Методы измерения электрической проводимости
Для измерения электропроводности служит модифицированный мост Уитстона (рис. 2.11).
Рис. 2.11. Мост Уитстона для измерения электропроводности
Мост питается от источника переменного напряжения Е с частотой 1 кГц. Плечи R1 и R2 с помощью переключателя можно подобрать так, чтобы соотношение сопротивлений было точно известно. RX – сопро-тивление кондуктометрической ячейки, шунтированное емкостью СX. R3 – прецизионное калиброванное переменное сопротивление, шунтиро-ванное для балансировки емкости ячейки. Переменное напряжение, возникающее по диагонали моста, усиливают, выпрямляют и измеряют. При проведении измерений подбирают такое положение переключателя и величину R3, чтобы измерительное устройство показывало нулевое отклонение. В этот момент сопротивление ячейки
,
а ее электропроводность
.
В современных кондуктометрах измерение электропроводности основано на использовании цепи, контролируемой операционным усилителем. Приборы не требуют балансировки, как при использовании моста, а позволяют производить непрерывное считывание.
Конструкция ячейки может быть различной, главное условие – постоянство расстояния между электродами. Электроды изготовляют из платины, покрытой губчатой платиной (платинированная платина). Важное значение имеет термостатирование раствора – при изменении температуры на 1 о С электропроводность изменяется на 1,5 – 2%. Для прямой кондуктометрии необходима калибровка ячейки по стандартным растворам.
Источник
Способы измерения электропроводности материалов
Измерение электросопротивления обычно является вспомогательным методом для определения фазового превращения, позволившим разрешить много трудных проблем. Если построить кривую зависимости удельного электросопротивления сплавов от состава, на ней будут видны разные фазовые области. Положение границ фаз при повышенных температурах может быть найдено соответствующим нагревом и закалкой образцов, если при этом не происходит распада. Когда метод закалки не применим, электросопротивление может быть измерено при высоких температурах.
Для многих целей удобнее рассматривать удельную проводимость (величину, обратную сопротивлению) в функции состава. Так как удельная проводимость относится к объему сплава, иногда считают более правильным выражать состав сплава в объемных процентах вместо обычных атомных или весовых процентов, в некоторых случаях это приводит к упрощению результатов. Так, в случае двух металлов, совершенно не растворимых в твердом состоянии, кривая проводимости в зависимости от объемного состава будет прямой линией; экспериментально установлено, что от этого правила имеются только небольшие отклонения. В этом случае объемный состав можно легко определить по плотностям составляющих металлов, но при образовании твердого раствора или химического соединения объемный состав вычислить нельзя, так как при образовании сплава изменяются относительные атомные объемы; в некоторых случаях эти изменения могут быть значительными. При образовании твердых растворов выражение состава в объемных величинах не приводит к существенному упрощению кривых. В учебниках иногда указывается, что в системах с ограниченной растворимостью в твердом состоянии (см. рис. 6), где в равновесии находятся два твердых раствора различных составов, график проводимость — объемный состав в двухфазной области будет прямой линией, соединяющей проводимости чистых фаз. Ясно, однако, что идеальная прямая линия получается лишь при нанесении проводимости в зависимости от объемного содержания 
-фазы, которое обычно заметно отличается от объемного содержания металла В.
Можно заключить, что теоретически нет оснований для
выражения состава сплавов в объемных процентах и для обычной работы над диаграммами состояния, по-видимому, с тем же успехом можно применять атомные проценты. Однако, если два металла имеют очень различные плотности, возможны случаи, когда кривая зависимости проводимости от номинального состава по объему облегчает истолкование результатов, так как в двухфазных областях эта зависимость ближе к прямой линии, чем при употреблении атомных процентов.
В сплавах, представляющих собой твердый раствор при малом содержании растворимого элемента, всегда наблюдается сильное снижение проводимости. Падение при большем содержании растворимого элемента делается более пологим.
Рис. 155. Кривая зависимости электропроводности от состава для ряда непрерывных твердых растворов
Рис. 156. Зависимость электропроводности от состава для системы с ограниченной растворимостью в твердом состоянии и с эвтектикой
Рис. 157. Возможная форма кривых электропроводность—состав при образовании промежуточных фаз
В системах сплавов, образующих непрерывные твердые растворы, кривая проводимости от состава имеет 
-образную форму (рис. 155), причем максимальное электросопротивление оказывается во много раз больше, чем сопротивление чистых металлов. Для систем с эвтектикой (см. рис. 6), где образуются два твердых раствора предельных составов, кривая проводимость—состав имеет форму, показанную на рис. 156; круто понижающиеся части относятся к твердым растворам, а относительно пологая часть —к двухфазной области.
Для промежуточных фаз положение не так ясно. Многие промежуточные фазы имеют проводимости такого же порядка, как и чистые металлы, хотя проводимость оказывается всегда меньше, чем проводимость каждой составляющей. В этом случае положение промежуточного соединения данного состава определяется пересечением двух линий (рис. 157, а), которые
приближаются к прямым и соответствуют двухфазным областям по обе стороны соединения. Промежуточные фазы переменного состава, включая упорядоченные структуры, обычно проявляются в виде пика на кривой проводимости; по обе стороны идеального состава фазы кривая резко спадает, как в первичном твердом растворе (рис. 157, б). Если идеальный состав фазы находится вне реальных фазовых границ, проводимость может круто подниматься в области этой фазы, как показано на рис. 157, с.
Некоторые промежуточные фазы имеют очень высокое сопротивление, и их проводимость может быть «иже, чем у первичного твердого раствора. Эти фазы, обладающие очень узким интервалом составов, обычно обнаруживаются по двум кривым, аналогичным рис. 157, а, но образующим в точке х вместо максимума — минимум.
Когда получаются кривые такого типа, как показано на рис. 157, то это необязательно указывает на присутствие промежуточной фазы. Если твердые растворы образуют при низких температурах сверхструктуру, то в результате этого превращения их проводимость значительно увеличивается. Исследование таких превращений является одним из важнейших применений метода электропроводности.
Описанная выше методика относится к определению границ фаз, идущих почти вертикально. Можно также определить границы фазовых областей, расположенные почти горизонтально. В этом случае проводимость наносится в зависимости от температуры и так же, как при дилатометрическом исследовании, сплавы можно выдерживать при постоянной температуре до достижения перед измерением равновесия или же производить нагрев и охлаждение с одинаковой малой скоростью. В первом случае на достижение равновесия указывает неизменность проводимости со временем. Последний метод применяли Хаутон и Грифитс [179], которые при исследовании превращения в 
-латуни вели нагрев со скоростью 2 град/час.
Источник
Руководство по измерению электропроводности
 | ||
 | |
 |
 |
