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    电导率背景和测量

    2016-5-16 9:49:00  来源:上海卯林机电设备有限公司  人气:1317
 电导率表述的是传输电流的能力,电导率的数值是基于电子或者其他电荷在液体传输,移动的能力。电导率通常以西门子每厘米,mS/cm或者uS/cm。

介绍

       电导率表述的是传输电流的能力,电导率的数值是基于电子或者其他电荷在液体传输,移动的能力。电导率通常以西门子每厘米,mS/cm或者uS/cm

       两者关系是:1S/cm= 1,000mS/cm=1000,000uS/cm

       有三种设备可以测量电导率,其中一个是石墨探杆,它通过在样品水中放置两块已经区域和距离的导电材料来测量电导率,在这个上面施加一个电压,然后测量产生的电流,电导率值由这个电流值决定。

 在一些高电导率测量应用中,会选择使用环形探杆,它包含一对缠绕金属环并用耐腐蚀塑料覆盖成形。一个线圈是发生源,另外一个线圈是接收端。当传感器被浸入到电导液体中,设备会通过发生线圈产生一个已知值的交流电,这个交流电会产生一个电磁区域并在过程液体中催生一个电流,然后相应地在接受端催生一个电流,这个电流同液体中的电导率直接成比列关系。

 

电导率理论  

 

电导系数(G)是两个电极间电阻( R)的倒数:

G=1/R

通常情况下,有必要把电导同一个材料特定长度和恒定截面积相关连,它同电极间距离”l”和电极间面积”A”有关系。”l””A”的比率就是介电常数(K).


介电常数(K) 

        K=I/A

K=介电常数(cm-1)

a=电极间的有效面积(cm2)

i=电极间距离

电导和介电常数关系公式如下所示,我们称之为电导率(σ)。电导率是衡量物质调节电流传输能力的指标,电导率越高,电流流动的阻力就越低。       

       σ=GxK

       σ=电导率(S/cm)

       G=电导系数(S)

       K=介电常数(cm)

       为了获得一个高精度的电导率,非常有必要选择一个正确的介电常数。


测量

在一些工业和环境应用领域中,电导率测量是一种快速、便宜、可靠地测量溶液中离子含量的选择。测量电导率是检测一些水系统如海水、河水、锅炉用水、饮用纯化水性能的典型方法。

锅炉电导率测量

污水电导率测量

        溶液中电导率通过测定两个平面或圆柱形电极(内和外)之间的电阻来获得,这两个内外电极通过塑模成型在石墨探针里的平面上,被分开成一个固定的距离,这样做后,可以获得一个精准的介电常数。采用交流电可以避免电极间的极化,也阻止了任何电极表面上的非自发性发应地产生,这些反应会导致不精确的读数被纪录下来。

 

石墨探杆中两个电极的结构

       电导率测量会明显地受样品温度影响,例如,当温度升高1摄氏度时,氯化钠溶液的电导率读数会明显增加2%,因此15°C氯化钠溶液的电导率比25°C温度下的氯化钠溶液低20%。根据实验室的标准操作程序,电导率读数可以进行温度补偿,也可以不进行温度补偿,纪录每个电导率读数都要非常注意温度读数或者相对温度,这点非常重要。

       对于低电导率水溶液,可以把两个电极摆放地近些(降低L)从而得到0.1 cm-1的介电常数,它提升了两个表面间的电导并且使得电子电路更加容易获得一个结果。从下面的曲线图可以看出,当电导率在200us/cm以下时,介电常数k=0.1(蓝线)的石墨探杆响应非常强烈,因此,这个探杆的信号噪声比非常地低,在这个范围内从样品中获得的结果也非常的精确。当电导率上升,探杆对每us/cm电导率变化的响应会减弱,这就导致了电极测量精度地下降。

       介电常数为0.1的探杆在0-200us/cm范围内可以获得高精度的电导率。

测量结果

不同介电常数的石墨探杆:0.1(上面),1(中间),10(底部)

            
       
如果水中电导率浓度是在中等水平,最好使用介电常数为k=1的探杆(曲线图中的红线)。虽然在低电导溶液中它没有k=0.1探杆那样的响应速度,相反电导率从低到高的时候,它都有一个恒定的响应,并且探杆可以通过一个电导率值宽量程提供一个精确的读数,如果在溶液的电导率未知的情况下,这个是必不可少的。

介电常数为1的探杆在0-2000us/cm范围内可以获得高精度的电导率测量结果。

 

对于一些高电导率溶液,两个电极距离可以挪开点(增加l),从而获得10.0的介电常数或者更高。通常,在这样的溶液中,我们会选择使用塑料环形探杆。

 

       探杆产生的两个电流图例

 探杆

 

pi公司实验室采用不同氯化钠浓度来显示环形探杆量程和精度,每一组氯化钠溶液都有一个已知值的电导率,这些值同环形探杆测量得到的电导率进行对比获得以下曲线图:

 

在饱和前,氯化钠容易能产生的最高电导率是230ms/cm,从上面曲线图可以看到,我们的环形传感器可以精确测量到这个极限值,并且可以精确测量溶液电导率达到2000ms/cm的,它远远超过了石墨传感器能测量的值。

 

环形探杆vs石墨接触探杆

比起石墨探杆来,环形探杆需要的空间要大地多,它需要3厘米电导率液体环绕探杆以确保接受线圈测量不受牵连,保证精度尽可能得高。

石墨探杆可以在一个空间或者独立容器中进行校准,然后环形探杆一定要在空间里校准以获得优化的结果。

环形探杆的常规精度为±20us/cm,石墨探杆的常规精度为±5us/cm

环形探杆可以用于有磨损和表面沉积的环境中,同样也可以测量脏的,有腐蚀性的样品,因此环形探杆是测量污水和工业过程用水中电导率的一个很的选择。反观石墨探杆,它只适用于干净的,无腐蚀的样品中,(例如:饮用水),下面图表显示不同传感器在不同水体中的应用。


总溶解固体物(TDS)

总溶解固体物(所谓为TDS)是衡量溶解在液体中所有无机物质的一个参数,TDS和电导率之间关系密切,溶解在水中的盐越多,电导率值就越高。

为了把样品水电导率(us/cm)转换成相应的tds浓度,需要乘以一个转换系数。转换系数大小取决于TDS的化学成分,可以在0.54-0.96之间变动。如果实际的系数不知道,那么通常以0.67作为一个近似系数来计算。

TDS(ppm)=电导率us/cm x 0.67

 

        因为电导率的变化同温度有关系,所以需要修正读数以应对温度的变化。大多数设备都包含有自动温度补偿功能,把读值修正到标准25°C读值。





    上海卯林机电设备有限公司致力于电子、 化工、制药、食品、饮料、瓶装水、石化、水处理等领域提供先进可靠的产品解决方案,先后被美国IN USA、爱尔兰 NTRON 和英国 PI 等多家国际知名厂家授权为其产品在中国的主要代理商,产品包含:

 

美国IN USA产品系列

板式臭氧发生器

臭氧浓度仪

排气臭氧浓度仪

尾气臭氧浓度仪

水中臭氧浓度仪

臭氧校准仪

臭氧老化试验箱

臭氧传输系统

高浓度臭氧水系统

碘甲烷分析仪

End-pointer detector

 

英国Pi公司产品系列

pH/orp分析仪

l 电导率分析仪

l 溶解氧分析仪

l 氟离子分析仪

l 浊度悬浮物分析仪

l 余氯/总氯/二氧化氯分析仪

l 臭氧/双氧水/过氧乙酸分析仪

l 激光颗粒物分析仪

l 流动电流仪

UV254

COD/BOD/TOC分析仪

生物膜监测仪

实验室电荷分析仪


爱尔兰NTRON产品系列

臭氧/氧气泄漏报警仪

有毒有害气体泄漏报警仪

在线氧气分析仪



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