Технические науки /6.Электротехника и радиоэлектроника

1Гуцул О.В., 2Слободян В.З

1Буковинський державний медичний університет

2Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича

Порівняння безелектродного та електродного методів вимірювання електрофізичних характеристик невеликих проб рідини

 

Безелектродні методи дослідження мають ряд переваг перед електродними методами досліджень електрофізичних параметрів рідин [1], у тому числі при дослідженні особливо чистих рідин. Переваги безелектродного методу вимірювання електрофізичних параметрів рідини під час її протікання у капілярі [2, 3] порівняно із електродним способом найбільш яскраво проявляються при дослідженні протікання невеликої проби досліджуваної рідини на фоні еталонної рідини, оскільки електродний спосіб у цьому випадку є не ефективним. Результати одночасних експериментальних досліджень  двома методами приведені на рис. 1.

Спочатку спостерігали протікання еталонної рідини від t=0 с до t=100 с. При цьому напруга на виході вимірювача добротності Uq та струм І залишались не змінними. Далі при t=100 с верхній кінець капіляра виймався із еталонної рідини і занурювався для зняття фіксованої проби в об’ємі досліджуваної рідини, а потім знову повертався до попереднього об’єму еталонної рідини напротязі невеликого часового інтервалу. Вимірювач добротності фіксує входження і протікання досліджуваної рідини на фоні еталонної рідини в капілярному соленоїді, в той час, як електродний спосіб реєструє спочатку зникнення струму, а потім через деякий час його відновлення (t=185 с), але до меншого значення, оскільки питомий опір досліджуваної рідини виявився більшим ніж еталонної рідини. При t=170 с безелектродний спосіб фіксує максимальне значення добротності, що свідчить про повне входження проби досліджуваної рідини в реактивну зону, для якої коефіцієнт взаємоіндукції дорівнює константі М. Подальше зменшення добротності свідчить про вихід досліджуваної рідини із реактивної зони в зону де коефіцієнт взаємоіндукції М різко зменшується і стає майже рівний нулю в області від t=210с до t=220 с. При t=290с досліджувана проба рідини досягла кінця капіляру і напротязі t=10 с поступово виходила з нього, внаслідок чого опір рідини в капілярі зменшився, про що свідчить поступове зростання струму І до попереднього значення струму еталонної рідини. При t>305 c через капілярний соленоїд протікає лише еталонна рідина, яка вимиває невеликі залишки проби досліджуваної рідини, які затримались біля стінок капіляру. Безелектродний метод раніше фіксує відновлене значення еталонної рідини, оскільки реактивна зона закінчується раніше, ніж кінець капілярного соленоїда.

Рис. 1. Часові залежності напруги Uq та струму І під час протікання рідини у капілярному соленоїді електродним (крива 1) та безелектродним способом (крива 2)

Розміри реактивної зони капілярного соленоїду Δτ можна визначити із рис. 1 побудувавши дотичні до переднього і заднього фронту імпульсу і знайшовши точки перетину дотичних із прямою Uq  за межами дії імпульсу. Знайшовши час t1 початку входження досліджуваної рідини в капілярі, час t2  початку входження її в реактивну зону, час t3 початку виходу її із реактивної зони та час t4 початку виходу досліджуваної рідини із капіляру можна знаючи довжину капіляра обчислити ефективну швидкість рідини в капілярі за формулою:

 , і ефективну довжину реактивної зони: , яка зв’язує опір рідини R1 з питомим опором ρ під час вимірювання безелектродним методом:

.

У той час як для електродного способу вимірювання опору рідини R2:

.

Тому при порівнянні електродного та безелектродного методів, оскільки питомий опір ρ є константою, що характеризує рідину, незалежно від її геометричних розмірів, а поперечний переріз Sк один і той же для двох методів, між опорами рідини існують такі співвідношення:

, .

На рис. 2 приведено порівняння протікання двох різних проб рідин в капілярному соленоїді на предмет їх ідентифікації, з якого видно, що друга рідина (крива 3,4) має довший час протікання, а отже і більшу ефективну в’язкість, крім того із рис видно добру якісну відтворюваність результатів вимірювання. Даний безелектродний метод є перспективним для дослідження протікання невеликих проб тих рідин, для яких інші методи не придатні.

Рис. 2. Часові залежності напруги Uq та струму І під час протікання рідини у капілярному соленоїді електродним та безелектродним способом для двох різних проб рідин (криві 1,3 – дослідження безелектродним способом; криві 2,4  – електродним способом )

 

Література:

 

  1. Калинин В. В., Казак А. В. Cпособ и устройство для измерения сопротивления водных электролитов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - Т. 74, № 8. - С. 46-48.

2.      Пат. 35766 України. Спосіб автоматизованого вимірювання в’язкості біологічних рідин безелектродним методом / М. В. Шаплавський, В. П. Пішак, О. В. Слободян, П. М. Григоришин.- 10.10.2008.

  1. Пат. 36976 України. Безелектродний спосіб автоматизованого вимірювання питомого опору електролітів та біологічних рідин / М. В. Шаплавський, В. П. Пішак, М. Ю. Коломоєць; О. В. Слободян; П. М. Григоришин.- 10.11.2008.