опорный „

Гепь или ватВор тта/гтчести ш Опорный гель с постоянной рн Электрод -Juлu растдор

VacmBop,--

. --irrirl Соледой гель

zzzzfrziT-. или раствор

ЧиВствительная рН которого МемВрана Пористый i<pH стеклянная измеряется материал

мембрана

а) В)

Рис, 8.1, Измерительный преебразователь для определения значения рН

ются путем помещения двух специальных электродов в раствор. Один из этих электродов называется рН-злек-тродом (рис. 8.1, а), а другой - опорным электродом (рис. 8.1,6).

Современные рН-электроды выполняются в виде простого пробника (зонда), в котором размещаются оба электрода, называемого комбинированным электродом (рис. 8.2). Специальная стеклянная мембрана,-чувствительная к значению рН, покрывает верх пробника так, что нет необходимости втягивать раствор впробник.

Переносные вольтметры используются специально для измерения показания рН и непосредственного отображения его значения на щкале, хотя для этой цели можно в принципе применять любой вольтметр с достаточно высоким входным сопротивлением (по крайней мере 100 МОм). Чувствительность рН-электродов составляет 59,1 мВ на единицу значения рН при 25 °С. Необходимо внимательно относиться к компенсации изменений температуры, поскольку тепловая чувстви-

,рИ-электрод

Опорный металлический электрод

Гель о опорной кони,ентраидеи. ионов

Керамический переход

Гель с постоян~ ным рН

рН- чувствительная стеклянная мембрана

Рис. 8.2. Комбинированный рН-преобразо-ватель, содержащий в одном зонде рН-элек-трод и опорный электрод

тельность преобразователя составляет около 0,2 мВ на единицу значения рН на каждый градус Цельсия. Современные рН-метры обычно содержат в своем составе температурные измерительные преобразователи либо сами непосредственно осуществляют температурную компенсацию.

Окислительно-восстановительный потенциал

Простейшая конструкция рН-электрода может быть использована для измерения окислительно-восстановительного потенциала. Положительное значение этого потенциала означает, что раствор содержит окислительное вещество, а отрицательное отражает наличие восстановительного вещества.

Преобразователи для измерения концентрации специфических ионов

Электроды для определения окислительно-восстановительного потенциала и рН-электроды являются примерами измерительных преобразователей, которые обнаруживают и позволяют измерять концентрацию специфических ионов в растворе. Однако существуют преобразователи, способные выполнять эти же функции и в отнощении других типов ионов. Все они имеют одинаковую конструкцию в виде чувствительного и опорного электродов, помещенных в раствор, либо в виде двух зондов или одного зонда комбинированного типа. Вещество, из которого изготавливаются электроды, определяется, конечно, видом специфических ионов, концентрация которых измеряется.

Проводимость

Измерение проводимости растворов может помочь в определении их концентрации. Основным принципом такого измерения является электролиз, когда два эдект-рода помещаются в раствор и между ними прикладывается некоторое напряжение. Последнее вызывает разделение компонентов раствора на ионы, которые мигрируют в направлении к электродам, формируя тем самым электрический ток. Измерение тока между электродами позволяет вычислить проводимость раствора. См:

где / - ток в схеме; i? - сопротивление схемы; V - напряжение на электродах. "

Если два электрода имеют эффективную площадь поверхности А и расположены друг от друга на расстоянии D, то проводимость раствора определяется соотношением

Когда два электрода располагаются в пробнике (зонде), что встречается довольно часто, отношение D/A является, конечно, постоянным и называется постоянной электродов или постоянной ячейки.

В ходе измерений проводимости большое значение приобретает тип используемого напряжения. Напряжение постоянного тока вызывает заметную электролитическую реакцию, приводящую к уменьшению тока между электродами. Измерение тока в этом случае даст неверные результаты о проводимости, поэтому чаще всего применяют переменное напряжение прямоугольной формы.

Электрометрический газовый анализ

Электрометрические газоаналитические преобразователи регулярно используются для определения содержания специфического газа в газовой смеси или растворе. Примером такого устройства является измерительный преобразователь выхлопных газов на основе двуокиси циркония, который применяется в системах управления автомобильными двигателями, в частности, в США. На рис. 8.3 показан принцип работы этого преобразователя.

Трубка из двуокиси циркония покрыта изнутри и снаружи пористой платиной для формирования электрических контактов. Образцовый газ с известным содержанием кислорода поступает в трубу, и каждый ее конец запирается изолирующей крышкой. Время от времени камеру с образцовым газом можно проветривать, открывая доступ в нее внешнему воздуху.

Нагревательный элемент, намотанный на трубу, нагревает ее до температуры выше 400 °С. При этом ионы кислорода в двуокиси циркония приобретают подвижность, а тело трубы становится электрическим проводником. Сторона трубы, контактирующая с газом, содер-