Зузак А.О.

Ужгородський національний університет

Первинний вимірювальний перетворювач безконтактного індуктивного кондуктометра

Проблема захисту довкілля є однією з важливих завдань, яке стоїть на сучасному етапі розвитку суспільства. Техногенна діяльність завдає непоправної шкоди природі. Зростання кількості шкідливих викидів приводить до порушення екологічного балансу в оточуючому нас середовищі. Тому проблема розробки апаратури для визначення рівня забруднення є актуальною і важливою.

Електропровідність є однією з основних електрофізичних параметрів різного роду речовин і характеризує їх здатність проводити електричний струм. Ця величина для значної кількості матеріалів значною мірою залежить від концентрації вільних носіїв струму (електронів у металах, додатних та від’ємних іонів в електролітах) та їх рухливості. Останній параметр в основному визначається механізмом розсіювання носіїв струму, який в свою чергу залежить, значною мірою, від вмісту домішок. Таким чином, визначення величини провідності, в певній мірі, дає можливість контролювати ступінь чистоти, тобто наявність домішок, і в кінцевому результаті визначати їх концентрацію. Це має важливе значення для ряду хіміко-технологічних процесів, при проведенні екологічного моніторингу та в наукових дослідженнях.

У цілому кондуктометричні методи поділяються на дві групи: контактні та безконтактні. Найпоширенішими є перші, реалізація яких значно проста. Але при вимірюваннях електропровідності цими методами хімічно активних речовин особливі вимоги ставляться до електродів. Зокрема, вони не мають вступати в хімічну реакцію із досліджуваною речовиною. При вимірюваннях на постійному електричному сигналі необхідно враховувати електролітичні ефекти та наявність перехідних шарів Гельмгольца. Наявність останніх може суттєво впливати на величину провідності, що в кінцевому результаті суттєво збільшує похибку та достовірність одержаних результатів.

Безконтактні методи, незважаючи на їх певну складність та громіздкість обчислень при визначенні величини провідності, усувають недоліки, притаманні контактним методам.

Принцип роботи індуктивного первинного вимірювального перетворювача кондуктометра базується на явищі електромагнітної індукції.

За наявністю провідного осердя абсолютна зміна індуктивності визначається за наступним співвідношенням [1]:

де: ― частота;

К ― коефіцієнт для розрахунку опору одношарових котушок;

L ― індуктивність котушки;

L_e ― індуктивність осердя;

r_ел ― опір електроліту.

Звідси ми можемо визначити відносну зміну індуктивності первинного вимірювального перетворювача:

Опір осердя знаходимо із наступного співвідношення:

,

де: l ― рівень електроліту у вимірювальній камері;

D ― діаметр вимірювальної камери;

― питомий опір електроліту.

Обчислення відносної зміни індуктивності при різних значеннях питомого опору електроліту в діапазоні зміни від 0,01 до 100 Ом*м наведено на рис.1. Як видно із наведених результатів, відносна зміна індуктивності не перевищує 18% при зміні опору на чотири порядки.

Рис.1 Залежність відносної зміни індуктивності ∆L/L від величини питомого опору провідного осердя

Таким чином, враховуючи зв'язок між електропровідністю та концентрацією іонів у водних розчинах одержані результати можуть бути використані для контролю ступеня очистки.

Література:

1. Волгов В. А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е перераб. и дополненное. –М.: Энергия, 1977. – 656с: ил.