яРСДНОЕДХЪ

цКЮБМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ яКСВЮИМЮЪ ЯРПЮМХЖЮ

йюрецнпхх:

юБРНЛНАХКХюЯРПНМНЛХЪаХНКНЦХЪцЕНЦПЮТХЪдНЛ Х ЯЮДдПСЦХЕ ЪГШЙХдПСЦНЕхМТНПЛЮРХЙЮхЯРНПХЪйСКЭРСПЮкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮРЕЛЮРХЙЮлЕДХЖХМЮлЕРЮККСПЦХЪлЕУЮМХЙЮнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ РПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоЯХУНКНЦХЪпЕКХЦХЪпХРНПХЙЮяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХЪрСПХГЛтХГХЙЮтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮ






жидкостные сенсоры: измерение водной ЭДС






 

Этот потенциометрический метод является в некотором смысле младшим братом dpH-метрии; он разрабатывался в контексте «минимальных экспериментов» — создания измерительных систем вне профессиональной лаборатории. Он основан на возникновении ЭДС в жидкостях — эффекте, в контексте электрохимии [489], исследованном в первую очередь для гальванических элементов и химических источников тока. Считается, что основным механизмом возникновения ЭДС являются процессы гидратации поверхностных атомов металла электродов и их переход в виде ионов в прилегающий слой жидкости (также и обратный ему процесс). Происходит поляризация электродов и возникновение двойного электрического слоя на границе соприкосновения металла с жидкостью. Существуют различные ЭДС-эффекты, например, образование ЭДС между водными фазами, смачивающими гидрофильные поверхности (так называемая «пограничная вода») и «объёмной водой» [490]; возникновение ЭДС между биметаллическими электродами в дистиллированной воде [491; 492]; взаимосвязь ЭДС и фототока [493] и т.д. Механизм взаимодействия «высокопроникающего» излучения и ЭДС, по всей видимости, имеет сходную форму воздействия на степень поляризации диполей в приэлектродных слоях. При этом происходит изменение динамики ЭДС, что и наблюдается экспериментально.

Структурная схема и пример реализации «минимальной» ЭДС-установки показаны на рис. 97. Приёмная часть образована сенсором, который представляет собой два электрода в воде. Контейнер с электродами и с водой помещён в термостабилизирующий контейнер, температура в котором измеряется цифровым термометром. Электроды подключены к мультиметру, который переключен в режим милливольтметра. Результаты измерений температуры и мультиметра передаются на компьютер, который записывает полученные данные. Термостабилизирующий контейнер находится на демпфирующей прокладке, например, из толстого слоя поролона, между контейнером и светодиодным излучателем находится изолирующая перегородка. Излучение светодиодного излучателя направлено в конус, вершина которого повёрнута к сенсору.

 

Рис. 97. (а) Схема «минимальной» ЭДС-установки; (б) пример реализации установки: 1 — термостабилизирующий контейнер с цифровым термостатом, 2 — модуль электроники для термостата, температурных сенсоров и USB-интерфейса, 3 — мультиметр, 4 — USB-интерфейс для мультиметра, 5 — светодиодный излучатель, 6 — конус, надетый на переднюю часть излучателя, 7 — поролоновая прокладка. На фотографии не показана изолирующая перегородка между излучателем 5 (с надетым конусом 6) и остальной частью установки (фотографии из [474]).



Рис. 98. Конструкция «минимального» асимметричного сенсора: 1 — латунный штыревой электрод, 2 — цилиндрический медный электрод, 3 — пластиковая крышка (показана в перевёрнутом состоянии), стеклянный контейнер 50 мл (фотографии из [474]).

В качестве контейнера с водой подойдёт любой стеклянный сосуд ёмкостью 20-50 мл с закрывающейся крышкой. Хорошо подходят стеклянные контейнеры из-под косметического крема. Существует схемы с симметричными и асимметричными электродами. В качестве симметричных электродов подходят кусочки медной (электрод 1) и латунной (электрод 2) проволоки диаметром 0,5-3 мм. В качестве асимметричных электродов можно использовать штыревой и цилиндрический электроды (см. рис. 98).

Измерение показаний сенсора очень удобно производить обыкновенным вольтметром. Он должен быть в состоянии измерять напряжение в диапазоне 0-100 мВ, с разрешением хотя бы 0,1 мВ. Входное сопротивление должно быть по возможности большим, не менее 10 МОм, лучше 10 ГОм. Простота всей установки и определила название «минимальной». Примеры реакции сенсора на светодиодный генератор показаны на рис. 99, подробности этих экспериментов могут быть найдены в работе [474]. Погрешности этого сенсора также определяются качеством температурной изоляции контейнера с водой и находятся на уровне <1%.

 

Рис. 99. Влияние расстояния между сенсорами и излучателем на показания сенсора: серая полоса показывает время работы генератора, кружками отмечены точки изменения тренда относительно линейной аппроксимации (графики из [474]).



mylektsii.su - лНХ кЕЙЖХХ - 2015-2022 ЦНД. (0.007 ЯЕЙ.)бЯЕ ЛЮРЕПХЮКШ ОПЕДЯРЮБКЕММШЕ МЮ ЯЮИРЕ ХЯЙКЧВХРЕКЭМН Я ЖЕКЭЧ НГМЮЙНЛКЕМХЪ ВХРЮРЕКЪЛХ Х МЕ ОПЕЯКЕДСЧР ЙНЛЛЕПВЕЯЙХУ ЖЕКЕИ ХКХ МЮПСЬЕМХЕ ЮБРНПЯЙХУ ОПЮБ оНФЮКНБЮРЭЯЪ МЮ ЛЮРЕПХЮК