Рисунок 2 - Вимірювальний елемент плоскопаралельними електродами
Всі методи виміру питомої електропровідності води можна поділити на:
- контактні;
- безконтактні.
У свою чергу безконтактний метод поділяється на:
- низькочастотну кондуктометрію;
- високочастотну (ємкосну та індуктивну).
Контактний метод полягає у використанні контактних вимірювальних комірок, що мають назву елементи Кольрауша.
Простий варіант елементу Кольрауша може бути утворений двома плоскопаралельними електродами,
віддаленими один від одного на відстані d(см), що мають площу А(см) і обмежують заповнену пробою
ділянку у формі паралелепіпеда з таким же поперечним перетином.
Величина К=d/A є геометричним параметром вимірювальної комірки і
має назву постійної комірки (постійної вимірювального елементу).
На практиці постійну комірки визначають за допомогою тарованих розчинів,
що мають точно відому провідність. Гальванічний контакт між електродами може привести до різних
помилок вимірювань, які об'єднуються під загальною назвою електродної поляризації.
Матеріал електродів може вирішальним чином вплинути на характер поляризації вимірювального осередку.
Найчастіше для електродів осередків застосовуються наступні матеріали: платинована платина; сталь,
покрита неорганічними карбідами; спечене вугілля; неіржавіюча сталь.
Еквівалентна схема елементу Кольрауша на рисунку 3 містить активний
опір ділянки води Rp і ємності подвійних електричних шарів на електродах
С1 та С2 з опорами витоку R1 і R2. Внутрішній опір перетворювача окрім Rp,
включає послідовно з’єднані з ним комплексні опори подвійних шарів z1 та z2.
Вимірювання Rp, за яким визначається питома електропровідність, виконують на змінному струмі.
Основним недоліком цих первинних перетворювачів є вплив опорів z1 та z2 на результати вимірів,
величина яких залежить від температури, стану поверхні електродів. Крім того, має місце не лінійність
характеристики ПВП, яка обумовлена зміною ємності подвійного шару від величини протікаю чого через нього струму.
Через складність процесів, що відбуваються на електродах, і труднощами їхнього контролю при проведенні вимірів, найбільш доцільним є зменшення впливу подвійного шару у порівнянні з Rp. Одна з таких можливостей полягає в підвищенні частоти живлення. Практично частоту напруги живлення вибирають порядка 2-12 кГц. Іншою можливістю зменшення складової похибки вимірів є збільшення опору Rp за рахунок конструктивного виконання первинного перетворювача. Вимiрювач осередки Кольрауша звичайно включаються в мостові схеми. На рисунку 4 представлена схема моста Уїнстона.
Опір Rx при визначаючому диапазонi вимірювання моста відомому опорі Rn може бути легко розрахованим по відношенню плечей моста:
Первинний вимірювальний перетворювач такого типу містить два зовнішні електроди ( струмопiдвiднi А1 (1) і А2 (2)) і два внутрішні (срумоз`ємнi В1 (3) і В2 (4)). Зовнішні електроди підключаються до джерела змінної напруги через резистор Ri, що забезпечує режим джерела струму по відношенню до опору ділянки між електродами R12. При протіканні струму I в рідині індуктується електричне поле в області осередку між електродами 3 і 4 створюється падіння напруги, яке можна представити джерелом змінної е.д.с. Uр з внутрішнім опором R34. Вимірювальний ланцюг, представлений еквівалентною схемою на рисунку 6.
З урахуванням малих розмірів внутрішніх електродів можна вважати неістотним викривлення однорідного електричного поля осередку. У такому разі напруга на виході вимірювального пристрою Uв без урахування опорів ємностей розділових конденсаторів С1 і С2 дорівнює:
ТР1, ТР2 — тороїдальні трансформатори; Wg — обмотка генератора; Wd — обмотка дільника; Wk - компенсаційна обмотка; Rв — опір короткозамкнутого рідинного витка: R1, R2, R3 — опір ланцюга термокомпенсацiї . Генератор живить первинну обмотку T1, а вторинна обмотка підключається до вимірювальної апаратури. Для усунення впливу температури на результати виміру питомої електропровідності використовується термокомпенсація за допомогою термістора Rt , з’єднаного послідовно з обмоткою Wk. Компенсація в робочому діапазоні значень температури здійснюють змінним опором R2. До недоліків даної схеми вимірювання питомої електропровідності слід віднести залежність свідчень р еєструючих приладів від амплітуди і частоти напруги генератора, нестабільності параметрів матеріалів сердечників тороидов,колебаний температури . Компенсаційна схема вимірювання, що представлена на рисунку 8, позбавлена багатьох цих недоліків. У цій схемі, окрім витка рідини, два тороїда охоплені додатковим компенсаційним витком, опір якого змінюється за допомогою магазина опорів до отримання нульового рівня на реєструючому приладі. Питома електропровідність досліджуваної рідини визначається по величинi опору магазина. При точних вимірюваннях паралельно магазину опорів підключають магазин ємностей, що дозволяє виробляти компенсацію по реактивній складовій. Точність вимірювання електропровідності практично визначається точністю магазина опорів.