Устройство для измерения активности ионов водорода
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению активности ионов водорода (показателя рН) в жидких средах, преимущественно с низкой удельной электрической проводимостью. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений рН в жидких средах, преимущественно с низкой удельной электрической проводимостью. Устройство для измерения активности ионов водорода содержит измерительный электрод, размещенный в проточной среде и окруженный экраном в виде сетки из электропроводящего коррозионно-стойкого материала, и электрод сравнения, связанные с устройством обработки сигналов. Согласно изобретению измерительный электрод с экраном размещены в герметичной камере, снабженной подводящей и отводящей трубками. Измерительный электрод и подводящая трубка установлены в верхней стенке камеры, а отводящая трубка, с размещенным в ней электролитическим мостом электрода сравнения, установлена в нижней стенке камеры. Электролитический мост электрода сравнения также снабжен экраном из сетки, причем оба экрана выполнены равноудаленными соответственно от чувствительного элемента измерительного электрода и электролитического моста электрода сравнения. Экраны электрически связаны между собой и с устройством обработки сигналов. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению активности ионов водорода (показателя рН) в жидких средах, преимущественно с низкой удельной электрической проводимостью.
Известно устройство для стабилизации рН, которое используется при электрохимических измерениях в проточных электропроводящих растворах, авторское свидетельство №1260822, МПК G01N 27/56.
Устройство содержит измерительный электрод и электрод сравнения, размещенные в проточной среде и связанные с устройством обработки сигналов. Измерительный электрод и электрод сравнения окружены экраном из двойной сетки, выполненной из электропроводящего коррозионно-стойкого материала. Устройство содержит также вспомогательные электроды, расположенные вне пространства, ограниченного двойной сеткой.
Известное устройство является наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению и выбрано в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Недостатком известного устройства является то, что оба электрода находятся в непосредственной близости друг от друга. Вытекающий из электрода сравнения концентрированный раствор хлористого калия попадает на стеклянную мембрану измерительного электрода и при работе в слабопроводящих растворах вызывает дрейф потенциала электрода. Кроме того, в подобных растворах неравномерность пространственного распределения хлорида калия приводит к появлению концентрационных потенциалов между различными пространственными областями, что, в конечном счете, вызывает флюктуации измеряемой межэлектродной разности потенциалов.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности измерений рН в жидких средах с низкой удельной электрической проводимостью.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения активности ионов водорода, содержащем измерительный электрод, размещенный в проточной среде и окруженный экраном в виде сетки из электропроводящего коррозионно-стойкого материала, и электрод сравнения, связанные с устройством обработки сигналов, согласно изобретению измерительный электрод с экраном размещены в герметичной камере, снабженной подводящей и отводящей трубками, при этом измерительный электрод и подводящая трубка установлены в верхней стенке камеры, а отводящая трубка, с размещенным в ней электролитическим мостом электрода сравнения, установлена в нижней стенке камеры, электролитический мост электрода сравнения также снабжен экраном из сетки, причем оба экрана выполнены равноудаленными соответственно от чувствительного элемента измерительного электрода и электролитического моста электрода сравнения, и электрически связаны между собой и с устройством обработки сигналов.
Следует отметить, что в средах, имеющих значительные удельную электрическую проводимость (более 1000 мкСм/см), измерение рН не вызывает особых затруднений. Показания рН-метра стабильны и воспроизводимы. С уменьшением удельной электрической проводимости раствора измерения сильно усложняются. Начинают сказываться электромагнитные помехи и возникает случайный дрейф показаний, появляющийся даже в том случае, когда предприняты меры по экранированию от электромагнитных помех. Условно слабопроводящими растворами можно назвать растворы, более чистые, чем дистиллированная вода (проводимостью менее 5 мкСм/см). На практике измерить рН дистиллированной воды с погрешностью не хуже +0,05 рН без специальной проточной ячейки невозможно. В теплоэнергетике типовые значения проводимости используемой воды 0,1-0,3 мкСм/см. В ряде случаев проводимость используемой воды приближается к проводимости теоретически чистой воды 0,055 мкСм/см, что соответствует удельному электрическому сопротивлению 18,2 Мом/см. Совершенно очевидно, что подобный раствор можно скорее назвать изолятором, чем проводником.
Слабая ионизация подобных чистых растворов приводит к дефициту свободных зарядов, обеспечивающих прохождение электрического тока, и к флюктуации разности потенциалов между электродами. Кроме того, попадание в контролируемый раствор даже незначительного количества концентрированного раствора хлорида калия из электролитического моста электрода сравнения приводит к появлению пространственных областей случайной и неустойчивой формы с различными значениями концентрации хлорида калия и удельной электрической проводимости (появление своеобразных «облаков» раствора хлорида калия). В силу различных концентраций хлорида калия в данных образованиях между ними возникает концентрационная разность потенциалов, которая даже для раствора хлорида калия (у которого подвижность катиона и аниона близки) может в разбавленных растворах достигать заметной величины порядка 0,8-1,4 мв. Кроме того, попадание раствора хлорида калия на измерительный электрод вызывает дрейф его характеристик за счет изменения свойств гидратированного слоя стеклянной мембраны.
Таким образом, можно указать по меньшей мере три причины, весьма существенно осложняющие измерения рН чистых вод, в ряде случаев делающие эти измерения невозможными. Это влияние электромагнитных помех, заметные пространственные флюктуации носителей заряда в жидкости в силу ее слабой ионизации, а также влияние вытекающего из вспомогательного электрода концентрированного раствора хлорида калия.
Изложенная выше сущность заявляемого технического решения позволяет в значительной мере решить указанные проблемы.
В заявляемом техническом решении измерения рН осуществляются с использованием полностью изолированной от окружающего воздуха камеры, в которой расположены измерительный электрод и электролитический мост электрода сравнения. При этом измерительный электрод и электролитический мост электрода сравнения разнесены в пространстве и установлены в проточной ячейке таким образом, что первым по потоку контролируемой жидкости расположен измерительный электрод, а вторым - электролитический мост. Тем самым исключается попадание вытекающего из электролитического моста раствора в примембранную область измерительного электрода. Для снижения влияния пространственных флюктуации потенциала, возникающих в жидкости, разделяющей электроды (измерительный электрод и электролитический мост электрода сравнения), каждый из них окружен собственным экраном из сетки, причем оба экрана выполнены из одного и того же электропроводящего и коррозионно-стойкого материала. Экраны выполнены сферической или близкой к сферической формы, а соответствующие части измерительной системы расположены в центре экранов. Оба экрана соединены между собой электрически перемычкой, выполненной из того же материала, что и каждый из экранов. Таким образом, оба экрана объединены в общий экран. Электрические выводы от измерительного электрода, электрода сравнения и общего экрана соединены с устройством обработки сигналов. В устройстве обработки сигналов осуществляется измерение разности потенциалов.
Заявляемое техническое решение, охарактеризованное указанной выше совокупностью существенных признаков, на дату подачи заявки не известны в Российской Федерации и за границей и отвечают требованиям критерия "новизна".
Заявляемое техническое решение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков предлагаемого устройства и обеспечивающие достижение заявляемого технического результата, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Сущность заявляемого технического решения поясняется графическим материалом, на котором представлена схема устройства.
Устройство для измерения активности ионов водорода содержит герметичную камеру 1, измерительный электрод 2 и электрод сравнения, состоящий из опорного электрода 3 и электролитического моста 4. Измерительный электрод 2 и опорный электрод 3 электрода сравнения электрически связаны с устройством обработки сигналов 5. Измерительный электрод 2 и электролитический мост 4 размещены внутри герметичной камеры 1 и окружены каждый собственным экраном соответственно 6 и 7 из сетки, выполненной из электропроводящего коррозионно-стойкого материала. Камера 1 снабжена также подводящей и отводящей контролируемую воду трубками 8 и 9. Измерительный электрод 2 и подводящая трубка 8 установлены в верхней стенке камеры 1, а отводящая трубка 9, с размещенным в ней электролитическим мостом 4, установлены в нижней стенке камеры 1. Экраны 6 и 7 выполнены равноудаленными соответственно от чувствительного элемента измерительного электрода 2 и электролитического моста 4 электрода сравнения, электрически связаны между собой и устройством обработки сигналов 5. Стрелками на схеме условно показаны измерительные токи, протекающие в системе между электродами.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Через подводящую трубку 8 в герметичную камеру 1 поступает контролируемая вода, которая, перемещаясь сверху вниз, омывает сначала измерительный электрод 2, затем электролитический мост 4 электрода сравнения и удаляется из камеры 1 через отводящую трубку 9. Направление потока жидкости и пространственное разнесение измерительного электрода 2 и электролитического моста 4 исключает попадание на мембрану измерительного электрода 2 концентрированного раствора хлорида калия, вытекающего из электролитического моста 4. Герметичное исполнение камеры 1 исключает попадание в контролируемую воду загрязняющих веществ из воздуха. Измерительные токи, протекающие в системе между электродами и условно показанные на схеме стрелками, имеют пространственно фиксированную конфигурацию, которая определяется конфигурацией экрана и обусловлена свойством эквипотенциальности металлических поверхностей. Замыкание всех токов на экраны 6 и 7 исключает появление каких-либо случайных блуждающих токов, которые могли бы появиться за счет электрокинетических явлений на поверхностях ячейки. Кроме того, измерительные токи протекают в значительном объеме пространства камеры 1, что приводит к усреднению возможных зарядовых флюктуаций в жидкости и повышению стабильности измеряемой разности потенциалов между электродами.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет значительно повысить точность измерения рН в жидких средах, особенно с низкой удельной электрической проводимостью.
Устройство для измерения активности ионов водорода, содержащее измерительный электрод, размещенный в проточной среде и окруженный экраном в виде сетки из электропроводящего коррозионно-стойкого материала, и электрод сравнения, связанные с устройством обработки сигналов, отличающееся тем, что измерительный электрод с экраном размещены в герметичной камере, снабженной подводящей и отводящей трубками, при этом измерительный электрод и подводящая трубка установлены в верхней стенке камеры, а отводящая трубка, с размещенным в ней электролитическим мостом электрода сравнения, установлена в нижней стенке камеры, электролитический мост электрода сравнения также снабжен экраном из сетки, причем оба экрана выполнены равноудаленными соответственно от чувствительного элемента измерительного электрода и электролитического моста электрода сравнения, и электрически связаны между собой и с устройством обработки сигналов.
