Применение электролитических преобразователей

Электролитические преобразователи используются для измерения механических перемещений и деформаций. При по­стоянной концентрации электролита изменение сопротивления преобразователя может быть вызвано изменением расстоя­ния между электродами или изменением сечения электролита. На этом и основано действие электролитических преобразова­телей перемещения.

На рис.4.61 показаны два типа электролитических преобра­зователей перемещения и схема их включения в мостовую измерительную цепь.

Рис. 4.61. Электролитические преобразователи перемещения.

Два плеча моста образованы сопротивле­ниями дифференциального электролитического преобразователя, имеющего один подвижный электрод (средний) и два не­подвижных. Основным достоинством электролитических пре­образователей перемещения является то, что для перемещения электрода требуется незначительное усилие.

На рис.80 приведена схема устройства электролитическо­го тензопреобразователя, который состоит из каучуковой трубки 1 с внутренним диаметром порядка 1 мм, заполненной электролитом 2, и двух электродов 3, вставленных в концы трубки так, чтобы ее внутренний объем был полностью запол­нен электролитом. При помощи зажимов 4 преобразователь. крепится к исследуемому объекту.

Рис. 4.62. Электролитический тензопреобразователь.

В зависимости от состава электролита, длины и сечения канала трубки можно изгото­вить преобразователи с начальным сопротивлением от сотен до нескольких сотен кОм. Такие преобразователи позволя­ют измерять очень большие относительные деформации (до Dl/l = 0,6), их коэффициент тензочувствительности Частотная характеристика равномерна до частот 500…700 Гц. Достоинством электролитических преобразо­вателей является возможность использования больших напря­жений питания (до 500 В). Резиновый электролитический пре­образователь обладает высокими изоляционными свойствами и поэтому его можно применять при измерении деформации деталей в воде и других жидких средах, не разрушающих кау­чук.

Электролитические преобразователи используются в интег­рирующих акселерометрах для измерения скорости ракет. На рис.4.63 приведена принципиальная схема интегрирующего ак­селерометра с гидродинамическим подвесом инерционной мас­сы.

Рис. 4.63. Интегрирующий ак­селерометр.

Этот прибор представляет собой герметичную камеру 1, заполненную электролитом, в которой плавает поплавок 2. Камера приводится во вращение с постоянной круговой скоростью при помощи вспомогательного двигателя 3. Под дей­ствием возникающих при вращении жидкости центробежных сил поплавок устанавливается по оси симметрии камеры, вдоль которой он может перемещаться. При наличии состав­ляющей Х ускорения в направлении оси вращения хх на по­плавок действует сила инерции

(4.31)

где Р_Ж - плотность жидкости; Р_П – плотность поплавка; V_П – объем поплавка;

X» – ускорение.

Эта сила, направленная в сторону, противоположную действию ускорения, вызывает движение поплавка и уравновеши­вается силой гидродинамического сопротивления жидкости, пропорциональной скорости поплавка

(4.32)

где X' – скорость движения поплавка; k – коэффициент пропорциональности.

Приравнивая правые части выражений, можно получить

Таким образом, перемещение поплавка Х оказывается про­порциональным интегралу во времени от измеряемого ускоре­ния

Внутри камеры размещается три электрода 4, 5, 6, от всех трех электродов сделаны выводы наружу с помощью скользя­щих контактов. Измерительная цепь представляет собой мост, два плеча которого образованы сопротивлениями R₁ и R₂, а два других плеча – сопротивлениями электролита между средним электродом и двумя торцевыми.

Погрешность такого прибора в основном определяется по­грешностью от непостоянства вязкости жидкости, определяе­мой ее температурой.

Электролитические преобразователи используются и для измерения концентрации электролитов, так называемые элек­тролитические концентратомеры.

На рис. 4.64 представлен универсальный преобразователь для измерения концентрации по электропроводности жидко­сти в лабораторных условиях.

Рис. 4.64. Элек­тролитический концентратомер.

Корпус преобразователя изго­товлен из химически стойкого стекла с вплавленными плати­новыми ступенчатыми электродами 1. Преобразователь имеет сменные измерительные сосуды 2, которые надеваются на основание преобразователя 3. Сменные измерительные сосуды обеспечивают возможность применения преобразователя для измерений в проточной жидкости, при погружении в исследуемый раствор и путем отбора проб. Минимальное необходимое для измерения количество жидкости 6…7 мл.

Постоянные преобразователей k (см. 4.32) на­ходятся в пределах 30…70 1/м и определяются с погреш­ностью ±1%. Градуировку приборов для измерения концен­трации растворов можно осуществить с помощью образцовых растворов с известной концентрацией или при помощи магази­нов сопротивлений, предварительно вычислив значения сопро­тивлений для ряда заданных концентраций.

Существуют бесконтактные электролитические преобразо­ватели, не имеющие контакта металлических электродов с электролитом, что исключает поляризацию и др. нежелатель­ные взаимодействия электрода и раствора. Они разделяются на низкочастотные и высокочастотные.

На рис.4.65 представлена схема устройства низкочастотного трансформаторного преобразователя с короткозамкнутым жидкостным витком, а на рис. 4.66 схема преобразователя с жидкостным витком, который связывает питающий и диффе­ренциальный трансформаторы.

При начальной проводимости раствора указатель Ук регулировкой реостата устанавливает­ся на нуль. При повышении проводимости показания указате­ля соответствуют измеряемой концентрации раствора. Такие преобразователи используются для измерения концентрации кислот, щелочей и солей в водных растворах, удельная элект­ропроводность которых 0,50 1/Ом×м, при температурах до l00°C. Недостатком низкочастотных преобразователей являет­ся сложность конструкции, обусловленная необходимостью создания жидкостных витков.

Рис. 4.66. Низкочастотный трансформаторный Рис.4.67. То же для

преобразователь с короткозамкнутым дифференциального

жидкостным витком трансформатора.

В последнее время для измерения весьма малых концент­раций применяются высокочастотные бесконтактные преобра­зователи, питающиеся переменным током с частотой до не­скольких десятков мегагерц. Приборы с высокочастотными бес­контактными преобразователями градуируются по образцо­вым электролитам с известной концентрацией.

4.10. Полярографические преобразователи