电导 电导率

电导率
定义1：在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。

对于各向同性介质，电导
率是标量；对于各向异性介质，电导率是张量。

定义2：边长为1cm的立方体内所包含溶液的电导。

定义3：以数字表示溶液传导电流的能力。

单位以每米毫西门子(mS/m)表示。

电导率，物理学概念，指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。

对于各向同性介质，电导率是标量；对于各向异性介质，电导率是张量。

生态学中，电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。

单位以每米毫西门子(mS/m)表示。

电导率产品概述
电导率控制仪如笔型BCNSCAN10/20/30，便携式BEC520、BEC530、BEC531、BEC540，实验室台式BEC950、BEC110、BEC120、BEC307和在线式BEC200A、BEC200B、BEC200D、BEC200E、BEC200F、BEC210等广泛应用于工业、电力、农业、医药、食品、科研和环保等领域。

该仪器也是食品厂、饮用水厂办QS、HACCP认证中的必备检验设备。

定义
（1）英文：conductivity(or specific conductance)
（2）定义：电阻率的倒数为电导率，用希腊字母κ表示，κ=1/ρ。

除非特别指明，电导率的测量温度是标准温度（25 °C ）。

（3）单位：在国际单位制中，电导率的单位称为西门子/米（S/m），其它单位有：MS/m，S/cm，μS/cm。

1S/m=1000mS/m=1000000μS/m=10mS/cm=10000μS/cm。

（4）说明：电导率的物理意义是表示物质导电的性能。

电导率越大则导电性能越强，反之越小。

另外，不少人将电导跟电导率混淆：电导是电阻的倒数，电导率是电阻率的倒数。

BEC-200A型中文在线电导率仪是全中文显示、中文菜单式操作、全智能、多功能、测量性能高、环境适应性强等特点。

二次表配上常数为1.0或10的电极可测量一般液体的电导率；配上0.1或0.01的电极，能准确测量纯水或超纯水的电导率，特别适用于电厂锅炉
给水和蒸汽冷凝水等高纯水电导率的在线连续监测。

影响因素
（1）温度：电导率与温度具有很大相关性。

金属的电导率随着温度的增高而降低。

半导体的电导率随着温度的增高而增高。

在一段温度值域内，电导率可以被近似为与温度成正比。

为了要比较物质在不同温度状况的电导率，必须设定一个共同的参考温度。

电导率与温度的相关性，时常可以表达为，电导率对上温度线图的斜率。

（2）掺杂程度：固态半导体的掺杂程度会造成电导率很大的变化。

增加掺杂程度会造成高电导率。

水溶液的电导率高低相依于其内含溶质盐的浓度，或其它会分解为电解质的化学杂质。

水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。

水越纯净，电导率越低（电阻率越高）。

水的电导率时常以电导系数来纪录；电导系数是水在25°C 温度的电导率。

（3）各向异性：有些物质会有异向性(anisotropic) 的电导率，必需用3 X 3 矩阵来
表达（使用数学术语，第二阶张量，通常是对称的）。

测量方法
电导率的测量通常是溶液的电导率测量。

固体导体的电阻率可以通过欧姆定律和电阻定律测量。

电解质溶液电导率的测量一般采用交流信号作用于电导池的两电极板，由测量到的电导池常数K和两电极板之间的电导G而求得电导率σ。

电导率测量中最早采用的是交流电桥法，它直接测量到的是电导值。

最常用的仪器设置有常数调节器、温度系数调节器和自动温度补偿器，在一次仪表部分由电导池和温度传感器组成，可以直接测量电解质溶液电导率。

性能特点
●全中文显示,界面友好：所有的数据、状态和操作提示都是中文显示,完全没有厂家自己定义的符号或代码。

●简单的菜单结构，文本式的人表对话：使用起来更清晰、方便，按照屏幕上的提示就可操作。

●多参数同时显示：同时显示电导率、输出电流、温度、时间和状态。

●(超)纯水的自动补偿：对于超纯水,实现了显示25℃时的电导率自动温度补偿。

●记事本功能：忠实记录仪表的操作使用情况和报警的发生时间,便于管理。

●历史曲线和数字记录仪功能：二次表每隔5分钟自动存储一次测量数据,可连续存储一个月的电导率。

●数字时钟功能：显示当前的时间,为数字记录仪功能提供时间基准。

●背光功能：可在光线昏暗或彻底没光亮的环境下使用，根据温度变化，自动调节对比度到最清晰。

●防程序飞死：看门狗程序确保仪表不会死机，这是在线式仪表的基本要求。

●输出电流设置与检查功能：手动电流源功能,可检查和任意设定输出电流值,方便检测记录仪和下位机。

●软件设定电流输出方式：软件选择是0～10mA或4～20mA输出。

应用领域
●电厂-水处理；
●水厂和污水厂-废水处理；
●造纸-生产过程/废水处理；
●化工炼油-生产过程/废水处理；
●冶金和采矿-生产过程/废水处理；
●食品和饮料-生产过程/废水处理；
●医药行业-生物反应和发酵/废水处理；
●半导体-生产过程/废水处理/高纯水生产。

技术参数
标准：JB/T 6855-93《工业电导率仪》；
测量范围：0.01～20μS/cm（配0.01电极），实际可达100.0μS/cm；
0.1～200μS/cm（配0.1电极），实际可达1000.0μS/cm；
1.0～2000μS/cm（配1.0 电极），实际可达10.00mS/cm；10～20000μS/cm（配10.0电极），实际可达100.0mS/cm；
温度补偿：0～99.9℃，25℃为基准温度；
被测水样：0～99.9℃，0.6MPa；
基本误差：电导率：±1.0%FS，温度：±0.5℃(0～60℃)；
重复性：± 0.2%FS
稳定性：±0.2%FS
电流隔离输出：0～10mA（负载<1.5kΩ），4～20 mA（负载<750Ω）；
输出电流误差：≤±1%FS；
继电器：AC220V、3A；
通讯接口：RS485选配；
电源：AC220V±22V ，50Hz±1Hz；
防护等级：IP65；
时钟精度：± 1分/月；
数据存储：1个月（1点/5分钟）；
外形尺寸：146（长）×146（宽）×108（深）mm；
开孔尺寸：138×138 mm
重量：0.8kg；
工作条件：环境温度0～60℃相对湿度<85%；
可配0.01、0.1、1.0、10.0四种电导电极。

电导率的测量原理
电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（为了避免溶液电解，通常为正弦波电压，频率1～3kHz）。

然后通过电导仪测量极板间电导。

电导率的测量需要两方面信息。

一个是溶液的电导G，另一个是溶液的几何参数K。

电导可以通过电流、电压的测量得到。

根据关系式S=K×G可以等到电导率的数值。

这一测量原理在直接显示测量仪表中得到广泛应用。

而K= L /A
A——测量电极的有效极板
L——两极板的距离
这一值则被称为电极常数。

在电极间存在均匀电场的情况下，电极常数可以通过几何尺寸算出。

当两个面积为1cm的方形极板，之间相隔1cm组成电极时，此电极的常数K=1cm。

如果用此对电极测得电导值G=1000μs，则被测溶液的电导率K=1000μs/ cm。

一般情况下，电极常形成部分非均匀电场。

此时，电极常数必须用标准溶液进行确定。

标准溶液一般都使用KCl溶液这是因为KCl的电导率的不同的温度和浓度情况下非常稳定，准确。

0.1mol/l的KCl溶液在25℃时电导率为12.88ms/cm。

所谓非均匀电场（也称作杂散场，漏泄场）没有常数，而是与离子的种类和浓度有关。

因此，一个纯杂散场电极是最复杂的电极，它通过一次校准不能满足宽的测量范围的需要。

电导电极的种类
电导电极一般分为二电极式和多电极式两种类型。

二电极式电导电极是目前国内使用最多的电导电极类型，实验式二电极式电导电极的结构是将二片铂片烧结在二平行玻璃片上，或圆形玻璃管的内壁上，调节铂片的面积和距离，就可以制成不同常数值的电导电极。

通常有K=1.K=5.K=10等类型。

而在线电导率仪上使用的二电极式电导电极常制成圆柱形对称的电极。

当K=1时，常采用石墨，当K=0.1.0.01时，材料可以是不锈钢或钛合金。

多电极式电导电极，一般在支持体上有几个环状的电极，通过环状电极的串联和并联的不同组合，可以制成不同常数的电导电极。

环状电极的材料可以是石墨、不锈钢、钛合金和铂金。

电导电极还有四电极类型和电磁式类型。

四电极电导电极的优点是可以避免电极极化带来的测量误差，在国外的实验式和在线式电导率仪上较多使用。

电磁式电导电极的特点是适宜于测量高电导率的溶液，一般用于工业电导率仪中，或利用其测量原理制成单组分的浓度计，如盐酸浓度计、硝酸浓度计等。

电导电极常数
根据公式K=S/G，电极常数K可以通过测量电导电极在一定浓度的KCL溶液中的电导G来求得，此时KCL溶液的电导率S是已知的。

由于测量溶液的浓度和温度不同，以及测量仪器的精度和频率也不同，电导电极常数K 有时会出现较大的误差，使用一段时间后，电极常数也可能会有变化，因此，新购的电导电极，以及使用一段时间后的电导电极，电极常数应重新测量标定，电导电极常数测量时应注意以下几点：
1．测量时应采用配套使用的电导率仪，不要采用其它型号的电导率仪。

2．测量电极常数的KCL溶液的温度，以接近实际被测溶液的温度为好。

3．测量电极常数的KCL溶液的浓度，以接近实际被测溶液的浓度为好。

电导率的温度补偿
电导率测量是与温度相关的。

温度对电导率的影响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 = 某一温度（°C）下的电导率
Gtcal = 标准温度（°C）下的电导率
Tcal = 温度修正值
α = 标准温度（°C）下溶液的温度系数。

下表列出了常用溶液的α值。

要得到其他溶液的α值，只要测量某个温度范围内的电导率，并以温度为纵轴绘出相应的电导率的变化曲线，与标准温度相对应的曲线点为该溶液的α值。

溶液（25°C）浓度
Alpha
(α)
盐酸10 wt% 1.56 氯化钾溶
液
10 wt% 1.88 硫酸50 wt% 1.93 氯化钠溶
液
10 wt% 2.14 氢氟酸 1.5 wt% 7.20
硝酸31 wt%31.0
市场上所销售的所有电导仪都可以参照标准温度（通常为25°C）进行调节的或自动温度补偿。

大多数固定温度补偿的电导仪的α调节为2%/°C（近似25°C时氯化钠溶液的α）。

可调节温度补偿的电导仪可以把α调节到更加接近所测溶液的α。

中国的电导率基准
中国和不少国家的电导率基准是以相对测量法建立的，是一种国家副基准。

将一种纯度优于99.99%的高纯度氯化钾作为符合国际推荐的电导率基准物质，由它所配制的基准溶液应具有国际推荐电导率值。

以25℃的溶液电导率为超始点，相应地测出各个电导率常数，然后按下式求出其他温度的电导率常数K
K=K0(1-at)
式中，K0为0℃下电导池常数；a为制作电导池所用玻璃线性膨胀系数；t为溶液温度，单位℃。

上式为近似推导结果，与考虑复杂情况时最多不会超过正负1xl0^(-5)的差别。

再根据不同温度下各溶液在相应电导池上所实测到的电阻值，相应地计算出各溶液在不同温度下的电导率。

因为电导池常数相对变化的温度系数为-8.49x10^(-6)℃-1，而KCl溶液电导率的温度系数大约为+2x10^(-2)℃-1。

因此，假如1D、0.1D和0.01D溶液在18℃和20℃下所测得的电导率与国际推荐值—致，则可以认为这样的相对测量方法是可靠的，这在以后的国际样品比较中得到了验证。

其中20℃的国际推荐值是1972年和1976年IUPAC推荐值。

电阻率
英文名称：resistivity
定义：电导率的倒数。

电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。

某种材料制成的长1米、横截面
积是1平方毫米的在常温下（20℃时）导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。

电阻率
的单位是欧姆·米(Ω·m或ohmm)，常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。

定义
电阻率（resistivity）是用来表示各种物质电阻特性的物理量。

在常温下（20℃时），某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率。

在温度一定的情况下，有公式R=ρl/s其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，s为面积。

可以看出，材料的电阻大小正比于材料的长度，而反比于其面积。

由上式可知电阻率的定义：ρ=Rs/l
应用
电阻率较低的物质被称为导体，常见导体主要为金属，而自然界中导电性最佳的是银。

当存在外电场时，金属的自由电子在运动中不断和晶格节点上做热振子的正离子相碰撞，使电子运动受到阻碍，因而就具有了一定的电阻。

其他不易导电的物质如玻璃、橡胶等，电阻率较高，一般称为绝缘体。

介于导体和绝缘体之间的物质(如硅) 则称半导体。

电阻率的科学符号为ρ(Rho)。

已知物体的电阻，可由电阻率ρ、长度l 与截面面积A 计算：ρ=RA/I，
在该式中，电阻R 单位为欧姆，长度l 单位为米，截面面积A 单位为平方米，电阻率ρ单位为欧姆·米
单位
国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米(Ω·m或ohmm)，常用单位是欧姆·毫米和欧姆·米。

计算公式
电阻率的计算公式为：ρ=RS/L
ρ为电阻率——常用单位Ω·m
S为横截面积——常用单位㎡
R为电阻值——常用单位Ω
L为导线的长度——常用单位m
-----------------------------------------
电阻率的另一计算公式为：ρ=E/J
ρ为电阻率——常用单位Ω·m
E为电场强度——常用单位N/C
J为电流密度——常用单位A/㎡
（E，J 可以为矢量）
说明
1．电阻率ρ不仅和导体的材料有关，还和导体的温度有关。

在温度变化不大的范围内：几乎所有金属的电阻率随温度作线性变化，即ρ=ρo(1+at)。

式中t是摄氏温度，ρo是O℃
时的电阻率，a是电阻率温度系数。

2．由于电阻率随温度改变而改变，所以对于某些电器的电阻，必须说明它们所处的物理状态。

如一个220 V -100 W电灯灯丝的电阻，通电时是484欧姆，未通电时只有40欧
姆左右。

3．电阻率和电阻是两个不同的概念。

电阻率是反映物质对电流阻碍作用的属性，电阻是反映物体对电流阻碍作用的属性。

金属导体的电阻率
常用金属导体在20℃时的电阻率
材料电阻率(Ω m)
(1)银1.65 ×10-8
(2)铜1.75 ×10-8
(3)金2.40×10-8
(4)铝2.83 ×10-8
(5钨5.48 ×10-8
(6)铁9.78 ×10-8
(7)铂2.22 ×10-7
(8)锰铜4.4 ×10-7
(9)汞9.6 ×10-7
(10)康铜5.0 ×10-7
(11)镍铬合金1.0 ×10-6
(12)铁铬铝合金1.4 ×10-6
(13) 铝镍铁合金1.6 ×10-6
可以看出金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，非金属和一些金属氧化物更大，而绝缘体的电阻率极大。

锗、硅、硒、氧化铜、硼等的电阻率比绝缘体小而比金属大，我们把这类材料叫做半导体(semiconductors)。

总结：常态下（由表可知）导电性能最好的依次是银、铜、铝，这三种材料是最常用的，常被用来作为导线等，其中铜用的最为广，几乎现在的导线都是铜的（精密仪器，特殊场合除外）铝线由于化学性质不稳定容易氧化已被淘汰。

由于铝密度小，取材广泛，且价格比铜便宜，目前被广泛用于电力系统中传输电力的架空输电线路。

为解决铝材刚性不足缺陷，一般采用钢芯铝绞线，即铝绞线内部包有一根钢线，以提高强度。

银导电性能最好，但由于成本高很少被采用，只有在高要求场合才被使用，如精密仪器、高频震荡器、航天等。

顺便说下金，在某些场合仪器上触点也有用金的，那是因为金的化学性质稳定故采用，并不是因为其电阻率小所致。

另外一些金属和非金属的电阻率
金属温度（0℃）ραo , 100
锌20 ×10-3 ×10-3
5．9 4.2
铝（软）20 2.75 4.2
铝（软）–78 1.64
石墨(8～13)×10-6
阿露美尔合金20 33 1.2
锑0 38.7 5.4
铱20 6.5 3.9
铟0 8.2 5.1
殷钢0 75 2
锇20 9.5 4.2
镉20 7.4 4.2
钾20 6.9 5.1①
钙20 4.6 3.3
金20 2.4 4.0
银20 1.62 4.1
铬（软）20 17
镍铬合金（克露美尔）— 70—110 .11—。

54
钴a 0 6.37 6.58
康铜— 50 –。

04–1.01
锆30 49 4.0
黄铜– 5—7 1.4–2
水银0 94.08 0.99
水银20 95.8
锡20 11.4 4.5
锶0 30.3 3.5
青铜– 13—18 0.5
铯20 21 4.8
铋20 120 4.5
铊20 19 5
钨20 5.5 5.3
钨1000 35
钨3000 123
钨–78 3.2
钽20 15 3.5
金属温度（0℃）ραo , 100
杜拉铝（软）— 3.4
铁（纯）20 9.8 6.6
铁（纯）–78 4.9
铁（钢）— 10—20 1.5—5
铁（铸）— 57—114
铜（软）20 1.72 4.3
铜（软）100 2.28
铜（软）–78 1.03
铜（软）–183 0.30
钍20 18 2.4
钠20 4.6 5.5①
铅20 21 4.2
镍铬合金（不含铁）20 109 .10
镍铬合金（含铁）20 95—104 .3—。

5 镍铬林合金— 27—45 .2—。

34
镍（软）20 7.24 6.7
镍（软）–78 3.9
铂20 10.6 3.9
铂1000 43
铂–78 6.7
铂铑合金②20 22 1.4
钯20 10.8 3.7
砷20 35 3.9
镍铜锌电阻线—34—41 .25—。

32
铍（软）20 6.4
镁20 4.5 4.0
锰铜20 42—48 –03—+.02
钼20 5.6 4.4
洋银— 17—41 .4—。

38
锂20 9.4 4.6
磷青铜— 2—6
铷20 12.5 5.5
铑20 5.1 4.4
①0℃和融点间的平均温度系数②铂90%，铑10%*若电阻率单位用欧姆厘米（Ωcm ）表示，表中数值应扩大100倍。