§2. Бесконтактная кондуктометрия

1. Бесконтактная низкочастотная кондуктометрия

(Метод жидкостного витка или трансформаторный метод)

Все промышленные приборы работают в диапазоне 10^-6 1 [Сим/см]

Т₁– питающий трансформатор

Т₂– измерительный трансформатор

* - изготавливается из пластика, заполняется анализируемой средой.

Напряжение питания подается через Т₁на жидкостной виток, который является вторичной обмоткой первого трансформатора и первичной второго.

При изменении электропроводности происходит изменение тока в жидкостном витке и магнитного потока в Т₂. Это приводит к появлению во вторичной обмотке трансформатора Т₂ЭДС.

Рабочая частота 6 кГц.

: отсутствие контакта с анализируемой средой.

Недостаток: а) подверженность влиянию магнитных полей промышленной частоты (50Гц)

б) невозможность измерения при высоких температурах.

2. Бесконтактная высокочастотная кондуктометрия

Основана на взаимодействии электромагнитного поля высокой частоты (от 1 до 100 МГц) с веществом, изолированным от систем электродов.

1)Кондуктометр с емкостными ячейками (С-ячейки)

Представляет собой конденсатор с многослойным диэлектриком.

1 – металлические кольцевые электроды

2 – трубка из диэлектрика

3 – рабочая полость

Электрическая модель ячейки:

С₁^’– емкость, обусловленная диэлектрическими свойствами стенки ячейки;

R₁^’ – активные потери в материале стенки ячейки

С₂– емкость, обусловленная диэлектрическими свойствами анализируемой среды

 – электропроводность анализируемой среды

С_кр– краевая емкость, обусловлена тем, что силовые поля идут вне рабочей части.

При измерении электропроводности высокочастотным методом она измеряется не прямо, а путем определения комплексного сопротивления емкостной ячейки и его сопротивления.

Y_я=G_p+jB_p– комплексная проводимость;G_р– активная составляющая полной проводимости ячейки; В_р– реактивная составляющая.

В зависимости от того, какая составляющая измеряется, различают три способа:

1) Q– метрический способ (G_р=());Q– показатель добротности.

В случае Q– метрического способа необходима компенсация реактивной составляющей (В_р=0)этот способ – компенсационный, обладает высокой точностью и очень высокой чувствительностью в области малой электропроводности.

Недостаток: наличие экстремума на зависимостиG_р=().

Измерительные ячейки включаются в схему, и чаще всего для этой цели используются контурные измерительные схемы, или схемы с колебательным контуром.

Измерительная схема.

I₀=constприz_i>>R_p

ГВЧ – генератор высокой частоты

z_i– сопротивление связи

L– индуктивность

g– активные потери в измерительной схеме

ЕИЯ – емкостная измерительная ячейка

ЭН – элемент настройки колебательного контура

R_p– активное сопротивление колебательного контура в момент резонанса

В случае Q– метрического способа при каждом новом значении схема настраивается в резонанс с помощью элемента настройки.

2)Емкостной способ (определение реактивной составляющей).

С_э= В_р

Отсчет показаний ведется по шкале ЭН

: а) отсутствие экстремума на статической характеристике

б) достаточно высокая точность измерения

Недостатки: а) необходимость выполнения ручных операций для настройки в случае лабораторных приборов

б) достаточно сложная схема настройки промышленных приборов.

3)Z – метрический способ

Способ измерения полного сопротивления или полной проводимости емкостной ячейки.

|Z| = f ()

;Y=Y_я+Y_ис(Y_ис– полная проводимость самой схемы)

Вид кривой зависит от настройки

: а) нет системы компенсации реактивной составляющей (метод прямого измерения)

б) простота, стоимость ниже

Недостаток: меньшая точность измерения, чем у Q– метрического и емкостного.

Факторы, влияющие на точность измерения

1) Аномальная дисперсия диэлектрической проницаемости. Этот фактор учитывается при выборе частоты измерений [Гц]

₀– частота на постоянном токе

_- для очень высокой частоты

В области Iдиполи воды успевают ориентироваться при изменении частоты

Область III– область аномальной дисперсии; диполи не успевают ориентироваться при изменении частоты.

Z.B. Выбор частоты: для чистой водыf = 1,8 ГГц

2) Условия квазистационарности.

Заключаются в том, чтобы эффективные размеры емкостной измерительной ячейки были меньше?, иначе теряет смысл емкостная ячейка как конденсатор, ее следует рассматривать как систему с распределенными параметрами.

Зависимость напряжения от радиуса пластины конденсатора

L_эф< 2R

2) Индуктивные ячейки

Предназначены для измерения высокопроводящих жидкостей (высокозагрязненных щелочами СВ).

Диапазон 1100 Сим/см

1 – катушка

2 – трубка из диэлектрика

3 – рабочая полость заполняемая анализируемой средой

ИИЯ – индуктивная измерительная ячейка

Z_ИИЯ=R_э+jL_эф