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電導率和TDS測量
  • 發(fā)布日期：2009-11-01      瀏覽次數：5761

      • 電導率和TDS測量
      2009-9-24 14:55:00肖紅瑞

       

       
      1、何謂水的電阻率？
      水的導電性能與水的電阻值大小有關，電阻值大，導電性能差，電阻值小，導電性能就良好。根據歐姆定律，在水溫一定的情況下，水的電阻值R大小與電極的垂直截面積F成反比，與電極之間的距離L成正比，如下式：
      R=ρ*L/F
      式中R-電阻，單位為歐姆（Ω）1Ω=10^6μΩ
      ρ-電阻率單位為歐米（Ω.M）
      如果電極的截面積F做成1cm^2，兩電極間的距離L為1cm，那么電阻值就等于電阻率。
      水的電阻率的大小，與水中含鹽量的多少、水中離子濃度、離子的電荷數以及離子的運動速度有關。因此，純凈的水的電阻率很大，超純水的電阻率就更大。水越純，電子率越大。
      2、何謂水的電導率？電導率和電阻率有何關系？
      由于水中含有各種溶解鹽類，并以離子的形式存在。當水中插入一對電極時，通電之后，在電場的作用下，帶電的離子就產生一定方向的移動。水中陰離子移向陽極，使水溶液起導電作用，水的導電能力的強弱程度，就稱為電導（或電導度），用G表示。電導反映了水中含鹽量的多少，是水的純凈程度的一個重要指標，水越純，含鹽量越少，電阻越大，電導越小，超純水幾乎不能導電。電導是電阻的倒數，即
      G=L/R
      式中R-電阻，單位為歐姆（Ω）
              G-電導，單位西門子（S）    1S=10^3Ms=10^6μS
           因R=ρ*L/F,代入上式,則得到:
                              G=I/ρ*I/J=K*I/J
      對于一對固定電極來講，二極間的距離不變，電極面積也不變，因此L與F為一個常數。令：J=L/F，J就稱為電極常數，可得到
                       G=I/ρ*I/J=K*I/J
      式中：K=1/ρ就稱為電導率，單位為S/cm。1S/cm=10^3m S/cm=10^6 μS/cm電導率K的意義就是截面積為1cm^2，長度為1cm的導體的電導。當電導常數J=1時，電導率就等于電導，電導率是不同電解質溶液導電能力的表現(xiàn)。
      電導率K，電導G，電阻率ρ三者之間的關系如下：
                                K=J*G=1/ρ
      式中J為電極常數，例如：電導率為0.1μS/cm的高純水，其電阻率應為：
                          ρ=1/K=1/0.1*10^6=10MΩ．cm
       
      3、如何測定電導電極常數？為何要對常數進行校準？
          根據公式J=K/G，電極常數J可以通過測量電導電極在一定濃度的KCL溶液中的電導G來求得，此時KCL溶液的電阻率K是已知的。測量時，電阻率儀常數旋鈕應旋至1.0cm^-1處。
      由于測量溶液的濃度和溫度不同，以及測量儀器的精度和頻率也不相同，電導電極的常數J有時會出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時間后，電極常數也可能會有變化。因此，新購的電導電極，以及使用一段時間后的電導電極，電極常數應重新測量標定。電導電極常數測量時應注意以下幾點：
      （1）測量時應采用配套使用的電導率儀，不要采用其他型號的電導率儀。
      （2）測量電極常數的KCL溶液的溫度，以接近實際被溶液溫度為好。
      （3）測量電極常數的KCL溶液的溫度，以接近實際被溶液濃度為好。
      4、電導電極為何要鍍鉑黑，鉑黑電極能測試低電導率的溶液嗎？
      電導電極使用的敏感材料通常為鉑，鍍鉑黑就是在鉑表面鍍上一層黑色蓬松的金屬鉑，目的是為了減少極化效應。多孔的鉑黑增加了電極的表面積，是電流密度減小，是極化效應變小，電容干擾也降低了。不鍍鉑黑或鍍得不好的鉑黑電極，會產生很大的測量誤差。鉑黑電極存放期間要泡在蒸餾水中不宜干放。如果發(fā)現(xiàn)鉑黑電極污染或失效，可浸入10%硝酸或鹽酸溶液中二分鐘，然后用蒸餾水沖洗干凈在測量，鉑黑電極也可以重新電鍍，但鍍鉑黑需要一定的要求和經驗，鍍鉑黑鍍得好與壞對電極性能有很大影響。
      在國內一些電導電極或電導率儀的說明書中，對鉑黑電極有一種誤解，認為鉑黑電極適合于高電導率的溶液中使用，其實不然，鉑黑電極測試幾個μS/cm甚至0.1μS/cm的溶液都可以，而在高電導率的溶液中的測試，鉑黑電極就更穩(wěn)定和準確了。因此常數大于1的電導電極，都應該使用鉑黑電極。而不鍍鉑黑的光亮電導電極，因為它只能在較小的電導率的溶液中使用，所以常數小于1的電導電極可以使用光亮電極。光亮電極的另一個優(yōu)點是鉑片表面可以擦拭，而鉑黑電極表面則不能擦拭，只能在水中晃動清洗。
      5、電導電極有哪些種類？有何不同用途？
           電導電極一般有二電極式和多電極式二種類型。
           二電極式電導電極是目前國內使用zui多的電導電極類型，實驗式二電極式電導電極的結構是將二片鉑片燒結在二平行玻璃片上，或圓形玻璃片管的內壁上，調節(jié)鉑片的面積和距離，就可以制成不同常數值的電導電極。通常有K=1、K=5、K=10等類型。而在在線電導率儀上使用的二電極式電導電極常數制成圓柱形對稱的電極。當K=1時，常采用石墨，當K=0.1、0.01時，材料可以是不銹鋼或鈦合金。
           多電極式電導電極，一般在支持體上有幾個環(huán)狀的電極，通過環(huán)狀電極的串聯(lián)和并聯(lián)的不同組合，可以制成不同常數的電導電極。環(huán)狀電極的材料可以是石墨、不銹鋼、鈦合金和鉑金。
      電導電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導電極的主要優(yōu)點是可以避免電極極化帶來的測量誤差，在國外的實驗式和在線式電導率儀上較多使用。電磁式電導電極的特點是適宜于測量高電導率的溶液，一般用于工業(yè)電導率儀中，或利用起測量原理制成單組分的濃度計，如鹽酸濃度計、硝酸濃度計等。
      6、電導率儀的結構原理是什么？
           電導率的測量原理其實就是按歐姆定律測定平行電極間溶液部分的電阻。但是，當電流通過電極時，會發(fā)生氧化或還原反應，從而改變電極附近溶液的組成，產生：“極化”現(xiàn)象，從而引起電導測量的嚴重誤差。為此，采用高頻率交流電測定法，可以減輕或消除上述極化現(xiàn)象，因為在電極表面的氧化和還原迅速交替進行，其結果可以認為沒有氧化或還原發(fā)生。
      電導率儀由電導電極和電計（電子元件）組成。電計采用了適當頻率的交流信號的方法，將信號放大處理后換算成電導率。電計中還可能裝有與傳感器相匹配的溫度測量系統(tǒng)，能補償到標準溫度電導率的溫度補償系統(tǒng)、溫度系數調節(jié)系統(tǒng)以及電導池常數調節(jié)系統(tǒng)，以及自動換擋功能等。電導電極有時還裝有熱敏元件。
      7、電導率儀有哪些種類，其用途和優(yōu)缺點是什么？
           電導率儀從使用用途分大致有筆形、便攜式、實驗室、工業(yè)用四種類型。
           筆形電導率儀，一般制成單一量程，測量范圍狹，為簡便儀器。筆形還有制成TDS計，用于測量
      飲用水質量，鹽度計測量湯（溶液）鹽度等。
      便攜式和實驗室電導率儀測量范圍較廣，常用儀器，不同點是便攜式采用直流供電，可攜帶到現(xiàn)場。實驗室電導率儀測量范圍廣、功能多、測量精度高。
      工業(yè)用電導率儀的特點是要求穩(wěn)定性好、工作可靠，有一定的測量精度、環(huán)境適應能力強、抗干擾能力強，具有模擬里量輸出、數字通訊、上下限報警和控制功能等。
      8、如何解讀電導率儀的度？
      電導率儀的度，采用的是引用誤差概念。它是將儀表量程中的滿刻度值，乘以誤差百分比。例如我們以1.0級的電導率儀為例，他的度指標為：基本誤差±1%F.S ±1個字，配套誤差±1.5F.S ±1個字，他是什么意思呢？基本誤差是指電導率儀電計部分的誤差，配套誤差是指電計和電極配套使用的誤差。F.S是指電子單元各分檔的滿量程。例如，對于0.0—199.9μS/cm量程檔來說，基本誤差為±1%×199.9±1個字≈±2.1μS/cm，配套誤差為±1.5%×199.9±1個字≈±3.1μS/cm，±1個字是指儀表分辨率的zui后一位數。因此，電導率儀的誤差概念，是對于一段量程擋而言的，與實際使用中的誤差概念是不同的，這一點要引起注意，例如你測試一杯純水的電導率儀值為10μS/cm，你不能理解為其中有3.1μS/cm為誤差值。在一些分擋和連續(xù)刻度的儀表中一般都引用誤差的概念，例如mV計也是如此。
      9、電導率儀的溫度補償有何意義？
      一定濃度的溶液，其電導率隨溫度的改變而改變，在作精密測量時應該保持恒溫，也可在任意溫度下測量，染后通過儀器的溫度補償系統(tǒng)，換成25℃時的電導率，這樣測量數值就可以比較。但是，由于各種不同種類，不同濃度的電導率溫度系數各不相同，例如酸溶液的溫度系數為（1.0—1.6）%℃，堿溶液的溫度系數為（1.8—2.2）%℃，鹽容度的溫度系數為（2.2—3.0）%℃，天然水的溫度系數為2.0%℃，因此電導率測量的溫度補償問題比較復雜，或者可以認為這種溫度補償的不充分的，或有較大誤差的，為此，有些電導率儀就不采用溫度補償電路，儀器測得的是當時溫度下的電導率值。有溫度補償的電導率儀，若將溫度補償旋鈕調至25℃時，儀器也無溫度補償作用，測量值為當時溫度下的未經換算的電導率值。
      10、如何配制電導率標準溶液？
      中國的電導率基準是用相對法建立起來的，它建立于*值的基礎上，以標準物質為實物依據。1989年國家技術監(jiān)督局發(fā)布了四種氯化鉀溶液在五個溫度下的電導率值，見表（2）和表（3）：
      表（2）氯化鉀濃度和電導率值
      近似濃度
      Mol·L-1
      電導率 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）溶液的組成
      近似濃度
      Mol·L-1
      容量濃度KCI
      g·L-1 溶液（20℃空氣中）
      1
      0.1
      0.01
      0.001
      74.2650
      7.4365
      0.7440
      將100Ml0.01mol·L-1 溶解稀釋10倍
      電導率標準溶液的配置應注意以下幾點：
      （1）KC1應采用優(yōu)級純（GR），且需要在220—240℃下烘干2小時，然后放入干燥器中冷卻至室溫。
      （2）培植溶液的蒸餾水或離子水的電導率應不大于0.2μS/cm（25℃）。
      （3）應在20±0.5℃的恒溫槽中進行稀釋和操作。
      （4）標準溶液應儲存在密封玻璃瓶中或聚乙稀塑料瓶中室溫保存，有效期半年至一年。
      從以上配置要求看，其操作需要專業(yè)技能和經驗，一般用戶可能無法勝任。因此，選用配制好的電導率儀標準溶液就比較方便了。
      11、TDS是什么意思？何謂TDS計？
      TDS計是英文“Total Dissolved Solid”縮寫，意思是可溶解固體總量，可溶解固體總量是指溶解在水里的無機鹽和有機物的總稱。其主要成分有鈣、鎂、鈉、鉀離子和碳酸離子、碳酸氫離子、氯離子、硫酸離子和硝酸離子等。因此TDS計就是可溶解固體總量測試儀。TDS計的單位是ppm（即mg/L）,其量值定義為一定比例數的電導率值，一般取0.7左右。因此，TDS計原理和結構，其實就電導率儀，只是約定了一個比例數，定義為TDS。TDS計自動溫度補償的基準溫度一般為25℃，溫度系數一般為2%/℃。
      12、什么是EC計？
      在一些進口的農業(yè)水處理設備中，有一個“EC”值的水質指標，相應的有測試該指標數的儀器EC計，EC是什么呢？EC計的單位是EC，而EC單位其實就是mS/cm單位，EC=Ms/cm，因此EC計其實就是以mS/cm為測量單位的電導率儀。