- •Эи.Лпр4 – Электрохимические преобразователи
- •Зависимость электропроводности растворов от концентрации.
- •Зависимость электропроводности растворов от температуры.
- •Электродные и граничные потенциалы.
- •Электролиз и поляризация.
- •Электролитические резистивные преобразователи
- •Гальванические измерительные преобразователи
Эи.Лпр4 – Электрохимические преобразователи
Назначение
Ознакомиться с видами электрохимических преобразователей, изучить устройство и принцип работы.
Краткие теоретические положения
В общем случае электрохимический преобразователь представляет собой электролитическую ячейку, заполненную раствором с помещенными в нем двумя или несколькими электродами, служащими для включения преобразователя в измерительную цепь.
Как элемент электрической цепи электролитическая ячейка может характеризоваться развиваемой ею э. д. е., падением напряжения от проходящего тока, сопротивлением, емкостью и индуктивностью.
Выделяя зависимость между одним из этих электрических параметров и измеряемой неэлектрической величиной и подавляя действие других факторов, можно создать электрохимические преобразователи для измерения состава и концентрации жидких и газообразных сред, давлений, перемещений, скоростей, ускорений и ряда других неэлектрических величин.
Электрические параметры ячейки зависят от природы и состава раствора и электродов, химических превращений в ячейке, температуры, скорости перемещения раствора и других величин. Связи между электрическими параметрами электрохимических преобразователей и указанными выше неэлектрическими величинами определяются законами электрохимии. Некоторые положения ее приводятся ниже.
Растворы солей, кислот и оснований в воде и в ряде других растворителей обладают электропроводностью и называются проводниками второго рода. К проводникам второго рода относятся также многие твердые и расплавленные соли.
При растворении происходит диссоциация — расщепление молекул на положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы). Вещества, расщепляющиеся при растворении на ионы и образующие поэтому электропроводящие растворы, называются электролитами.
Каждый ион в соответствии с его валентностью несет положительный или отрицательный заряд, равный или кратный заряду электрона. Под воздействием электрического поля катионы движутся к отрицательному электроду (катоду), а анионы — к положительному электроду (аноду) и переносят электрические заряды.
Зависимость электропроводности растворов от концентрации.
Электропроводность чистой, тщательно дистиллированной воды близка к нулю и возрастает по мере повышения концентрации растворенных в ней веществ.
Растворы характеризуются весовой концентрацией р, измеряемой в граммах на литр, миллиграммах на литр или в миллиграммах на миллилитр, эквивалентной или молярной концентрацией с, измеряемой соответственно в грамм- эквивалентах (г-экв) или грамм- молекулах (г-моль) на литр, и химической активностью а.
Раствор с эквивалентной концентрацией 1 г-экв растворенного вещества на 1 л раствора называется нормальным раствором данного вещества.
Активность а равна произведению эквивалентной концентрации с на коэффициент активности f, равный единице для растворов бесконечного разбавления и уменьшающийся по мере повышения концентрации, так как химическая активность растворенного вещества падает с ростом концентрации из-за уменьшения степени диссоциации и подвижности ионов.
Удельная электропроводность раствора пропорциональна его эквивалентной химической активности:
Коэффициент λ называется эквивалентной электропроводностью. От весовой концентрации р или эквивалентной концентрации с удельная электропроводность зависит нелинейно. Как видно из рис. 4-1, полагать эту зависимость линейной или однозначной можно только в определенных пределах.
Зависимость проводимости электролитов от их концентрации позволяет использовать электролитическую ячейку в качестве измерительного преобразователя, естественной входной величиной которого является значение химической активности а раствора, не имеющее в общем случае однозначной связи с концентрацией раствора. Выходной величиной преобразователя является электрическая проводимость между электродами.
Обстоятельство, заключающееся в том, что при электрических методах измерения химических величин (как будет показано далее, это относится не только к электропроводности) воспринимается не просто молярная концентрация вещества с, а его химическая активность а = fc, представляет собой большое преимущество этих методов, так как режим реальных химических технологических процессов наиболее точно характеризуется именно значением химической активности а.