Методы и приборы для анализа состава и измерения параметров веществ общие сведения. Классификация методов и приборов для анализа состава и измерения параметров веществ

4. ТЕМПЕРАТУРНАЯ КОМПЕНСАЦИЯ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ рН

При изменении температуры контролируемого раствора электродный потенциал стеклянного электрода меняется вследствие изменения коэффициента RT/F в уравнении (1). Вследствие этого одной и той же величине рН при разных температурах раствора соответствуют различные значения ЭДС электродной системы.

Зависимость ЭДС электродной системы от рН и температуры представляет собой семейство прямых (рис. 9), пересекающихся в одной точке И. Эта точка соответствует величине рН раствора, при которой ЭДС электродной системы не зависит от температуры, поэтому точку пересечения указанных графиков называют изопотенциальной. Координаты изопотенциальной точки, обозначаемые Е_И и рН_и, являются важнейшими характеристиками электродной системы, которыми руководствуются при расчете схемы температурной компенсации рН-метра.
Электродная система в соответствии с зависимостью ЭДС от рН и температуры раствора, описывается уравнением
(9)
где Е_х — ЭДС электродной системы в растворе с рН_х; — крутизна характеристики электродной системы при 0 °С; — температурный коэффициент крутизны; t — температура раствора, °С.
Рис. 8. Схема рН-метра со статической компенсацией
Рис. 9. Зависимость характеристики стеклянных электродов от температуры
Рис. 10. Схема рН-метра с автоматической температурной компенсацией

Если прибор отградуировать при какой-либо одной температуре раствора и в дальнейшем при измерениях не учитывать изменений его температуры, то погрешность измерения может составить . Коррекцию показаний рН-метра при изменении температуры контролируемого раствора или, как принято говорить, температурную компенсацию выполняют как вручную с помощью переменного резистора, так и автоматически (с помощью термометра сопротивления). Коррекцию усложняет нестабильность изопотен-циальной точки электродных систем с изменением температуры, а также различие в положении изопотенциальной точки для разных электродных систем. Это вызывает усложнение измерительных схем и включение дополнительных стабилизированных источников питания.

На рис. 10 приведена схема рН-метра с автоматической температурной компенсацией, воспроизводящая зависимость (9). В качестве датчика температуры использован термометр сопротивления R_t. Схема выполнена в виде двойного моста. Питание измерительной схемы осуществляется от двух стабилизированных источников напряжения. Напряжение, компенсирующее ЭДС электродной системы, складывается из напряжения на участке АВ и напряжения в диагонали ВС наружного моста:
Схема регулируется резистором так, чтобы напряжение на участке АВ было равно Е_И. Тогда, если Е_х = Е_И, в момент баланса Е_ВС = 0. Естественно, что если напряжение Е_ВС в диагонали наружного моста равно нулю, то оно не зависит от напряжения питания наружного моста, т. е. от напряжения между точками М и N. Подавая на вход прибора сигнал, равный Е_И, с помощью резистора R можно добиться такого положения, чтобы баланс (Е_ВС = 0) наступал, когда указатель прибора, перемещаемый реверсивным двигателем, останавливается против отметки шкалы, соответствующей величине рН, равной рН_И. Реверсивный двигатель одновременно перемещает и движок КПР R_p. Если на вход поступает сигнал Е_х и Е_и, то напряжение Е_х = Е_И, необходимое для достижения баланса, снимается с диагонали ВС наружного моста. Это напряжение зависит от напряжения питания наружного моста E_MN. В свою очередь, E_MN зависит от сопротивления термометра R_t. Параметры обоих мостов и термокомпенсатора подобраны таким образом, чтобы напряжение между точками В и С подчинялось уравнению .