказанное, эквивалентная схема может быть представлена так, как на рис. II. 12.

Как и в случае системы металл — жидкость, влияние скачка потенциалов на процесс измерения емкости системы с изолиро­ ванными электродами начинает сказываться при их сближении. Это в первую очередь проявляется в чрезмерном росте эквива­ лентной емкости Сэ электрической системы между электродами. Внешнее электрическое синусоидальное поле в данный момент способствует у одной из стенок изолятора увеличению потен­ циального скачка, а у другой — смены картины ориентации [24].

Структуру двойных слоев для ряда веществ на границе стекло — жидкость можно объяснить наличием гидроксильных групп на поверхности стекла, которые дают начало цепям мо­ лекул жидкости, объединенным водородными связями. При этом в единице объема на поверхности водородных связей должно быть больше, чем в объемной области (вдали от электродов),

43

вследствие чего вязкость и плотность упаковки молекул жидко­ сти на границе раздела фаз больше, чем в области III рис. II. 10 [25].

Таблица II.2

Результаты измерения электрофизических параметров бесконтактным способом

* Значение Сj =541,8 пФ, а С0=5,2 пФ.

** Значение Сi= 79,6 пФ, а Со=9,7 пФ; Л —расстояние между коакси­ альными цилиндрами, изолирующими электроды от исследуемой жидкости.

В табл. II. 2 приведены экспериментальные величины емко­ стей бесконтактного преобразователя, свидетельствующие об отсутствии влияния скачка потенциалов (первая серия) и о на­ личии его (вторая серия).

Для адипонитрила и этилового спирта, по данным табл. II. 2 (вторая серия), расчет диэлектрической проницаемости не дает реальных результатов, так как эквивалентная емкость за счет влияния емкости двойного слоя становится соизмеримой с ем­ костью Сь Диэлектрическую проницаемость рассчитывали по упрощенному выражению (11.37), границы применения которого подробно обсуждаются в главе IV:

с ,сэ

(11.37)

С0(С ,- С Э)

В уравнении (II. 37) величины С\, Сэ и С0 определены с уче­ том так называемой приведенной паразитной емкости С„, ком­ плексно учитывающей емкость двойного слоя [24, 26]. Эту вели­ чину находят аналитическим или графоаналитическим спосо­ бами по жидкому эталону с известной е (например, ССЦ).

Исследуемую жидкость помещают между цилиндрами пре­ образователя — сосуда Дьюара из стекла марки «Пирекс»

44

(рис. II. 13). Электроды 1 и 2, изготовленные путем вжигания серебра, расположены с внешней стороны цилиндра с большим диаметром и с внутренней стороны цилиндра с малым диа­ метром. Для жидких диэлектриков с весьма низкой концентра­

емкости можно определить измерением емкости между потен­ циальным внутренним электродом и его экранным «пятачком»

всовокупности с электрическими проводами при отключенном электроде с нулевым потенциалом (потенциалом «земля») [27]. Величину емкости изолятора С\ находят известным приемом при заполнении преобразователя ртутью. Это возможно только

вслучае, если внешнее электрическое поле нормально к изоли­ рованным поверхностям электродов [28; 29, с 23]. Соответствую­ щую области III (см. рис. II. 10) величину С2 определяют на

случае можно найти с помощью выражения для жидкости, ди­ электрическая проницаемость которой известна

с К

С0 (C l- С ' )

45

Здесь Сэ — эквивалентная емкость преобразователя с иссле­ дуемой жидкостью; G — активная проводимость преобразова­ теля с исследуемой жидкостью.

Рис. II. 14. Упрощенная эквивалентная схема преобразователя для жидких диэлектриков с малыми потерями.

При определенных условиях [29, с. 23] выражение (11.40) можно представить в виде:

СА

С ] - С ' э

Таблица Н.З

Поверхностная емкость на границе раздела фаз стекло-жидкость при f — 500 кГц; t == 2 0 ± 0 ,5 °С

Сп=14,4 пФ; Сц= 7,1 пФ.

46

Величину С'г определяют на основании схем рис. II. 15, б и г, также эквивалентным схеме рис. II. 15, а:

с,сэ

с, - с:

где С. = С ' — С с; с —с

В табл. II. 3 представлены некоторые экспериментальные данные, использование которых в выражении (II. 39) позволяет найти величины поверхностной емкости Сд на границе раздела фаз стекло — жидкость для различных продуктов. Величину Сп

Оп

I---------I H - — ,

1 R3 1

Рис. 11.15. Различные варианты эквивалентных схем электрической модели бесконтактного пре­ образователя.

определяли в процессе изготовления преобразователя [24], прин­ ципиальный вид которого представлен на рис. II. 13. Паразит­ ная емкость Сп образована системой, заключенной между за­ земленными деталями и всей наружной поверхностью внутрен­ него электрода. В момент измерения паразитной емкости Сп внешний экранный электрод отключается. Погрешность опреде­ ления Сп в данном случае не превосходила ±2% . Эксперимен­ тальным путем паразитную емкость также можно определить с помощью прерывателя в цепи внутреннего электрода [27].

Величину Сп определяли графо-аналитическим способом. По­ верхностная емкость Сд возрастает по мере увеличения элек­ трической асимметрии молекул и наличия гидроксильной груп­ пы. У воды и этилового спирта она достигает наибольшей вели­

чины.

Рассмотрим (рис. 11.16) зависимости C'2 — cp,(f) для этило­ вого спирта от частоты электромагнитных колебаний (рис. II. 16). На кривых наблюдаются два характерных участка: первый от­ носится к низким частотам, где С2 быстро уменьшается с уве­ личением частоты, а второй — к более высоким частотам —

47