电导率测量原理

第第页电导率测量原理电导率测量原理1原理测量溶液的电导率（电阻率的倒数），必需有两片金属插入水中。在两金属间施加肯定的电压，在电场的作用下，溶液中的阴阳离子便向与本身极性相反的金属板方向移动并传递电子，象金属导体一样，离子的移动速度与所施加的电压有线性关系，因此电解质溶液也遵守欧姆定律。电解质电阻的大小除了和电解质的浓度有关外，还和电解质的种类与性质—电解质的电离度、离子的迁移率、粒子半径和离子的电荷数以及溶剂的介电常数和粘度等有直接关系。～电导仪导线电极水溶液图4—1电导测量示意图比电阻和比电导（电导率）：设有截面积为acm2、相距1cm的两片平行金属电极置于电解质溶液中。依据欧姆定律，在温度肯定时，两平行电极之间溶液的电阻R与距离l成正比、与电极的截面积a成反比．R=ρ（4—1）式中R—电阻，Ω；ρ—比电阻（电导率的倒数），Ω/cm。2电导电极和电极常数电导电极的构造：电导电极或称电导池，是测量电导的传感元件。常规用的电极一般是两个金属片（或圆筒）用绝缘体固定在支架上。电导电极的常数和温度系数：当电极制成后，对每支电极而言，两个金属片（或圆筒）的面积a和距离l是不变的。l/a可以看成是一个常数，这就是电极常数，用A表示，A=（4—2）A==кR（4—3）式中A——电极常数；R——溶液电阻；L——溶液的电导；К——溶液的电导率（比电导）。表4—1推举选择的电极常数测量范围，μS/cm推举选用电极的电极常数，cm—1К200.011К2000.110К20001100К20000101000К20000050假如要直接精准测量电极的面积a和距离l是很困难的。所以电极常数利用已知浓度的标准氯化钾溶液间接地测量。在肯定温度下，肯定浓度的氯化钾溶液的电导率是固定的。只要将待测电极浸在已知浓度的氯化钾溶液中，测出电阻Ｒ或电导L，代入上式便可求出电极常数A。表4—2氯化钾标准溶液浓度与电导率的关系氯化钾标准溶液浓度，mol/L标准溶液的电导率（25℃），μS/cm0.0011470.0114100.112856标准溶液的配制：（1）0.1mol/L氯化钾标准溶液:称取在105℃干燥2h的优级纯氯化钾（或基准试剂）7.4365g,用新制备的Ⅱ级试剂水（20℃±2℃）溶解后移入1L容量瓶中，并稀释至刻度，混匀。（2）0.01mol/L氯化钾标准溶液:称取在105℃干燥2h的优级纯氯化钾（或基准试剂）7.440g,用新制备的Ⅱ级试剂水（20℃±2℃）溶解后移入1L容量瓶中，并稀释至刻度，混匀。（3）0.001mol/L氯化钾标准溶液:于使用前精准吸取0.01mol/L氯化钾标准溶液100ml,移入1L容量瓶中，用新制备的Ⅰ级试剂水（20℃±2℃）稀释至刻度，混匀。配制0.001mol/L氯化钾标准溶液所用的Ⅰ级试剂水应先煮沸排出二氧化碳，配制过程中削减与空气接触。该标准溶液应现配现用。以上氯化钾标准溶液应保存在硬质玻璃瓶中，密封保存。肯定浓度的氯化钾溶液，其电导率随温度上升而增大，温度系数大约为2%/℃左右，在作精密测量时必需保持恒温，也可在任意温度下测量，其方法是将测量的电导率换算成某一标准温度下的电导率，换算公式是：К（25ºC）=Кt样／［1+β（t—25）］（4—4）式中К（25ºC）——换算成25℃时水样的电导率，μS/cm；Кt样——tºC时测得水样的电导率值,μS/cm；3电导电极的电容当向电极施加直流电压时，电极表面会发生电化学反应，产生极化电阻，从而对溶液电阻（电导的倒数）的测量产生误差；为了除去极化电阻的影响，一般向电极施加交流电压。电导电极浸入溶液后，电极表面会形成双电层，因而电极表面有电容存在；电极的导线也存在分布电容。在交流电的作用下，测量的不仅是纯电阻，而是电阻和容抗构成的阻抗。其等效电路如下：RLRPRPCdCdCfVac图4—2电导电极测量等效电路RL—溶液电阻；RP—极化电阻；Cd—微分电容；Cf—分布电容；在测量一般水时，由于分布电容Cf很小，其容抗1/（2πfCf）很大，可疏忽其影响，重要是除去表面极化电阻的影响，因此采纳较高的测量频率，微分电容Cd产生的容抗1/（2πfCd）很小，造成极化电阻短路，测量的阻抗等于溶液电阻RL。在测量高纯度水的时候，由于溶液电阻RL很大，接近分布电容产生的容抗1/（2πfCf），测量的阻抗等于溶液电阻RL和分布电容产生的容抗1/（2πfCf）的并联总阻抗，从而造成测量结果偏离真正需要测量的溶液电阻RL。为了除去分布电容的影响，一般测量高纯度水的时候采纳较低的测量频率，使分布电容产生的容抗1/（2πfCf）大大加添，从而削减对测量溶液电阻RL的影响。另外，选择电极常数小的电导电极，降低电极之间溶液的电阻，也可削减纯水测量时分布电容的影响。4电导仪的测量原理和电路直读式电导仪的电路原理图见图4—3、图中Rx是电导池或电导电极（还表示电解质溶液的电阻）。由运算放大器A和反馈电阻Rf及Rx构成一个比例放大器，若由音频振荡器输出至放大器的电压为Vi，则放大器输出电压为VoVo＝Vi＝（4—5）式中Vo为放大器输出电压；Vi放大器输入电压；Rf为反馈电阻；Rx为电导电极电阻；K为电极常数；L为欲测溶液的电导。当Vi、K恒定时，输出电压仅与电导L成正比。这种电路由于运算放