Dispositivo y método para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes.

La presente invención tiene por objeto un dispositivo y un método para medir la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes. El dispositivo comprende un electrodo superior desplazable verticalmente y dividido en dos regiones aisladas eléctricamente, guiado por una estructura mecánica que asegura el paralelismo y movido por un motor que permite variar controladamente la distancia entre electrodos, y un electrodo inferior con forma de vasija que contiene la muestra de líquido. El método propuesto se caracteriza por aplicar diferencias de potencial para un espaciado fijo entre los electrodos, aplicando cada valor de la diferencia de potencial hasta alcanzar el estado estacionario en cada período y medir las corrientes eléctricas producidas en estado estacionario.

La presente invención tiene su aplicación en la industria química para controlar la pureza de líquidos aislanteso para controlar la estabilidad de suspensiones coloidales de gran aplicación (por ejemplo, pinturas o tintas de impresión).

También es necesaria en el control de la conductividad de combustibles de avión para evitar la aparición de elevados voltajes durante su flujo

Dispositivo y método para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un dispositivo y un método para medir la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes. El dispositivo comprende un electrodo superior desplazable verticalmente y dividido en dos regiones aisladas eléctricamente, guiado por una estructura mecánica que asegura el paralelismo y movido por un motor que permite variar controladamente la distancia entre electrodos, y un electrodo inferior con forma de vasija que contiene la muestra de líquido. El método propuesto se caracteriza por aplicar diferencias de potencial para un espaciado fijo entre los electrodos, aplicando cada valor de la diferencia de potencial hasta alcanzar el estado estacionario en cada período y medir las corrientes eléctricas producidas en estado estacionario.

La presente invención tiene su aplicación en la industria química para controlar la pureza de líquidos aislantes o para controlar la estabilidad de suspensiones coloidales de gran aplicación (por ejemplo, pinturas o tintas de impresión). También es necesaria en el control de la conductividad de combustibles de avión para evitar la aparición de elevados voltajes durante su flujo.

Estado de la técnica

Se define la conductividad eléctrica como la constante de proporcionalidad entre el campo eléctrico y la densidad de corriente eléctrica. El medio que satisface tal proporcionalidad se denomina óhmico. Los medios considerados normalmente conductores de la electricidad, tales como los metales o las disoluciones electrolíticas, transportan corrientes relativamente elevadas ante campos eléctricos relativamente pequeños. Tal corriente eléctrica es causada por el arrastre que el campo eléctrico realiza sobre los portadores de carga presente en el volumen, electrones en el caso de los metales o iones en el de las disoluciones electrolíticas. Estos líquidos suelen presentar un comportamiento claramente óhmico y, como consecuencia de la facilidad con la que conducen la corriente, el campo eléctrico en su interior tiene un valor normalmente pequeño. En el caso de los dieléctricos líquidos los portadores de carga en el volumen son relativamente escasos y el campo eléctrico en su seno puede alcanzar valores elevados. Los portadores de carga en líquidos aislantes son resultado de la ionización de impurezas o de las propias moléculas del líquido siendo su concentración resultado de un equilibrio químico. Estos portadores producen una conducción óhmica siempre que el campo eléctrico aplicado no sea tan intenso que altere el equilibrio químico (véase [1] para una revisión de la conducción en dieléctricos líquidos). Por otra parte, los elevados campos eléctrico que pueden soportar estos líquidos dan lugar a fenómenos adicionales, tales como la inyección de carga en los electrodos o la generación de movimientos en el fluido (flujos electrohidrodinámicos). Adicionalmente deben tenerse en cuenta la presencia de capas de iones en las proximidades de los electrodos (polarización de los electrodos). Estas capas se dan también en el caso de líquidos conductores, pero su extensión hacia el seno del líquido es mucho mayor en el caso de los dieléctricos.

Los aparatos que miden resistencia eléctrica en sólidos no son adecuados para la medida en líquidos. La inmensa mayoría de los dispositivos propuestos para la medida de conductividades de líquidos están diseñados para líquidos de relativamente alta conductividad, especialmente agua o disoluciones acuosas. Para evitar la corrosión de los electrodos suelen funcionar con corriente alterna y para minimizar el efecto de la polarización de los electrodos suelen contar con sistemas de cuatro electrodos, dos excitadores y dos de medida (casos representativos son las patentes [2], [3] y [4]). En el caso de líquidos muy aislantes el uso de corriente alterna, aunque posible, no es ventajoso puesto que la corriente capacitiva supera en mucho a la corriente de conducción que se desea medir, en factores de 10⁶ a 10⁷ para una frecuencia de 50 Hz.

Existen también aparatos específicamente diseñados para medir la conductividad de líquidos dieléctricos entre los que cabe destacar el de Hilaire et al [5]. Las patentes de Scozzari [6] y Beijk [7] se basan en métodos similares, aunque no se afirme en ellas que sean específicas para líquidos dieléctricos. Estos dispositivos aplican un señal periódica cuadrada o trapezoidal y analizan la corriente transitoria producida tomando medidas bien en determinados instantes considerados determinantes según algún modelo teórico ([5] y [7]) o bien tomando la intensidad de corriente en varios instantes y ajustándola a una expresión teórica [6].

El dispositivo y método propuestos en la presente solicitud de patente son adecuados para la medida de conductividades de líquidos aislantes gracias a las pequeñas diferencias de potencial aplicadas que impiden la aparición de los fenómenos enumerados anteriormente. Realiza medidas en estado estacionario a potenciales lo suficientemente pequeños como para no alterar el equilibrio termodinámico del líquido de modo que no requiere hipótesis para seleccionar un momento u otro de un transitorio. Además, al no realizar hipótesis, permite medidas significativas en regímenes óhmicos o no óhmicos. Para ello, sigue un protocolo que incluye la variación de la distancia entre electrodos, recurso no explotado en invenciones previas.

[1] M. Hilaire, C. Marteau, R. Tobazeon, IEEE Trans. Electr. Insul. (73), 779-787, 1988.

[2] Goldsmith Herbert, Self alarming four double electrodes conductivity cell, US4365200, 1982.

[3] Alex D. Colvin, James W. Butler, Instrument for on-line measurement of the absolute electrical conductivity of a liquid, US4751466, 1988.

[4] Norbert Kordas, Integrable conductivity measuring device, US5543717, 1996.

[5] M. Hilaire, C. Marteau, R. Tobazeon, Procédé et dispositif de mesure de résistivité, notamment pour liquides diélectrìques de résistivité très élevée, FR2581196, 1985.

[6] A. Scozzari, Method and device for liquid conductivity measurement, WO2007010320, 2007.

[7] J. M. Beijk, Method and device for measuring the conductivity of a liquid, with which the influence of polarisation is counteracted, EP0288099, 1988.

Descripción de las figuras

Figura 1.- Esquema de la celda de medida.

Figura 2.- Esquema del montaje que se compone de la celda de medida, amperímetro, motor y controladora, generador de funciones y un ordenador de control.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto un dispositivo y un método para medir la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes. El dispositivo comprende dos electrodos planos paralelos de separación controlable.

El electrodo superior es desplazable verticalmente y está dividido en dos regiones aisladas eléctricamente: una región central y otra periférica que hace de electrodo de guarda. Está guiado por una estructura mecánica que asegura el paralelismo y movido por un motor que permite variar controladamente la distancia entre electrodos. El electrodo superior está unido a un sistema de deslizamiento vertical, que permita el desplazamiento manteniendo el paralelismo...

1. Dispositivo para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes caracterizado porque consiste en una estructura externa que comprende dos electrodos planos, uno superior unido a un sistema de deslizamiento que asegura el paralelismo movido por un motor que permite controlar la distancia entre electrodos y un electrodo inferior con forma de vasija que contiene la muestra de líquido a medir.

2. Dispositivo para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes según reivindicación 1, caracterizado porque el electrodo superior contiene un electrodo de guarda unido directamente al sistema de deslizamiento y un electrodo central unido al sistema de deslizamiento por un bloque de material dieléctrico que lo aísla eléctricamente.

3. Dispositivo para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el electrodo inferior está unido a la estructura externa por un bloque de material aislante.

4. Dispositivo para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el electrodo inferior está conectado a masa y el potencial eléctrico se aplica al electrodo superior.

5. Método para la medida de la conductividad eléctrica de líquidos altamente aislantes utilizando el dispositivo descrito en las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque consiste en aplicar diferencias de potencial hasta alcanzar un estado estacionario para diferentes espaciados entre electrodos y realizar medidas de la resistencia para los distintos valores del espaciado para obtener medidas de la conductividad óhmica, cuando el ajuste es lineal.