Кондуктометрические концентратомеры

Классификация, область применения. Принцип действия, уравнение НСХ. Температурная погрешность. Уравнение Кольрауша. Двухэлектродный кондуктометр. Принципиальная схема. Бесконтактные кондуктомеры.

Кондуктометрические анализаторы применяются для измерения концентрации солей (солемеры) в процессах водоподготовки ТЭЦ, кислот, содержания воды в нефти при нефтедобыче и нефтепереработке, а также для измерения удельной электропроводности электролитов. По устройству датчиков кондуктометры можно разделить на контактные и бесконтактные. Контактные кондуктометры могут быть двух и четырех электродными.

Принцип действия кондуктометрических анализаторов основан на зависимости удельной электропроводности растворов от концентрации анионов и катионов (рис.1). Удельная электропроводность некоторых растворов приведена на рис. 2.

Математическая модель измерения:

, (1)

где α- степень диссоциации электролита, величина постоянная; n – валентность; U⁺ , U^- подвижность (скорость перемещения, зависит от температуры раствора) ионов; С – концентрация.

Удельная электропроводность – величина, обратная значению удельного сопротивления:

, (2)

где (сопротивление столбика раствора длиной l и площадью сечения S);

Принято обозначать отношение как постоянной ячейки. С учетом этого удельная электропроводность в итоге равна:

(3)

Исходя из уравнения (3) измерительной схемой кондуктометра может быть мост сопротивлений, так как K_я = const.

Устройство:

анализатор состоит из электродной ячейки (рис.3, 4) погружного или проточного типа и измерительно-преобразующего блока с дисплейным модулем. Электроды в ячейке – это металлические пластины круглой или прямоугольной формы, расположенные на строго определенном расстоянии друг от друга.

Постоянная ячейки (K_я)– это отношение расстояния между электродами к площади поверхности электрода: К_я = l/S.

Рис.1. Зависимость удельной электропроводности от концентрации

Рис. 2. Удельная электропроводность некоторых растворов

Уравнение Кольрауша позволяет определить удельную электропроводность растворов при любой температуре, если она известна при температуре +20 °С:

, (4)

где Κ₂₀ – удельная электропроводность раствора при нормальной температуре (+20 °С); α – температурный коэффициент электрической проводимости; t, t₀ – рабочая и нормальная температура раствора.

Как видно из уравнения, электропроводность жидкости возрастает с увеличением температуры.

Рис. 3. Принципиальная схема двухэлектродной ячейки контактного кондуктометра:

а) пластинчатые электроды; б) электродная ячейка с термокомпенсатором( термометром сопротивления).

Двухэлектродные кондуктометры просты по устройству, но имеют низкую точность из-за поляризации электродов. Более точными являются четырехэлектродные контактные или бесконтактные кондуктометры (рис. 4, 5, 6 ).

Рис. 4. Контактный кондуктометр с четырехэлектродной ячейкой:

1, 4 – токовые электроды питания; 2, 3 – измерительные потенциометрические электроды (металлические пластинки); Rt – термометр сопротивления; R₁, R₂, R₃, R_t –схема уравновешенного моста, предназначенная для автоматической компенсации температурной погрешности; ЭУ – электронный усилитель; РД – реверсивный двигатель.

Рис.5. Схема подключения четырехэлектродного датчика

Рис. 6. Принципиальные схемы бесконтактных кондуктометров

а)– с емкостной измерительной ячейкой ЕИЯ с контурной резонансной измерительной схемой; б)– с жидкостным витком и термокомпенсатором;1– труба; 2 –анализируемый раствор; 3– кольцевые электроды; w₁–первичная обмотка Тр₂; w₂ = 1; wk– компенсационная обмотка измерительного трансформатора Тр₁.

Устройство: бесконтактные кондуктометры имеют в составе датчика жидкостный виток, являющийся вторичной обмоткой трансформатора питания Тр2 и первичной обмоткой измерительного трансформатора Тр1. (рис.6, б). Термометр сопротивления Rt включен в одно из плеч компенсационного моста R₁, R₂ ,R₃.