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电导率和TDS参数的测量

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发布人:奔普仪器   浏览   次【字号 】 发布时间:2012年6月21日 打印本页

1、什么是水的电导率?
水的导电性能与水的电阻值大小有关,电阻值大,导电性能差,电阻值小,导电性能就良好。根据欧姆定律,在水温一定的情况下,水的电阻值R大小与电极的垂直截面积F成反比,与电极之间的距离L成正比,如下式:
R=ρ*L/F
式中R-电阻,单位为欧姆(Ω)1Ω=10^6μΩ
ρ-电阻率单位为欧米(Ω.M)
如果电极的截面积F做成1cm^2,两电极间的距离L为1cm,那么电阻值就等于电阻率。
水的电阻率的大小,与水中含盐量的多少、水中离子浓度、离子的电荷数以及离子的运动速度有关。因此,纯净的水的电阻率很大,超纯水的电阻率就更大。水越纯,电子率越大。
2、何谓水的电导率?电导率和电阻率有何关系?
由于水中含有各种溶解盐类,并以离子的形式存在。当水中插入一对电极时,通电之后,在电场的作用下,带电的离子就产生一定方向的移动。水中阴离子移向阳极,使水溶液起导电作用,水的导电能力的强弱程度,就称为电导(或电导度),用G表示。电导反映了水中含盐量的多少,是水的纯净程度的一个重要指标,水越纯,含盐量越少,电阻越大,电导越小,超纯水几乎不能导电。电导是电阻的倒数,即
G=L/R
式中R-电阻,单位为欧姆(Ω)
        G-电导,单位西门子(S)    1S=10^3Ms=10^6μS
     因R=ρ*L/F,代入上式,则得到:
                        G=I/ρ*I/J=K*I/J
对于一对固定电极来讲,二极间的距离不变,电极面积也不变,因此L与F为一个常数。令:J=L/F,J就称为电极常数,可得到
                 G=I/ρ*I/J=K*I/J
式中:K=1/ρ就称为电导率,单位为S/cm。1S/cm=10^3m S/cm=10^6 μS/cm电导率K的意义就是截面积为1cm^2,长度为1cm的导体的电导。当电导常数J=1时,电导率就等于电导,电导率是不同电解质溶液导电能力的表现。
电导率K,电导G,电阻率ρ三者之间的关系如下:
                          K=J*G=1/ρ
式中J为电极常数,例如:电导率为0.1μS/cm的高纯水,其电阻率应为:
                    ρ=1/K=1/0.1*10^6=10MΩ.cm
 
3、如何测定电导电极常数?为何要对常数进行校准?
    根据公式J=K/G,电极常数J可以通过测量电导电极在一定浓度的KCL溶液中的电导G来求得,此时KCL溶液的电阻率K是已知的。测量时,电阻率仪常数旋钮应旋至1.0cm^-1处。
由于测量溶液的浓度和温度不同,以及测量仪器的精度和频率也不相同,电导电极的常数J有时会出现较大的误差,使用一段时间后,电极常数也可能会有变化。因此,新购的电导电极,以及使用一段时间后的电导电极,电极常数应重新测量标定。电导电极常数测量时应注意以下几点:
(1)测量时应采用配套使用的电导率仪,不要采用其他型号的电导率仪。
(2)测量电极常数的KCL溶液的温度,以接近实际被溶液温度为好。
(3)测量电极常数的KCL溶液的温度,以接近实际被溶液浓度为好。
4、电导电极为何要镀铂黑,铂黑电极能测试低电导率的溶液吗?
电导电极使用的敏感材料通常为铂,镀铂黑就是在铂表面镀上一层黑色蓬松的金属铂,目的是为了减少极化效应。多孔的铂黑增加了电极的表面积,是电流密度减小,是极化效应变小,电容干扰也降低了。不镀铂黑或镀得不好的铂黑电极,会产生很大的测量误差。铂黑电极存放期间要泡在蒸馏水中不宜干放。如果发现铂黑电极污染或失效,可浸入10%硝酸或盐酸溶液中二分钟,然后用蒸馏水冲洗干净在测量,铂黑电极也可以重新电镀,但镀铂黑需要一定的要求和经验,镀铂黑镀得好与坏对电极性能有很大影响。
在国内一些电导电极或电导率仪的说明书中,对铂黑电极有一种误解,认为铂黑电极适合于高电导率的溶液中使用,其实不然,铂黑电极测试几个μS/cm甚至0.1μS/cm的溶液都可以,而在高电导率的溶液中的测试,铂黑电极就更稳定和准确了。因此常数大于1的电导电极,都应该使用铂黑电极。而不镀铂黑的光亮电导电极,因为它只能在较小的电导率的溶液中使用,所以常数小于1的电导电极可以使用光亮电极。光亮电极的另一个优点是铂片表面可以擦拭,而铂黑电极表面则绝对不能擦拭,只能在水中晃动清洗。
5、电导电极有哪些种类?有何不同用途?
     电导电极一般有二电极式和多电极式二种类型。
     二电极式电导电极是目前国内使用最多的电导电极类型,实验式二电极式电导电极的结构是将二片铂片烧结在二平行玻璃片上,或圆形玻璃片管的内壁上,调节铂片的面积和距离,就可以制成不同常数值的电导电极。通常有K=1、K=5、K=10等类型。而在在线电导率仪上使用的二电极式电导电极常数制成圆柱形对称的电极。当K=1时,常采用石墨,当K=0.1、0.01时,材料可以是不锈钢或钛合金。
     多电极式电导电极,一般在支持体上有几个环状的电极,通过环状电极的串联和并联的不同组合,可以制成不同常数的电导电极。环状电极的材料可以是石墨、不锈钢、钛合金和铂金。
电导电极还有四电极类型和电磁式类型。四电极电导电极的主要优点是可以避免电极极化带来的测量误差,在国外的实验式和在线式电导率仪上较多使用。电磁式电导电极的特点是适宜于测量高电导率的溶液,一般用于工业电导率仪中,或利用起测量原理制成单组分的浓度计,如盐酸浓度计、硝酸浓度计等。
6、电导率仪的结构原理是什么?
     电导率的测量原理其实就是按欧姆定律测定平行电极间溶液部分的电阻。但是,当电流通过电极时,会发生氧化或还原反应,从而改变电极附近溶液的组成,产生:“极化”现象,从而引起电导测量的严重误差。为此,采用高频率交流电测定法,可以减轻或消除上述极化现象,因为在电极表面的氧化和还原迅速交替进行,其结果可以认为没有氧化或还原发生。
电导率仪由电导电极和电计(电子元件)组成。电计采用了适当频率的交流信号的方法,将信号放大处理后换算成电导率。电计中还可能装有与传感器相匹配的温度测量系统,能补偿到标准温度电导率的温度补偿系统、温度系数调节系统以及电导池常数调节系统,以及自动换挡功能等。电导电极有时还装有热敏元件。
7、电导率仪有哪些种类,其用途和优缺点是什么?
     电导率仪从使用用途分大致有笔形、便携式、实验室、工业用四种类型。
     笔形电导率仪,一般制成单一量程,测量范围狭,为专用简便仪器。笔形还有制成TDS计,用于测量
饮用水质量,盐度计测量汤(溶液)盐度等。
便携式和实验室电导率仪测量范围较广,常用仪器,不同点是便携式采用直流供电,可携带到现场。实验室电导率仪测量范围广、功能多、测量精度高。
工业用电导率仪的特点是要求稳定性好、工作可靠,有一定的测量精度、环境适应能力强、抗干扰能力强,具有模拟里量输出、数字通讯、上下限报警和控制功能等。
8、如何解读电导率仪的精确度?
电导率仪的精确度,采用的是引用误差概念。它是将仪表量程中的满刻度值,乘以误差百分比。例如我们以1.0级的电导率仪为例,他的精确度指标为:基本误差±1%F.S ±1个字,配套误差±1.5F.S ±1个字,他是什么意思呢?基本误差是指电导率仪电计部分的误差,配套误差是指电计和电极配套使用的误差。F.S是指电子单元各分档的满量程。例如,对于0.0—199.9μS/cm量程档来说,基本误差为±1%×199.9±1个字≈±2.1μS/cm,配套误差为±1.5%×199.9±1个字≈±3.1μS/cm,±1个字是指仪表分辨率的最后一位数。因此,电导率仪的误差概念,是对于一段量程挡而言的,与实际使用中的绝对误差概念是不同的,这一点要引起注意,例如你测试一杯纯水的电导率仪值为10μS/cm,你不能理解为其中有3.1μS/cm为误差值。在一些分挡和连续刻度的仪表中一般都引用误差的概念,例如mV计也是如此。
9、电导率仪的温度补偿有何意义?
一定浓度的溶液,其电导率随温度的改变而改变,在作精密测量时应该保持恒温,也可在任意温度下测量,染后通过仪器的温度补偿系统,换成25℃时的电导率,这样测量数值就可以比较。但是,由于各种不同种类,不同浓度的电导率温度系数各不相同,例如酸溶液的温度系数为(1.0—1.6)%℃,碱溶液的温度系数为(1.8—2.2)%℃,盐容度的温度系数为(2.2—3.0)%℃,天然水的温度系数为2.0%℃,因此电导率测量的温度补偿问题比较复杂,或者可以认为这种温度补偿的不充分的,或有较大误差的,为此,有些电导率仪就不采用温度补偿电路,仪器测得的是当时温度下的电导率值。有温度补偿的电导率仪,若将温度补偿旋钮调至25℃时,仪器也无温度补偿作用,测量值为当时温度下的未经换算的电导率值。
10、如何配制电导率标准溶液?
中国的电导率基准是用相对法建立起来的,它建立于国际公认值的基础上,以标准物质为实物依据。1989年国家技术监督局发布了四种氯化钾溶液在五个温度下的电导率值,见表(2)和表(3):

表(2)氯化钾浓度和电导率值
近似浓度
Mol·L-1
电导率 S·cm-1
15
18
20
25
35
1
0.1
0.01
0.001
0.09212
0.010455
0.0011414
0.0001185
0.09180
0.011163
0.0012200
0.0001267
0.10170
0.011644
0.0012737
0.0001322
0.11131
0.012852
0.0014083
0.0001466
0.13110
0.015353
0.0016876
0.0001765
表(3)溶液的组成
近似浓度
Mol·L-1
容量浓度KCI
g·L-1 溶液(20空气中)
1
0.1
0.01
0.001
74.2650
7.4365
0.7440
100Ml0.01mol·L-1 溶解稀释10
电导率标准溶液的配置应注意以下几点:
(1)KC1应采用优级纯(GR),且需要在220—240℃下烘干2小时,然后放入干燥器中冷却至室温。
(2)培植溶液的蒸馏水或离子水的电导率应不大于0.2μS/cm(25℃)。
(3)应在20±0.5℃的恒温槽中进行稀释和操作。
(4)标准溶液应储存在密封玻璃瓶中或聚乙稀塑料瓶中室温保存,有效期半年至一年。
从以上配置要求看,其操作需要专业技能和经验,一般用户可能无法胜任。因此,选用配制好的电导率仪标准溶液就比较方便了。
11、TDS是什么意思?何谓TDS计?
TDS计是英文“Total Dissolved Solid”缩写,意思是可溶解固体总量,可溶解固体总量是指溶解在水里的无机盐和有机物的总称。其主要成分有钙、镁、钠、钾离子和碳酸离子、碳酸氢离子、氯离子、硫酸离子和硝酸离子等。因此TDS计就是可溶解固体总量测试仪。TDS计的单位是ppm(即mg/L),其量值定义为一定比例数的电导率值,一般取0.7左右。因此,TDS计原理和结构,其实就电导率仪,只是约定了一个比例数,定义为TDS。TDS计自动温度补偿的基准温度一般为25℃,温度系数一般为2%/℃。
12、什么是EC计?
在一些进口的农业水处理设备中,有一个“EC”值的水质指标,相应的有测试该指标数的专用仪器EC计,EC是什么呢?EC计的单位是EC,而EC单位其实就是mS/cm单位,EC=Ms/cm,因此EC计其实就是以mS/cm为测量单位的电导率仪。
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