Способ определения гидростатического давления

 

Использование: потенциометрические определения со стеклянными электродами, в частности определение гидростатического давления с помощью электрохимических (хематронных) датчиков давления, основанных на использовании зависимости определенных свойств растворов электролитов от давления (в частности рН). Сущность изобретения: определяют электродвижущую силу электрохимической ячейки при нормальном давлении в морской воде и при повышенном давленйй ТҐаТлубине, по изменению ЭДС рассчитывают давление морской воды по уравнению Р ДЕр-А-ВТ- ДТ2/РТ+С, где Р - давление, МПа; А Ер - изменение ЭДС ячейки, равное разнице ЭДС при нормальном давлении и давлении Р; ,2065; В-0.683061: ,735086; D-1,18694 КГ3; F-1,41433 10 3; Т-температура на глубине. 1 ил., 2 табл. со С

((9) (! I ) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОцИАЛИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (s» s G 01 N 27/416

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"6 полупроводниковые тензометрические ripeобразователи давления.

Известен способ измерения давления с помощью хематронных-датчиков статического давления, основанный на изменении электропроводности водных растворов слабых электролитов в зависимости от давления: способ измерения давления по изменению ЭДС злектрохимической ячейки при движении электролита в ячейке за счет разности давлений., Однако применение изложенных способов измеренйя давления в морской воде

In slav с помощью потенциометрического эойда требует усложнения измерительной системы зонда. Способ измерения не приИзобретение относится к способам определения гидростатического давления с помощью электрохимических датчиков, основанных на использовании зависимоСти определенных свойств растворов электролитов от давления.

Предлагаемый способ измерения дав- ления предназначен для использовайия,в океанографических гидрохимических зондах.

Нарядус известными способами измерения давления с помощью механоэлектрических датчиков давления в океанографической аппаратуре.для измерения гидростатичесЮМ) давления находят применение вибрационные и.1 2 (21) 4667343/25 в частности определение гидростатического (22) 27.03 89 . . давления с помощью электрохимических (46) 23.08.92. Бал. М 31 . (хематронных) датчиков давления. основан(71) Институт неорганической . химии АН, ных на использовании зависимости опредеСССР .: ленных свойств растворов электролитов от (72) П, А.Крюков, С.А.Зарубина и А.В.Шува- давления (в частности рН). Сущность изо> ев: .. - бретения: определяют электродвижущую (56) Крюков П.А. Известия СО АН СССР, силу злектрохимической ячейки при норСерия химических наук,1982 г.,вып.1, N.2, мальном давлении в морской воде и при с.59. . повышенном давлении йа"глубине, по изКалинина А.Г. Исследование растворов менению ЭДС рассчитывают давление электролитов при давлениях 1-7000 кг/см морской воды по уравнению Р= Л ЕР-А-ВТкондуктометрическим методом. Дис, на со- ДТ /FT+C. где P — давление, МПа; h, Ер— иск.учен .степени к.х. наук. Новосирирск, изменение ЭДС ячейки, равное разнице

1974,........ ЭДС при нормальном давлении и давлен (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОСТА- Р; А=98,2065; В-0.683061: С=0,7350

ТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ 0-1,1869410; F=-1,4143310;Т-темпе (57) Использование: потенциометрические тура.на глубине. 1 ил„2 табл. определения со стеклянными электродами, 1756811

А=98,2065;

В=0.683061;

С=0,735086;

Стекло с Н - боратный СтеклосИа - Морская вофункцией бу фе р н ы и функцией да раствор

Стекло с Иа - Отводящий функцией полуэлемент

Отводящий полуэлемент меним для измерения высоких статических давлений, существующих в океане.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения давления, осно" ванный на изменении электропроводности водных растворов электролитов в зависимости от давления, т.е. в основу которого заложен принцип зависимости свойств раствора электролита от давления, Способ заключается в измерении сопротивления водных растворов слабых электролитов в зависимости от давления.

Недостатком кондуктометрического способа измерения давления является его несогласованность с потенциометрической измерительной системой гидрохимического зонда, необходимость введения для него специального измерительного канала и отличие в.конструкции кондуктометрического датчика от унифицированных элементов, применяемых в зонде потенциометрических датчиков.

Целью изобретения является уйрощение способа измерения гидростатического давления с помощь1о гидрохимического зонда, предназначенного для измерения

ЭДС электрохимических ячеек с ионоселективными электродами.

Поставленная цель достигается тем, что определяют электродвижущую силу электрохимической ячейки при нормальном давлении в морской воде и при повышенном давлении на глубине; по изменению ЭДС ячейки рассчитывают гидростатическое давление по уравнению:

Ь Ер — А — ВТ вЂ” DT

FT+C где Р— давление а МПа;

Ер — изменение ЭДС ячейки, равное

Ь Ep=E>-Ep. Е1 — ЭДС в поверхностных слоях при норглальном давлении, Ер—

ЭДС при давлении P на глубине; двойной стеклянный электрод

ЭДС дайной ячейки определяется суммой скачков потенциалов

Е= Ю1 + Рз- Р+ - Y и после элиминирования одинаковых значений потенциалов с учетом симметричности отйосительно вну1 ренних полуэлементов

D--1,18694 ° 10

F= 1,41433 10

Отличиями предлагаемого способа является определение изменения ЭДС элект5 рохимической ячейки на глубине в морской воде по отношению к ЭДС на поверхности.

Хотя способ измерения давления по изменению ЭДС известен, однако он применим только для измерения динамических давле10 ний, а для высоких статических давлений непригоден..

На чертеже прйведека схема электрохимической ячейки.

Ячейка сотоит из стеклянных электро15 дов 1 с натриевой функцией, один из которых заполнен стандартным (боратным) буферным раствором 2, внутри которого по- . мещен стеклянный электрод 3 с водородной функцией с раствором 4 и токоотводящим

20 электродом 5, образующих "двойной" стек-, лянный электрод, и второго стеклянного электрода с натриевой функцией с таким же токоотводящим полуэлементом, как и в электроде 3. Внутренние электроды монти-:

25 руются с помощью пористых пробок 6, отделяющих внутренние водные растворы от силиконового масла 7, служащего вместе с эластичными трубками 8 из пластизоля и отверстиями во фторопластовых деталях 9

30 для передачи давления внутрь электродов.

Токоотводящими являются окислительно-восстановительные полуэлементы на основе системы ферро-ферри — йонов (ГеЯОл 0,05М; Fz(S0<)g 0,025М) — Pt, 35 Ее /Ге, 0,1н. HCI, обладающие малой зависимостью ЭДС от давления и отсутствием гистерезиса по температуре.

В качестве электролита в ячейке используется боратный буферный раствор (0,01М

40 И а2В407 101(20), для которого Влилние давления на величину рН является наибольшим по сравнению с другими буферными растворами.

Величина ЭДС, как функция давления, 45 измеряется в ячейке:

Е=- рг +у, т,е. определяется состоянием только внутреннего раствора двойного стеклянного электрода, в данном случае — боратного буферного раствора, 50 Калибровочные данные для зависимости величин ЭДС ячейки 1 от давления йол1756811

5 6 учены путем их измерения нэ лабораторной ляется точностью измерения давления, она установке. имитирующей глубинные усло- . составляет 0,5 мВ или в единицах рН О,М вия. Разности величин ЭДС ячейки при нор- — Предлагаемый способ измерения давмальном давлении (Е|) и при давлении Р ления может быть йрйменен и по своему (Ер), отнесенных к одним и тем же зйачени-. " 5 прямому назначению в океанографической ям температуры Т (h. Ер=(Е) Ер)т,, . аппаратуре, если указаннэя выше точность

Зависимость йзменения ЭДС (Л Е) ячей- измерения (+.1,5 МПа) достаточна для решаки 1 для боратного буферного раствора от емых задач. температуры и давления приведена в Таким образом, предлагаемый способ табл 1, . ".. 10 измерения гидростатического давления по

Зависимость ЭДС (Е1) ячейки 1 для бо- сравнению с известным"является более ратного буферного раствора от температу- простым, а именйо не"требует введения ры при нормальном давлении приведена в дополнительных каналов и усложнения, табл.2....,.:: : конструкции потенциометрйческого зонда, Полученные экспериментальные дан- 15 дает возможность испбльзовать унифициные аппроксимируются уравнением и, -:-...,.: роаэнные каналы"электроннйх схем гидроЕ1аТ+Ь. - . (2) химического зонда путем использования

Коэффициенты этих уравнений (1) под- стеклянных датчиков, аналогичных по конбирают путем минимизации средних квад- струкции датчикам физико-химических паратичных отклонений экспериментальных 20 раметров морской воды, представляющих " данных от значений, даваемых интерполя-. собой ионоселектианые электроды. ционным уравнением и равны: A=98,2065;:: . Ф о р мул а из о б jieтен ия

В=-0,68306; С=.0,735; 0=1,187 10; F=-1,414х Способ определения гидростэтического

x10 . Коэффициенты а и Ь уравнения (2) давления, заключающийся в измерении рассчитаны МНК и равны: а=1,202; Ь=З3.88. 25 электрохимического параметра с последующим определением искомой величины, о т-.

Воспроизводимость величин Л Ер в па- л и ч à ю шийся тем; что, с целью упрощераллельных опытах при onðåäåëåííîé тем- ния сйособа, измеряют электродвижущуюся пературе на каждой ступени давления не силуячейкипринормальномдавленииипри хуже 0,5мВ, что соответствует изменению в 30 повышенном на глубине в водной среде, давлениях, равному 1,5 МПа, Относитель-.. после чего определяют велйчину давления ная ошибка измерения давления на глубине .. по формуле

6000м составляет 2,5%. По величине изменения ЭДС (ЛЕр) давление определяется . Я,Ер — А — цТ вЂ” pg по уравнению (1).. ":35 " РТ + C

Процедура определения давления заключаетсЯ в измеРениЯх ЭДС Ячейки 1 (ЕР) где P — давление в МПа; и темпеРатУРы Щ на глУбине, Расчете Зна- ЛŠ— изменение )дСя чения ЭДС ячейки 1 (Е|) при нормальном .А- эмпирический коэффициент, равный давлении и глубинной температуре по.урав- 40 98 2065 нению (2) и затем в вычислении искомого р эмпирический коэффицие ра ы"

-эмпирически коэффициент, равный давления (Р) по урэайению (1).. 0 683061.

Основным назначением и е лагаемого оа назначением предлагаемого С вЂ” эмп1|рический коэффициент, равный способа измерения давления является внесение поправки на давление в значения р а давление в значения pÍ 45 .," D-эмпирический коэффйциент, равный стандартных буферных растворов, относи- 1 18694,10 з тельно которых производится измерение . Р— эмпи-ический коэффиц е, ра и — эмпирический коэффициент, равный, рН морской воды гидрохимическим зондом. 1 41433.)0

Ошибка, вносимая в значения рН, опреде- Т температура нэ глубине

1756811

Таблица 1

Таблица 2

293 15

283.15

288,15

Т К 29815

273 15:

278 1

36 7

362,5

373,0

381,0

388,7

Е +0,5 иВ 391,0

Составитель П. Крюков

Техред М.Моргентал Корректор М. Шарощи

Редактор Н, Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3085 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета rla изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Рауаская наб., 4/5