电导率,物理学概念,也可以称为导电率。在介质中该量与电场强度E之积等于传导电流密度J。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。单位以西门子每米(S/m)表示。
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 般采用交流信号作用于电导池的两电 板,由测量到的电导池常数K和两电 板之间的电导G而求得电导率σ。
电导率测量中 早采用的是交流电桥法,它直接测量到的是电导值。 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 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。
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 板(或圆柱电 ),放到被测溶液中,在 板的两端加上 定的电势(为了避免溶液电解,通常为正弦波电压,频率1~3 kHz)。然后通过电导仪测量 板间电导。
电导率的测量需要两方面信息。 个是溶液的电导G,另 个是溶液的电导池常数Q。电导可以通过电流、电压的测量得到。
根据关系式K=Q×G可以得到电导率的数值。这 测量原理在直接显示测量仪表中得到广泛应用。
而Q= L/A
A——测量电 的有效 板面积
L——两 板的距离
这 值则被称为电 常数。在电 间存在均匀电场的情况下,电 常数可以通过几何尺寸算出。当两个面积为1 cm2的方形 板,之间相隔1 cm组成电 时,此电 的常数Q=1 cm-1。如果用此对电 测得电导值G=1000 μS,则被测溶液的电导率K=1000 μS/ cm。
般情况下,电 常形成部分非均匀电场。此时,电 常数必须用标准溶液进行确定。标准溶液 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。0.1 mol/l的KCl溶液在25℃时电导率为12.88 mS/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, 个纯杂散场电 是 复杂的电 ,它通过 次校准不能满足宽的测量范围的需要。
种类
电导电 般分为二电 式和多电 式两种类型。
二电 式电导电 是目前国内使用 多的电导电 类型,实验式二电 式电导电 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 。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 式电导电 常制成圆柱形对称的电 。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 式电导电 , 般在支持体上有几个环状的电 ,通过环状电 的串联和并联的不同组合,可以制成不同常数的电导电 。环状电 的材料可以是石墨、不锈钢、钛合金和铂金。
电导电 还有四电 类型和电磁式类型。四电 电导电 的优点是可以避免电 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 的特点是适宜于测量高电导率的溶液, 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 常数
根据公式K=S/G,电 常数K可以通过测量电导电 在 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 常数K有时会出现较大的误差,使用 段时间后,电 常数也可能会有变化,因此,新购的电导电 ,以及使用 段时间后的电导电 ,电 常数应重新测量标定,电导电 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 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 常数的KCL溶液的浓度,以接近实际被测溶液的浓度为好。
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 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
溶液
(25°C)
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浓度
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Alpha
(α)
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盐酸
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10 wt%
|
1.56
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氯化钾溶液
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10 wt%
|
1.88
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硫酸
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50 wt%
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1.93
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氯化钠溶液
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10 wt%
|
2.14
|
氢氟酸
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1.5 wt%
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7.20
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硝酸
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31 wt%
|
31.0
|
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。
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。