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電導(dǎo)率和TDS的測量
時間:2012-3-1 18:07:38作者:admin
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，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。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
，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KCL溶液的電阻率K是已知的。測量時，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有時會出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時間后，電極常數(shù)也可能會有變化。因此，新購的電導(dǎo)電極，以及使用一段時間后的電導(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)測量時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
（1）測量時應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀，不要采用其他型號的電導(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。光亮電極的另一個優(yōu)點(diǎn)是鉑片表面可以擦拭，而鉑黑電極表面則絕對不能擦拭，只能在水中晃動清洗。
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)使用最多的電導(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
，常采用石墨，當(dāng)K=0.1
、0.01時
，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，會發(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)頻率的交流信號的方法，將信號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)
，以及自動換擋功能等
。電導(dǎo)電極有時還裝有熱敏元件。
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，為專用簡便儀器
。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、上下限報警和控制功能等
。
8
、如何解讀電導(dǎo)率儀的精確度？
電導(dǎo)率儀的精確度
，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(dǎo)率儀為例，他的精確度指標(biāo)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(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最后一位數(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)際使用中的絕對誤差概念是不同的
，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�
，或有較大誤差的
，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
，儀器也無溫度補(bǔ)償作用
，測量值為當(dāng)時溫度下的未經(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
，它建立于國際公認(rèn)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
|
近似濃度
Mol·L-1 |
電導(dǎo)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(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(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
，只是約定了一個比例數(shù)
，定義為TDS。TDS計(jì)自動溫度補(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“EC”值的水質(zhì)指標(biāo)
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，相應(yīng)的有測試該指標(biāo)數(shù)的專用儀器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
。
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