3.9 Электролиттік кедергі түрлендіргіштері

Электролиттік түрлендіргіштер электрохимиялық түрлендіргіштер типіне жатады. Жалпы жағдайда электрохимиялық түрлендіргіш түрлендіргішті өлшеу тізбегіне қосуға арналған электродтар ерітіндісімен толтырылған электролиттік ұяшық болып табылады. Электр тізбегінің элементі ретінде электролиттік ұяшық ЭҚК-імен, өтетін токтан кернеу түсуімен, кедергімен, сыйымдылықпен және индуктивтілікпен сипатталады. Осы электрлік параметрлер мен өлшенетін электрлік емес шама арасындағы тәуелділікті ала отырып және басқа факторлар әсерін басып, сұйық және газ тәрізді ортаның құрамын, концентрациясын, қысымын, орын ауыстыруын, жылдамдығы, үдеуін және т.б. шамаларды өлшейтін түрлендіргіштер алуға болады. Ұяшықтың электрлік параметрлері ерітінділер мен электродтар құрамынан, ұяшықтағы химиялық айналулардан, температурадан, ерітіндінің қозғалу жылдамдығынан тәуелді. Электрхимиялық түрлендіргіштердің элек­трлік параметрлері мен электрлік емес шамалар арасындағы байланыс электрохимия заңымен анықталады.

Тұз, қышқыл және негіздердің судағы ерітінділері электрөткізгіштікке ие және екінші текті өткізгіштер деп аталады. Еру кезінде диссоциация жүреді – молекулалардың оң және теріс иондарға ажырауы. Еру кезінде иондарға ажырайтын және электрөткізгіш ерітінді түзетін заттар электролиттер деп аталады. Электр өрісі әсерінен оң иондар теріс электродқа, ал теріс иондар оң электродқа қозғалады және электр зарядтарын тасиды.

Таза судың электрөткізгіштігі нолге жуық және еріген заттардың концентрациясының өсуіне байланысты өседі. Ерітінділер сипаты:

• молярлық масса Р, г/моль;

• молярлық концентрация С, моль/м³;

• химиялық белсенділік а.

Активтілік а эквивалентті концентрацияның С концентрацясы аз ерітінділер үшін бірге тең және концентрацияның өсуіне қарай азаятын белсенділік коэффициентіне f көбейтіндісіне тең.

Ерітіндінің меншікті электрөткізгіштігі оның эквивалентті химиялық белсенділігіне пропорционал:

γ = λfС = λа.

λ коэффициенті эквиваленттік электрөткізгіштік деп аталады. 

Меншікті электрөткізгіштік салмақтық Р және эквиваленттік концентрациядан С сызықты тәуелді. Электролиттердің өткізгіштігінің концентрациядан тәуелділігі электролиттік ұяшықты өлшеу түрлендіргіші ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Түрлендіргіштің кіріс шамасы ерітіндінің химиялық активтілігі а , ал шығыс шамасы электродтар арасындағы электрлік өткізгіштік.

Электролиттік кедергі түрлендіргішінің жұмыс принципі және қателіктері. Электролиттік түрлендіргіштердің жұмыс принципі электролиттік ұяшық кедергісінің электролит концентрациясы мен құрамынан, сондай-ақ ұяшықтың геометриялық өлшемдерінен тәуелділігіне негізделген. Электролиттік түрлендіргіш сұйықтығының бағана кедергісі

                                                                                          (3.6)

мұнда γ = 1/р – электролиттің меншікті өткізгіштігі; k - әдетте тәжірибемен анықталатын геометриялық өлшемдеріне тәуелді түрлендіргіш тұрақтысы.

Бұл жерде кедергіні өлшеу тәсілдерінің кез келгенін қолдануға болады. өлшеу негізінен айнымалы токта жүргізіледі (өлшеу электролиз болмас үшін). Құралды тұрақты ток көзіне қосқанда корек кернеуі үлкен болуы керек, себебі поляризация ЭҚК-і үлкен қателік тудырмас үшін.

Ерітінді концентрациясын өлшеу үшін құралды бөліктеу екі тәсілмен жүргізіледі:

• үлгілік ерітінділер көмегімен;

• үлгілік магазиндік кедергі көмегімен, берілген концентрация үшін кедергі мәндері алдын ала есептеледі.

Ерітінідінің электр өткізгіштігі температураға тәуелді. өткізгіштіктің температуралық коэффициенті бөлме температурасында қышқылдар үшін β = 0,016°С-1, тұздар үшін - β = 0,024°С^-1 , негіздер үшін - β = 0,019°С^-1. Температураның өсуімен β мәні азаяды. Температуралық қателікті өтеудің көптеген тәсілдері бар, бірақ бұл тәсілдердің барлығы керемет температуралық компенсацияны бермейді, өйткені қателік температура мен концентрацияның өзгеруімен өсіп отырады.

3.33-суретте температуралық компенсациясы бар электроли­тік түрлендіргіш схемасы көрсетілген. Қателік өтелетін кедргінің тізбектей қосылуымен өтеледі.

3.33-сурет. температуралық компенсациясы бар электроли­тік түрлендіргіш

Электролиттік түрлендіргіштер негізінен ерітінді концентрациясын өлшеуге, сондай-ақ орын ауыстыру, жылдамдық, механикалық деформация, температура және басқа да шамаларды өлшеуге арналған. Электролиттік түрлендіргіштердің түрлі электрлік емес шамаларды өлшеуде қолданылуын қарастырайық.

Электромеханикалық орын ауыстыру түрлендіргіштері. Электролиттің тұрақты концентрациясында түрлендіргіш кедергісі электродтар арасындағы қашықтық немесе электролит қимасы өзгергенде өзгереді. Электролиттік орын ауыстыру түрлендіргіштерінің әрекеті де осыған негізделген. Төменде сызықты (3.34, а-сурет) және бұрыштық (3.34, б-сурет) орын ауыстыру түрлендіргіштері және олардың көпірлік өлшеу тізбегіне қосылу схемасы көрсетілген.

Көпірдің екі иығы (3.34, а-суретті қараңыз) бір қозғалмалы (орташа) және екі қозғалмайтын электроды бар дифференциалдық электролиттік түрлендіргіштің R₁ және R₂ кедергілерімен түзілген. Электролиттік орын ауыстыру түрлендіргішінің негізгі артықшылығы электролитті қозғалтуға көп күш жұмсалмауы болып табылады.

3.34-сурет. Сызықты (а) және бұрыштық (в) электролиттік орын ауыстыру түрлендіргіштері:

1 — каучуктық құбыр; 2 — электролит; 3 — электрод

3.35-суретте электролитпен 2 толтырылған ішкі диаметрі 1мм каучуктық құбырдан 1 және құбыр ұштарына ішкі көлемі толық электролитпен толтырылатындай екі электродан 3 тұратын электролиттік тензотүрлендіргіш схемасы көрсетілген. Қысқыштар 4 көмегімен түрлендіргіш зерттелетін объектке бектіледі.

3.35-сурет. Электролиттік тензотүрлендіргіш:

1— құбыр; 2 — электролит; 3 — электрод­тар; 4 — қысқыштар

Электролит құрамына, құбыр каналының ұзындығымен қимасына баланысты бастапқы кедергісі жүзден бірнеше жүз килоомға жететін түрлендіргіштер дайындауға болады. Мұндай түрлендіргіштер өте үлкен салыстырмалы деформацияларды өлшейді (Δl/l=0,6-ға дейінгі), олардың тензосезімталдық коэффициенті

Жиіліктік сипатамасы 500...700 Гц жиілікке дейін жетеді. Электролиттік түрлендіргіштердің артықшылығы – үлкен қорек кернеуін пайдалану мүмкіндігі (500 В-қа дейін). Резеңке электролиттік түрлендіргіш жоғары оқшаулау қасиеттеріне ие, сондықтан оны судағы немесе каучукты бұзбайтын басқа сұйық ортада бөлшектер деформациясын өлшеуде қолдануға болады.

Интегралдаушы үдеу өлшегіш. Электролиттік түрлендіргіштер интегралдаушы үдеу өлшегіштерде ракета жылдамдығын өлшеу үшін қолданылады. 3.36-суретте инерция массасының гидродинамикалық аспасы бар интегралдаушы үдеу өлшегіштің схемасы көрсетілген.

3.36-сурет. Интегралдаушы үдеу өлшегіш:

1 – герметикалық камера; 2 – қалтқы; 3 – 5 электродтар

Бұл құрал қалтқы 2 жүзіп жүретін электролитпен толтырылған герметикалық камера 1 түрінде алынған. Камера қосымша двигатель Д көмегімен тұрақты айналма жылдамдықпен айналады. Сұйықтың айналуы кезінде пайда болған центрге тарту күші әсерінен қалтқы камераның симметрия осі бойымен орнатылады. При наличии составляющей X ускорения в направ­лении оси вращения X’X" айналу осі бағытында үдеу құраушысы Х бар кезде қалтқыға инерция күші әсер етеді

F_и=(P_ж – P_п)V_п X",

мұнда Р_ж — сұйық тығыздығы; Р_п — қалтқы тығыздығы; V_п — қалтқы көлемі; X" — үдеу.

Үдеу әрекетіне қарама-қарсы бағытталған күш қалтқыны қозғалсысқа келтіреді және қалтқы жылдамдығына пропорционал сұйықтың гидродинамикалық кедергісінің күшімен теңдестіріледі:

F_r = kХ´,

мұнда k — пропорционалдық коэффициенті; X — қалтқының қозғалу жылдамығы.

өрнектің оң бөлігін теңестіре отырып, аламыз

X´ = k X",

мұнда

k=(Р_ж-P_п)V_п /k.

Сонымен, қалтқының орын ауыстыруы Х өлшенетін үдеудің уақыт бойынша интегралына пропорционал болады

                                                    Х = k∫Х"dt. (3.7)              

Камера ішіне үш электрод 3—5 орналастырылған, олардан сырғымалы контакттер көмегімен сыртқа шығыстар жасалады. Өлшеу тізбегі екі иығы R₁ және R₂ кедергілерімен, ал қалған екі иығы орташа электрод пен екі бүйір электродтары арасындағы электролит кедергілерімен құралған көпірден тұрады. Мұндай құрал қателігі температурамен анықталатын сұйық тұтқырлығының тұрақсыздығынан болады.