Гальванические измерительные преобразователи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гальванические измерительные преобразователи

Программа «Гальванические измерительные преобразователи» предназначена: а) для изучения устройства и принципа действия разновидности гальванических ИП - преобразователей рН-метров, применяемых для измерения активности водородных ионов, по которой можно определить состав и свойства растворов; б) измерительных цепей преобразователей рН-метров и методов коррекции их температурной погрешности.

Данная программа может применяться в высших и других учебных заведениях при проведении лабораторных работ по курсу «Методы и средства измерений», а также при изучении других дисциплин, связанных с измерением неэлектрических величин.

Программа выполнена на алгоритмическом языке Pascal в программной среде Delphi 6. Для ее работы требуется персональный компьютер класса Pentium, с оперативной памятью не менее 32 Мбайт.

Наиболее распространенными разновидностями гальванических измерительных преобразователей являются преобразователи рН-метров и гальванические источники э.д.с., в частности нормальные элементы, используемые в качестве мер э.д.с.

Принцип действия гальванических преобразователей рН-метров основан на зависимости э.д.с. гальванической цепи от концентрации ионов в электролите и окислительно-восстановительных процессов, происходящих на электродах. Для характеристики раствора достаточно знать активность водородных ионов, которую численно характеризуют отрицательным логарифмом активности ионов водорода - водородным показателем рН:

программа гальванический преобразователь алгоритмический

рН =-lgб_н+,

где б_н+ - активность водородных ионов Н⁺.

Приборы для измерения этого показателя получили название рН-метров. Диапазон изменения рН водных растворов любых веществ составляет 0--14 ед. Измерение рН основано на определении электродных потенциалов различных электродов, помещаемых в исследуемый раствор, содержащий водородные ионы. Гальванические преобразователи, являющиеся датчиками рН-метров, в качестве естественной входной величины имеют значение концентрации водородных ионов, выражаемое в единицах рН, а в качестве выходной величины -- гальваническое напряжение, равное разности электродных потенциалов. Гальванический преобразователь всегда состоит из двух полуэлементов: измерительного электрода, помещаемого в исследуемый раствор, и вспомогательного полуэлемента, электродный потенциал которого должен оставаться постоянным. Для гальванического преобразователя, состоящего из двух водородных полуэлементов э.д.с. между электродами определяется по формуле

, (1)

где R - универсальная газовая постоянная; T - абсолютная температура;

F - постоянная Фарадея.

После запуска программы на экране отображается окно с открытой первой закладкой для изучения гальванического преобразователя с водородными полуэлементами (рис. 1).

В окне изображена схема гальванического преобразователя с двумя водородными полуэлементами и расположены поля для ввода значений показателя рН и абсолютной температуры раствора с кнопкой «измерить». Программа позволяет определить э.д.с. гальванического преобразователя при различных значениях рН и температуры. Для этого ввести значение рН и температуры и нажать кнопку «измерить». Расчет э.д.с. осуществляется по формуле (1), которая показана в окне рис.1. При этом результат измерения отображается на панели с надписью «Э.Д.С.,В = …» и при нажатии кнопки «Сохранить файл» могут быть сохранены в файле с расширением SAV. Кроме того, при нажатии кнопки «измерить» на схеме преобразователя осуществляется отклонение указателя на угол пропорциональный значению показателя рН.

Рис. 1 Окно гальванического преобразователя.

В гальванических преобразователях используются каломельный, хлорсеребряный и другие вспомогательные полуэлементы.

Для гальванического преобразователя, состоящего из водородного электрода помещенного в исследуемый раствор, и нормального каломельного полуэлемента э.д.с. при температуре 18 ⁰С будет равна

(2)

Для изучения каломельного полуэлемента нужно левой клавишей мыши щелкнуть на закладке «Каломельный полуэлемент» (рис.1). При этом открывается окно этого электрода (рис. 2), на котором показано его устройство, представлена формула для расчета э.д.с. и расположены поле для ввода значения показателя рН и кнопка «измерить».

Для измерения значения э.д.с. каломельного полуэлемента ввести значение рН и нажать кнопку «измерить». Результат определяется по формуле (2) и выводится на экран и при нажатии кнопки «Сохранить файл» может быть сохранен в файле с расширением SAV.

Рис. 2 Окно каломельного полуэлемента.

В общем случае э.д.с. гальванических преобразователей зависит от температуры и значения рН и для некоторых типов преобразователей эта зависимость может быть описана уравнением

(3)

где и_Р - температура раствора.

Значение температурной погрешности зависит как от температуры, так и от значения рН раствора. Для уменьшения температурной погрешности используются электрические цепи температурной коррекции.

Закладка для изучения коррекции температурной погрешности в рН - метре со стеклянным электродом вызывается щелчком мыши по кнопке «Стеклянный электрод». При этом открывается открывается (рис. 3) окно со схемой коррекции температурной погрешности.

Э.д.с. гальванического преобразователя равная (Е_X - U_И) уравновешивается падением напряжения U_К = I_ВЫХ R_Т. Если сопротивление терморезистора R_Т изменяется с температурой по тому же закону, что и крутизна характеристики гальванического преобразователя, то ток I_ВЫХ будет определяться только значением рН раствора и не будет зависеть от его температуры.

Рис. 3. Окно схемы компенсации температурной погрешности.

Для изучения работы схемы необходимо ввести исходные данные водородного показателя рН и температуры раствора в ⁰С в соответствующие поля окна рис. 3. Перед измерением рН необходимо выполнить предварительные расчеты э.д.с преобразователя и компенсирующего напряжения U_к. Сделать это можно с помощью кнопки “Выполнить первые вычисления”. После этого результат предварительного вычисления отобразится на панели Э.Д.С., мВ и “Компенсирующее U_к,мВ =”. При этом шрифт кнопки “Измерить” станет красного цвета (рис.4), говоря о том, что можно производить измерения. Расчет э.д.с. гальванического преобразователя Е_Х осуществляется по формуле (3). После нажатия кнопки «Измерить» на панели отобразится значение показателя рН в виде «Водородный показатель рН=…» и при этом указатель на схеме переместится на полученное значение.

Если надпись на панели «Водородный показатель рН =…» и указатель на схеме станут красного цвета, то это говорит о превышении значения измеряемой величины верхнего предела измерения рН-метра.

Так как рН-метр имеет определенную погрешность, то его показания при повторных измерениях одной и той же величины рН могут не совпадать. В программе это моделируется изменением значений рН, выводимых на панель, и изменением отклонения указателя при повторных нажатиях кнопки «измерить».

При нажатии кнопки «Сохранить файл» может быть сохранен в файле с расширением SAV.

Размещено на Allbest.ru