电导表的使用与校验

选用具有非线性自动温度补偿功能的电导
率仪表，温度补偿的效果会更好。这种温补称 为自然温补。如ORION 130A便携式电导率仪 中温补系数的“tc nlf”档，该仪表中已储存了 各温度、各电导率下的温度系数，仪表根据所 测量的电导率和温度，测量时自动选取相应的 温度补偿系数。目前某些在线电导率仪表也具 有非线性自动温度补偿功能。
电导与电导率
对于水溶液，我们用电导率k来表达它的 导电能力，它是ρ的倒数；而电导池的电导为 G，是电阻R的倒数。
1 1L G = kA
当极板的几何尺寸固定后，两极板的距离L 与面积A之比L/A，我们称为电极常数J，上式整 理后
k=GJ
式中， J——电极常数，cm-1；
G——电导，S；
k——电导率，S/cm。 仪表测得电导池的电阻值，在已知电极常 数的情况下，就可将数据转换成我们所需要的溶 液电导率。举例如下：
RX
R2 B
层电容，也称表面微 分电容；RX是溶液电 阻；C0是两极板间的 电解质电容以及连接
C1
C2
C
0
图2-2 电导池的交流等效电路
电缆的分布电容之和。
在图中，RX才是我们
想要的被测量，其他的
R1
R2
电阻、电容则是测量过 A 程中无法忽略的干扰量。RX源自B电容容抗的计算公式为： C1
C2
X
c

靠自由电子的运动导电，随着温度升高， 导电能力降低。 ➢ 第二类导体——液体（电解质溶液或熔融 状态的电解质），靠离子在电场作用下的 定向迁移导电，随着温度升高，导电能力 增大。
通常用电导率这个物理量来表示第二类导体
的导电能力。
电解质溶液与电导率
➢ 电解质溶解在溶剂中（通常是水）会产生 电离。强电解质是完全电离，如HCl， NaOH，NaCl等，它们在水溶液中以离子 的形式存在；弱电解质则是部分电离，溶 液中既有离子也有分子（分子不导电）， 电离达到一定的平衡为止，如HAc， NH3·H2O等。
➢ 电导率还与离子的种类有关，因为不同离 子的化合价不同，即所带的电荷数不同， 且同价离子的导电能力也不同。因此，要 使电导率与溶液的离子浓度有比例关系， 必须有一定的条件。
➢ 在离子种类相对稳定的无限稀释溶液中， 电导率与溶液的离子浓度有一定的比例关 系（浓度是指各种离子浓度的总和），浓 度越低，电导率越小。
3.2 极间电容的影响
由于以上原因采用了交流电作为电导 池的电源，又引入了新的问题。采用了交 流电源，则电导池就不是纯电阻了，而是 含有电阻和电容的阻抗，偏离了我们所要 测量的溶液电阻，同样造成测量误差。
电导池的等效电
路如图。其中R1 、
A
B
RC22是分极别化是电极阻板；1和C极1 、
R1
板2与溶液间的双电 A
➢ 电解质水溶液的导电能力即电导率，与溶液中 所含离子的活度有关，活度则与浓度有关。
活度＝摩尔浓度×活度系数
由于离子间的牵制作用，浓度越大时活度 系数就越小。当电解质溶液的离子浓度很低时 称为无限稀释溶液，此时活度系数就接近于1， 离子浓度就等同于活度。
电导率在电厂水汽监督的应用基本都在无 限稀释溶液的范围内。
电导率仪表主要由信号转换、信号放大、 温度补偿、方波振荡（施密特电路）、模数 转换、数据处理、显示/输入、信号输出等部 分组成。
方波振荡 电导池 电导信号 信号转换
温度信号 温度检测
模数转换 信号放大
数据处理
显示 输入
数模转换 输出
4～20mA
图2-3 智能电导率仪表的组成
4.1 信号转换 U 信号转换是仪表的第
水成为弱酸性溶液。由于增加了导电的离子，使
溶液的电导率增大。对于低电导率的水样，这种 气体的影响能使电导率增加几倍甚至几十倍。
解决方法：
a）采用动态连续测量的方法，避免空气 中二氧化碳溶解于水样；
b）用离子交换技术除氨，在电导池前面 串接阳树脂交换柱；
c）用加热沸腾的方法进行除气。 前两种方法已普遍采用，第三种方法应用 较少。部分电厂有加热除气装置 。
无论用线性还是非线性补偿，一定要开启 温补功能。
3.4 可溶性气体的影响
电导率测量过程中，常伴随有溶液中溶 解了某些气体的现象，如氨气，二氧化碳等。
NH3 H2O
NH 4OH
NH
4

OH

CO2 H2O
H 2CO3
H


HCO
3
2H CO32
氨气溶于水成为弱碱性溶液，二氧化碳溶于
3 影响电导率测量的因素
3.1 电极极化的影响 由于给电极外加了电压，当电流通过
电极时，溶液中的正、负离子分别向两极 迁移，正离子在阴极表面获得电子，发生 了还原反应；负离子在阳极表面失去电子 发生了氧化反应。由此产生了两种极化现 象。
➢第一种，浓差极化。由于两极板附近液层 中离子被消耗而使数量相对减少，溶液中 离子浓度不均匀，离子朝着浓度低的方向 迅速扩散而产生了内电场，这种现象称为 浓差极化。浓差极化所产生的内电场称为 浓差电势，它与外电场方向相反，起降低 电源电压的作用，相当于增大了溶液的电 阻，给测量带来误差。
在无限稀释溶液中，电导率与温度的关系 可近似表示为：
kt kt0 1 t t0
式中，t ——溶液温度，℃； t0——基准温度，25℃； kt ——溶液温度为t时的电导率，S/cm； kt0——溶液温度为t0时的电导率，S/cm； β——电导率温度系数。
电导率受温度的影响很大，一般情况下：
一级（输入级）电路。电 导率仪的输入级一般采用 分压式电路，早期的仪表
I
Ri Ui ＞
RX
Ui
I
Ri

URi RX Ri
还有采用电桥式的。分压
式电路的原理是：
I

U RX Ri
当RX>>Ri时，
Ui

URi RX

URik J
式中，U、J和Ri是固定常数，放大器输入电压Ui 与电导率k成正比 。
RU I
U
I
R
图2-1 电导池原理
电阻与电阻率
一段导线，它的电阻R、电阻率ρ、导 线面积A和导线长度L之间的关系是：
R=ρ L A
电阻与电阻率和导体长度成正比，与导 体面积成反比。电阻率ρ是导体材料决定的， 比如，铜的ρ比铝的ρ小，因此相同面积、相 同长度的铜导线和铝导线相比，铜导线的电 阻小，导电性能好。
电导率仪的使用和检验
广东电网公司电力科学研究院 魏增福
目录
1 电导率仪的基本原理 2 传感器及测量原理 3 影响电导率测量的因素 4 电导率仪的电路组成 5 电导率仪的校验 6 电导率仪使用中的一些问题
1 电导率仪的基本原理
能导电的物体称为导体，可分为两类： ➢ 第一类导体——固体（金属、石墨等），
➢ 测量电导率较大的水样时，RX较小，与它
串联的极化电阻R1 、R2的影响是主要的，
C0的影响较小，要采用频率较高的交流电
源。
A
RX
B
C0
XC0＞＞ RX
实验室电导率仪，若设有高、低频率切 换开关，可根据水样电导率所在的范围选择 电源频率。
对于在线电导率仪表，一般采用固定的 合适频率。为使电导G在一定的范围内，对不 同的水样配不同的电极。用于测量电导率小 的水样，就配电极常数J较小的电极；水样的 电导率较大时，就配J较大的电极。
• 常用的测量范围与电极常数的对应关系如下：
电导率k 0.05～0.2µS/cm
0.2～2µS/cm 2～20µS/cm 20～200µS/cm
常数J 0.01 0.01 0.1
1
电导G 5～20µS 20～200µS 20～200µS 20～200µS
RX 50kΩ～200kΩ
5kΩ～50kΩ 5kΩ～50kΩ 5kΩ～50kΩ
➢ 第二种，化学极化。由于发生了氧化—— 还原反应，其结果是一个电极上析出金属， 另一个电极上析出氧化物或气体，也就是 电解现象。电解产物附着在电极上形成了 原电池，其电动势也是与外加电场方向相 反，同样相当于增大了溶液的电阻，引起 测量误差。
解决办法：采用交流电源作为电导池的电源。
无论是浓差极化还是化学极化，都产生 了与外加电场方向相反的电动势。采用交流 电源后，由于电流的方向不断改变使电极阴、 阳极性不断变换，避免了电极附近离子浓度 的改变和电极上电解产物的析出，可极大地 消除极化给测量带来的误差。
A
RX
B
C0
解决办法：采用合适频率的交流电源；电 极与仪表的连接电缆控制在适当的长度内 并在电路中进行电容补偿。
➢ 测量低电导率的水样时，RX较大，与它串 联的极化电阻R1 、R2影响较小，与它并联 的C0分流的影响较大，要采用频率较低的 交A 流R电1 源；RX R2 B
RX ＞> R1+R2
只要用于测量0.2µS/cm以上的水样，对应的 RX都在5kΩ～50kΩ之间，测量0.05µS/cm（小于 超纯水）时才达到200kΩ。
3.3 溶液温度的影响
随着温度的升高，溶液的粘度减小，离 子在移动扩散时受到水分子的阻力减小，使 离子迁移速度加快，因而使溶液的电导率增 大；反之，温度下降使溶液的电导率减小。 电导率还与电解质在水中的离解度以及水本 身的离解度等因素有关，情况比较复杂。
1
2 fC
C0
式中，f——电源频率，Hz； C——电容，法拉。
在A、B两端加上交流电源时，电源频率
越高，C1 、C2的容抗越小，当其容抗足够小 的时候，R1 、R2几乎被短路，极化电阻可以 忽略不计，消除了极化的影响。但是，频率
越高，C0的容抗也越小，它与溶液电阻RX并 联，使A、B两端总的阻抗减小，测量值偏小。