電導率

電導率

電導率 (electric conductivity) 是表示物質傳輸電流能力強弱的一種測量值。當施加電壓於導體的兩端時,其電荷載子會呈現朝某方向流動的行為,因而產生電流。電導率 是以歐姆定律定義為電流密度 和電場強度 的比率:有些物質會有異向性 (anisotropic) 的電導率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數學術語,第二階張量,通常是對稱的)。電導率是電阻率 的倒數。在國際單位制中的單位是西門子/米 (S·m-1):電導率儀 (electrical conductivity meter) 是一種是用來測量溶液電導率的儀器。

基本信息

影響因素

1電導率

電導率與溫度具有很大相關性。金屬的電導率隨著溫度的增高而降低。半導體的電導率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內,電導率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質在不同溫度狀況的電導率,必須設定一個共同的參考溫度。電導率與溫度的相關性,時常可以表達為,電導率對上溫度線圖的斜率。

(2)摻雜程度:固態半導體的摻雜程度會造成電導率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導率。水溶液的電導率高低相依於其內含溶質鹽的濃度,或其它會分解為電解質的化學雜質。水樣本的電導率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質成分等等的重要指標。水越純淨,電導率越低(電阻率越高)。水的電導率時常以電導係數來紀錄;電導係數是水在 25°C 溫度的電導率。

(3)各向異性:有些物質會有異向性 (anisotropic) 的電導率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(使用數學術語,第二階張量,通常是對稱的)。

技術參數

標 準: JB/T 6855-93《 工業電導率儀 》;
測量範圍 0,01~20μS/cm(配0,01電極),實際可達100,0μS/cm,0,1~200μS/cm(配0,1電極),實際可達1000,0μS/cm,1,0~2000μS/cm(配1,0,電極),實際可達10,00mS/cm,10~20000μS/cm(配10,0電極),實際可達100,0mS/cm
溫度補償 0~99,9℃,25℃為基準溫度
被測水樣 0~99,9℃,0,6MPa
基本誤差 電導率 ,±,1,0%FS, 溫度 ,±,0,5℃(0~60℃)
重,復,性 ±,0,2%FS
穩,定,性 ±,0,2%FS
電流隔離輸出 0~10mA(負載<,1,5kΩ),4~20,mA(負載<,750Ω)
輸出電流誤差 ≤±,1%FS
繼,電,器 AC220V, 3A
通訊接口 RS485選配
電,源 AC220V±,22V,50Hz±,1Hz
防護等級 IP65
時鐘精度 ±,1分/月
數據存儲 1個月(1點/5分鐘)
外形尺寸 146(長)×,146(寬)×,108(深)mm
開孔尺寸 138×,138, mm
重,量 0,8kg
工作條件 環境溫度0~60℃,相對濕度<,85%
可配0,01,0,1,1,0,10,0四種電導電極

測量原理

電導率電導率

電導率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板(或圓柱電極),放到被測溶液中,在極板的兩端加上一定的電勢(為了避免溶液電解,通常為正弦波電壓,頻率1~3kHz)。然後通過電導儀測量極板間電導。

電導率的測量需要兩方面信息。一個是溶液的電導G,另一個是溶液的幾何參數K。電導可以通過電流、電壓的測量得到。根據關係式S=K×G可以等到電導率的數值。這一測量原理在直接顯示測量儀表中得到廣泛套用。

而K= L /A

A——測量電極的有效極板

L——兩極板的距離

這一值則被稱為電極常數。在電極間存在均勻電場的情況下,電極常數可以通過幾何尺寸算出。當兩個面積為1cm的方形極板,之間相隔1cm組成電極時,此電極的常數K=1cm。如果用此對電極測得電導值G=1000μs,則被測溶液的電導率K=1000μs/ cm。

一般情況下,電極常形成部分非均勻電場。此時,電極常數必須用標準溶液進行確定。標準溶液一般都使用KCl溶液這是因為KCl的電導率的不同的溫度和濃度情況下非常穩定,準確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時電導率為12.88ms/cm。

所謂非均勻電場(也稱作雜散場,漏泄場)沒有常數,而是與離子的種類和濃度有關。因此,一個純雜散場電極是最複雜的電極,它通過一次校準不能滿足寬的測量範圍的需要。

電導電極的種類

電導電極一般分為二電極式和多電極式兩種類型。

二電極式電導電極是目前國內使用最多的電導電極類型,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,或圓形玻璃管的內壁上,調節鉑片的面積和距離,就可以製成不同常數值的電導電極。通常有K=1.K=5.K=10等類型。而線上電導率儀上使用的二電極式電導電極常製成圓柱形對稱的電極。當K=1時,常採用石墨,當K=0.1.0.01時,材料可以是不鏽鋼或鈦合金。

多電極式電導電極,一般在支持體上有幾個環狀的電極,通過環狀電極的串聯和並聯的不同組合,可以製成不同常數的電導電極。環狀電極的材料可以是石墨、不鏽鋼、鈦合金和鉑金。

電導電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導電極的優點是可以避免電極極化帶來的測量誤差,在國外的實驗式和線上式電導率儀上較多使用。電磁式電導電極的特點是適宜於測量高電導率的溶液,一般用於工業電導率儀中,或利用其測量原理製成單組分的濃度計,如鹽酸濃度計、硝酸濃度計等。

電導電極常數

根據公式K=S/G,電極常數K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溶液的電導率S是已知的。

由於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同,電導電極常數K有時會出現較大的誤差,使用一段時間後,電極常數也可能會有變化,因此,新購的電導電極,以及使用一段時間後的電導電極,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. 測量時應採用配套使用的電導率儀,不要採用其它型號的電導率儀。

2. 測量電極常數的KCL溶液的溫度,以接近實際被測溶液的溫度為好。

3. 測量電極常數的KCL溶液的濃度,以接近實際被測溶液的濃度為好。

電導率的溫度補償

電導率測量是與溫度相關的。溫度對電導率的影響程度依溶液的不同而不同,可以用下面的公式求得:

Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)}

其中:

Gt = 某一溫度(°C)下的電導率

Gtcal = 標準溫度(°C)下的電導率

Tcal = 溫度修正值

α = 標準溫度(°C)下溶液的溫度係數。

下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值,只要測量某個溫度範圍內的電導率,並以溫度為縱軸繪出相應的電導率的變化曲線,與標準溫度相對應的曲線點為該溶液的α值。

溶液(25°C) 濃度 Alpha (α)
鹽酸 , 10,wt% 1.56
氯化鉀溶液 10,wt% 1.88
硫酸 50,wt% 1.93
氯化鈉 ,溶液 10,wt% 2.14
氫氟酸 , 1,5,wt% 7.20
硝酸 , 31,wt% 31.0

市場上所銷售的所有電導儀都可以參照標準溫度(通常為25°C)進行調節的或自動溫度補償。大多數固定溫度補償的電導儀的α調節為2%/°C(近似25°C時氯化鈉溶液的α)。可調節溫度補償的電導儀可以把α調節到更加接近所測溶液的α。

套用領域

●電廠-水處理;

●水廠和污水廠-廢水處理;

●造紙-生產過程/廢水處理;

●化工煉油-生產過程/廢水處理;

●冶金和採礦-生產過程/廢水處理;

●食品和飲料-生產過程/廢水處理;

●醫藥行業-生物反應和發酵/廢水處理;

●半導體-生產過程/廢水處理/高純水生產。

電導率控制儀如筆型BCNSCAN10/20/30,攜帶型BEC520、BEC530、BEC531、BEC540,實驗室台式BEC950、BEC110、BEC120、BEC307和線上式BEC200A、BEC200B、BEC200D、BEC200E、BEC200F、BEC210等廣泛套用於工業、電力、農業、醫藥、食品、科研和環保等領域。該儀器也是食品廠、飲用水廠辦QS、HACCP認證中的必備檢驗設備。

基本物理概念盤點(1)

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