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技術(shù)文章
電導(dǎo)率和TDS測量
點(diǎn)擊次數(shù)：6237 發(fā)布時(shí)間：2009-11-1
| 電導(dǎo)率和TDS測量 | |||||||||||||||||||||
| 2009-9-24 14:55:00肖紅瑞 | |||||||||||||||||||||
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1、何謂水的電阻率？ 水的導(dǎo)電性能與水的電阻值大小有關(guān)，電阻值大，導(dǎo)電性能差，電阻值小，導(dǎo)電性能就良好。根據(jù)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(shù)以及離子的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。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(dǎo)率？電導(dǎo)率和電阻率有何關(guān)系？ 由于水中含有各種溶解鹽類，并以離子的形式存在。當(dāng)水中插入一對電極時(shí)，通電之后，在電場的作用下，帶電的離子就產(chǎn)生一定方向的移動(dòng)。水中陰離子移向陽極，使水溶液起導(dǎo)電作用，水的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱程度，就稱為電導(dǎo)（或電導(dǎo)度），用G表示。電導(dǎo)反映了水中含鹽量的多少，是水的純凈程度的一個(gè)重要指標(biāo)，水越純，含鹽量越少，電阻越大，電導(dǎo)越小，超純水幾乎不能導(dǎo)電。電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，即 G=L/R 式中R-電阻，單位為歐姆（Ω） G-電導(dǎo)，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(gè)常數(shù)。令：J=L/F，J就稱為電極常數(shù)，可得到 G=I/ρ*I/J=K*I/J 式中：K=1/ρ就稱為電導(dǎo)率，單位為S/cm。1S/cm=10^3m S/cm=10^6 μS/cm電導(dǎo)率K的意義就是截面積為1cm^2，長度為1cm的導(dǎo)體的電導(dǎo)。當(dāng)電導(dǎo)常數(shù)J=1時(shí)，電導(dǎo)率就等于電導(dǎo)，電導(dǎo)率是不同電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的表現(xiàn)。 電導(dǎo)率K，電導(dǎo)G，電阻率ρ三者之間的關(guān)系如下： K=J*G=1/ρ 式中J為電極常數(shù)，例如：電導(dǎo)率為0.1μS/cm的高純水，其電阻率應(yīng)為： ρ=1/K=1/0.1*10^6=10MΩ．cm 3、如何測定電導(dǎo)電極常數(shù)？為何要對常數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)？ 根據(jù)公式J=K/G，電極常數(shù)J可以通過測量電導(dǎo)電極在一定濃度的KCL溶液中的電導(dǎo)G來求得，此時(shí)KCL溶液的電阻率K是已知的。測量時(shí)，電阻率儀常數(shù)旋鈕應(yīng)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(dǎo)電極的常數(shù)J有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時(shí)間后，電極常數(shù)也可能會(huì)有變化。因此，新購的電導(dǎo)電極，以及使用一段時(shí)間后的電導(dǎo)電極，電極常數(shù)應(yīng)重新測量標(biāo)定。電導(dǎo)電極常數(shù)測量時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）測量時(shí)應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀，不要采用其他型號(hào)的電導(dǎo)率儀。 （2）測量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度，以接近實(shí)際被溶液溫度為好。 （3）測量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度，以接近實(shí)際被溶液濃度為好。 4、電導(dǎo)電極為何要鍍鉑黑，鉑黑電極能測試低電導(dǎo)率的溶液嗎？ 電導(dǎo)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(yīng)。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(yīng)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(huì)產(chǎn)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(jīng)驗(yàn)，鍍鉑黑鍍得好與壞對電極性能有很大影響。 在國內(nèi)一些電導(dǎo)電極或電導(dǎo)率儀的說明書中，對鉑黑電極有一種誤解，認(rèn)為鉑黑電極適合于高電導(dǎo)率的溶液中使用，其實(shí)不然，鉑黑電極測試幾個(gè)μS/cm甚至0.1μS/cm的溶液都可以，而在高電導(dǎo)率的溶液中的測試，鉑黑電極就更穩(wěn)定和準(zhǔn)確了。因此常數(shù)大于1的電導(dǎo)電極，都應(yīng)該使用鉑黑電極。而不鍍鉑黑的光亮電導(dǎo)電極，因?yàn)樗荒茉谳^小的電導(dǎo)率的溶液中使用，所以常數(shù)小于1的電導(dǎo)電極可以使用光亮電極。光亮電極的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)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(dòng)清洗。 5、電導(dǎo)電極有哪些種類？有何不同用途？ 電導(dǎo)電極一般有二電極式和多電極式二種類型。 二電極式電導(dǎo)電極是目前國內(nèi)使用zui多的電導(dǎo)電極類型，實(shí)驗(yàn)式二電極式電導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)是將二片鉑片燒結(jié)在二平行玻璃片上，或圓形玻璃片管的內(nèi)壁上，調(diào)節(jié)鉑片的面積和距離，就可以制成不同常數(shù)值的電導(dǎo)電極。通常有K=1、K=5、K=10等類型。而在在線電導(dǎo)率儀上使用的二電極式電導(dǎo)電極常數(shù)制成圓柱形對稱的電極。當(dāng)K=1時(shí)，常采用石墨，當(dāng)K=0.1、0.01時(shí)，材料可以是不銹鋼或鈦合金。 多電極式電導(dǎo)電極，一般在支持體上有幾個(gè)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(shù)的電導(dǎo)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(dǎo)電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導(dǎo)電極的主要優(yōu)點(diǎn)是可以避免電極極化帶來的測量誤差，在國外的實(shí)驗(yàn)式和在線式電導(dǎo)率儀上較多使用。電磁式電導(dǎo)電極的特點(diǎn)是適宜于測量高電導(dǎo)率的溶液，一般用于工業(yè)電導(dǎo)率儀中，或利用起測量原理制成單組分的濃度計(jì)，如鹽酸濃度計(jì)、硝酸濃度計(jì)等。 6、電導(dǎo)率儀的結(jié)構(gòu)原理是什么？ 電導(dǎo)率的測量原理其實(shí)就是按歐姆定律測定平行電極間溶液部分的電阻。但是，當(dāng)電流通過電極時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)，從而改變電極附近溶液的組成，產(chǎn)生：“極化”現(xiàn)象，從而引起電導(dǎo)測量的嚴(yán)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?yàn)樵陔姌O表面的氧化和還原迅速交替進(jìn)行，其結(jié)果可以認(rèn)為沒有氧化或還原發(fā)生。 電導(dǎo)率儀由電導(dǎo)電極和電計(jì)（電子元件）組成。電計(jì)采用了適當(dāng)頻率的交流信號(hào)的方法，將信號(hào)放大處理后換算成電導(dǎo)率。電計(jì)中還可能裝有與傳感器相匹配的溫度測量系統(tǒng)，能補(bǔ)償?shù)綐?biāo)準(zhǔn)溫度電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償系統(tǒng)、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及電導(dǎo)池常數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及自動(dòng)換擋功能等。電導(dǎo)電極有時(shí)還裝有熱敏元件。 7、電導(dǎo)率儀有哪些種類，其用途和優(yōu)缺點(diǎn)是什么？ 電導(dǎo)率儀從使用用途分大致有筆形、便攜式、實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)用四種類型。 筆形電導(dǎo)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(jì)，用于測量 飲用水質(zhì)量，鹽度計(jì)測量湯（溶液）鹽度等。 便攜式和實(shí)驗(yàn)室電導(dǎo)率儀測量范圍較廣，常用儀器，不同點(diǎn)是便攜式采用直流供電，可攜帶到現(xiàn)場。實(shí)驗(yàn)室電導(dǎo)率儀測量范圍廣、功能多、測量精度高。 工業(yè)用電導(dǎo)率儀的特點(diǎn)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(yīng)能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，具有模擬里量輸出、數(shù)字通訊、上下限報(bào)警和控制功能等。 8、如何解讀電導(dǎo)率儀的度？ 電導(dǎo)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(jí)的電導(dǎo)率儀為例，他的度指標(biāo)為：基本誤差±1%F.S ±1個(gè)字，配套誤差±1.5F.S ±1個(gè)字，他是什么意思呢？基本誤差是指電導(dǎo)率儀電計(jì)部分的誤差，配套誤差是指電計(jì)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(gè)字≈±2.1μS/cm，配套誤差為±1.5%×199.9±1個(gè)字≈±3.1μS/cm，±1個(gè)字是指儀表分辨率的zui后一位數(shù)。因此，電導(dǎo)率儀的誤差概念，是對于一段量程擋而言的，與實(shí)際使用中的誤差概念是不同的，這一點(diǎn)要引起注意，例如你測試一杯純水的電導(dǎo)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(jì)也是如此。 9、電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償有何意義？ 一定濃度的溶液，其電導(dǎo)率隨溫度的改變而改變，在作精密測量時(shí)應(yīng)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(bǔ)償系統(tǒng)，換成25℃時(shí)的電導(dǎo)率，這樣測量數(shù)值就可以比較。但是，由于各種不同種類，不同濃度的電導(dǎo)率溫度系數(shù)各不相同，例如酸溶液的溫度系數(shù)為（1.0—1.6）%℃，堿溶液的溫度系數(shù)為（1.8—2.2）%℃，鹽容度的溫度系數(shù)為（2.2—3.0）%℃，天然水的溫度系數(shù)為2.0%℃，因此電導(dǎo)率測量的溫度補(bǔ)償問題比較復(fù)雜，或者可以認(rèn)為這種溫度補(bǔ)償?shù)牟怀浞值模蛴休^大誤差的，為此，有些電導(dǎo)率儀就不采用溫度補(bǔ)償電路，儀器測得的是當(dāng)時(shí)溫度下的電導(dǎo)率值。有溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)率儀，若將溫度補(bǔ)償旋鈕調(diào)至25℃時(shí)，儀器也無溫度補(bǔ)償作用，測量值為當(dāng)時(shí)溫度下的未經(jīng)換算的電導(dǎo)率值。 10、如何配制電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)溶液？ 中國的電導(dǎo)率基準(zhǔn)是用相對法建立起來的，它建立于*值的基礎(chǔ)上，以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為實(shí)物依據(jù)。1989年國家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了四種氯化鉀溶液在五個(gè)溫度下的電導(dǎo)率值，見表（2）和表（3）： 表（2）氯化鉀濃度和電導(dǎo)率值
表（3）溶液的組成
電導(dǎo)率標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）KC1應(yīng)采用優(yōu)級(jí)純（GR），且需要在220—240℃下烘干2小時(shí)，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(dǎo)率應(yīng)不大于0.2μS/cm（25℃）。 （3）應(yīng)在20±0.5℃的恒溫槽中進(jìn)行稀釋和操作。 （4）標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)儲(chǔ)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(jīng)驗(yàn)，一般用戶可能無法勝任。因此，選用配制好的電導(dǎo)率儀標(biāo)準(zhǔn)溶液就比較方便了。 11、TDS是什么意思？何謂TDS計(jì)？ TDS計(jì)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(jī)鹽和有機(jī)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(jì)就是可溶解固體總量測試儀。TDS計(jì)的單位是ppm（即mg/L）,其量值定義為一定比例數(shù)的電導(dǎo)率值，一般取0.7左右。因此，TDS計(jì)原理和結(jié)構(gòu)，其實(shí)就電導(dǎo)率儀，只是約定了一個(gè)比例數(shù)，定義為TDS。TDS計(jì)自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)溫度一般為25℃，溫度系數(shù)一般為2%/℃。 12、什么是EC計(jì)？ 在一些進(jìn)口的農(nóng)業(yè)水處理設(shè)備中，有一個(gè)“EC”值的水質(zhì)指標(biāo)，相應(yīng)的有測試該指標(biāo)數(shù)的儀器EC計(jì)，EC是什么呢？EC計(jì)的單位是EC，而EC單位其實(shí)就是mS/cm單位，EC=Ms/cm，因此EC計(jì)其實(shí)就是以mS/cm為測量單位的電導(dǎo)率儀。 | |||||||||||||||||||||