电导仪培训课件

1、0电导仪培训课件电导仪培训课件主讲：车万军主讲：车万军2013年1月9号1议程电导理论电导理论电极分类电极分类电极安装电极安装维护保养维护保养横河电导的使用横河电导的使用2电导的概念U 电导测量的是溶液的导电能力电导测量的是溶液的导电能力U 测量总的离子浓度测量总的离子浓度U 衍生：测量溶液中离子的总量反应某一特定酸、碱、盐的百分浓度衍生：测量溶液中离子的总量反应某一特定酸、碱、盐的百分浓度OH-H+18.25 or 18.30M 25Na+K+? ?-Cl-? ?+NO3-3电导测量系统U 变送器：固定尺寸的电极上加交变送器：固定尺寸的电极上加交/ /直流电压；测量电流直流电压；测量电流U

2、电极：电导常数与电极的物理尺寸有关。电极：电导常数与电极的物理尺寸有关。U 电缆：信号传输电缆：信号传输A-+V4电导的基本公式 - 欧姆定律如果把电压如果把电压U 加在一长度为加在一长度为 L ，截面积为，截面积为A的固体导体上，的固体导体上，电流电流 I 取决于导体的电阻取决于导体的电阻R。公式公式 1：? ?-5电导的基本公式 - 电阻率导体的电阻率导体的电阻率与几何特性成正比，也就是和长度与几何特性成正比，也就是和长度L成正比，和截成正比，和截面积面积A成反比。成反比。公式公式2 2电阻率表征导体材料的特性电阻率表征导体材料的特性=LAR6电导的基本公式 - 电导率导体的电导率导体的电

3、导率与几何特性成正比，也就是和长度与几何特性成正比，也就是和长度L成反比，和截成反比，和截面积面积A成正比。成正比。公式公式3 3=1/ （电导率是电阻率的倒数） G为电导值，G=1/R=LAG71cm0.1cm1cm1cm10cm1cm0.1 常数常数常数为常数为10.0 电导常数电导常数 = = 乘法器乘法器电导常数电极常数乘法器电极常数乘法器8电导率和电阻率的单位 电导率电导率：S/cm1S/cm = 1X103 mS/cm = 1X106S/cm 电阻率电阻率：-cm1-cm = 1X10-3 k-cm = 1X10-6M-cm18.18M-cm的超纯水的电导率为0.055S/cm9高

4、浓度高浓度高电导率高电导率低电阻率低电阻率低浓度低浓度 低电导率低电导率高电阻率高电阻率浓度、电导率和电阻率的关系10电导率/电阻率的本质电导率和电阻率都是表征导体性质的量，取决电导率和电阻率都是表征导体性质的量，取决于溶液本身性质：于溶液本身性质：溶液中离子的数量溶液中离子的数量离子类型离子类型(如如. Cl-, Na+)离子的迁移率离子的迁移率 = zi ci i 为溶液的电导率为溶液的电导率 (S/cm) zi 为离子所带的电荷数为离子所带的电荷数 ci 为每升的当量浓度为每升的当量浓度i 为每摩尔的西门子平方厘米当量电导为每摩尔的西门子平方厘米当量电导11 离子的电迁移和迁移数离子的电

5、迁移和迁移数电解质溶液的电导靠离子，而离子总是成对出现，正离子与负电解质溶液的电导靠离子，而离子总是成对出现，正离子与负离子，电导靠正、负两种离子的迁移完成电导。对离子，电导靠正、负两种离子的迁移完成电导。对1：1型电型电解质，惰性电极，解质，惰性电极，Q4，其迁移现象如图：，其迁移现象如图：阳阳极极阴阴极极+ + + + + + + + + + + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + +_ _ _ _ _+ + + + + + +_ _ _ _ _迁移速率相等迁移速率相等离子迁离子迁移情况移情况最后结果最后结果阳阳极极阴阴极极+ + + + + + + + + +

6、 + + +_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _+ + _ _ _ _ _ _+ + + + + + + +_ _ _ _ _迁移速率不等迁移速率不等离子迁离子迁移情况移情况最后结果最后结果12离子电迁移的规律离子电迁移的规律1.1.通过溶液的总电量为正、负离子迁移电量之和。通过溶液的总电量为正、负离子迁移电量之和。()2. ()() =()QQrr阳阳极极部部电电解解质质减减少少的的物物质质的的量量正正离离子子所所传传导导的的电电量量阴阴极极部部电电解解质质减减少少的的物物质质的的量量负负离离子子所所传传导导的的电电量量正正离离子子的的迁迁移移速速率率正正离离子子迁迁出出阳阳极

7、极区区的的物物质质的的量量负负离离子子的的迁迁移移速速率率负负离离子子迁迁出出阴阴极极区区的的物物质质的的量量 如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发生反如果正、负离子荷电量不等，如果电极本身也发生反应，情况就要复杂一些。应，情况就要复杂一些。3.3.中间部分浓度不变，两极浓度降低，正离子迁移快时，中间部分浓度不变，两极浓度降低，正离子迁移快时，阴极浓度大；负离子迁移快时，阳极浓度大。阴极浓度大；负离子迁移快时，阳极浓度大。13离子迁移数的定义离子迁移数的定义 把离子把离子B迁移的电量与通过溶液的总电量之比称迁移的电量与通过溶液的总电量之比称为该离子为该离子B的迁移数（的迁移数（trans

8、ference number）用）用符号符号tB表示。表示。 由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，由于正、负离子移动的速率不同，所带的电荷不等，因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。因此它们在迁移电量时所分担的分数也不同。BBdef QQt其定义式为：其定义式为：tB是量纲为是量纲为1的量，数值上总小于的量，数值上总小于1，且，且 tB=1。BBI=It14离子的电迁移率离子的电迁移率离子在电场中的运动速度，除了与离子离子在电场中的运动速度，除了与离子本性、溶剂性质、溶液浓度及温度等因素本性、溶剂性质、溶液浓度及温度等因素有关外，还与电场强度有关。为了便于比较，有关外，还与电场强度

9、有关。为了便于比较，将某离子在指定溶剂中电场强度为将某离子在指定溶剂中电场强度为1Vm-1时时的速度称为该离子的电迁移率，用符号的速度称为该离子的电迁移率，用符号U 表表示，单位是示，单位是m2s-1V-1.15电导率和电阻率在 25C时测得; TDS 表示为氯化钠 (NaCl)100M 10M 1M 100K 10K 1K 100 10 1超纯水超纯水无离子水无离子水蒸镏水蒸镏水冷凝水冷凝水饮用水饮用水冷却水冷却水不同百分浓度的酸，碱，盐溶液不同百分浓度的酸，碱，盐溶液废水废水盐水，海水盐水，海水用于工业处理的水用于工业处理的水5% 盐盐2% NaOH20% HCl0.01 .1 1 10

10、100 1000 10k 100k 1000k 0.021 0.4 4.6 46 460 4.6k 电导率电导率TDSppm 电阻率电阻率 -cmS/cm电导率/电阻率/TDS范围16影响电导率的因素影响电导率的因素 电解质溶液电导率大小主要取决于两方面：电解质溶液电导率大小主要取决于两方面：1.离子的多少；离子的多少；2.离子的运动速度。离子的运动速度。外界条件的影响：外界条件的影响： a. 温度温度 温度越高，离子的运动速度温度越高，离子的运动速度v越大，电导率越大；越大，电导率越大； b. 溶剂粘度溶剂粘度 溶剂粘度越大，溶剂粘度越大，v越小，电导率越小越小，电导率越小离子本性：离子本性

11、： a. 水化离子半径水化离子半径r 半径半径r越大，则越大，则v越小，电导率越小越小，电导率越小 b. 离子价数离子价数 离子价数越大，则离子价数越大，则v越大，电导率越大越大，电导率越大 c. 特殊迁移方式特殊迁移方式 H、OH是一般离子导电能力是一般离子导电能力58倍倍电解质溶液浓度：电解质溶液浓度： 浓度增加时，一方面，离子数增加；另一方面，由于弛豫效浓度增加时，一方面，离子数增加；另一方面，由于弛豫效 应、电泳效应，离子运动速度减小；应、电泳效应，离子运动速度减小；172 0468101020 30 40 50 60 70 80 90 c/(mol.dm-3) /(S.m-1)HAc

12、LiCl KCl KOHHCl电解质电导率与浓度的关系电解质电导率与浓度的关系 18电导率与浓度的关系强电解质强电解质溶液的电导率随着浓度的增加，首先是增加，达溶液的电导率随着浓度的增加，首先是增加，达到某一极大值，然后随浓度的增加反而下降。这是由于开始到某一极大值，然后随浓度的增加反而下降。这是由于开始浓度增加时导电粒子数目增多故电导率增加，当浓度增加到浓度增加时导电粒子数目增多故电导率增加，当浓度增加到一定程度以后，离子间的相互作用增强，使离子运动速度降一定程度以后，离子间的相互作用增强，使离子运动速度降低，其电导率反而下降。低，其电导率反而下降。弱电解质弱电解质溶液电导率随浓度变化不明显

13、，因浓度增加使其溶液电导率随浓度变化不明显，因浓度增加使其电离度减小，溶液中真正起导电作用的粒子数目变化不大。电离度减小，溶液中真正起导电作用的粒子数目变化不大。中性盐中性盐由于受饱和溶解度的限制，浓度不能太高，如由于受饱和溶解度的限制，浓度不能太高，如KClKCl。19Vm=1mol/c m= /c单位间单位间距距单位立方体单位立方体电导率电导率 摩尔电导率的定义20摩尔电导率与浓度的关系摩尔电导率与浓度的关系 由于溶液中物质的量已给定，都为由于溶液中物质的量已给定，都为1mol。当当浓度变化浓度变化时，溶液的时，溶液的摩尔电导率摩尔电导率的变化与的变化与以下两种因素有关。以下两种因素有关。

14、导电离子数目的变化导电离子数目的变化 离子间的作用力的变化离子间的作用力的变化不同的电解质，其摩尔电导率随浓度不同的电解质，其摩尔电导率随浓度变化的规律也不相同。变化的规律也不相同。21电解质水溶液电解质水溶液 m与浓度的关系与浓度的关系0.2 00.40.6810c/(mol.dm-3)0.25 0.50 0.751.001.25 1.50 m/(10-2S.m2.mol-1) NaClNaAcHAc22电导率/电阻率探头的种类 2-电极探头电极探头测量高电阻率（或低电导率）介质，如超纯水测量高电阻率（或低电导率）介质，如超纯水23电导率/电阻率探头的种类 4-电极探头电极探头测量中高电导率

15、介质，例如相分离过程测量中高电导率介质，例如相分离过程24电导率/电阻率探头的种类 电感式电导探头电感式电导探头测量高电导率介质，例如浓度检测测量高电导率介质，例如浓度检测252-电极结构内电极内电极外电极外电极绝缘体绝缘体流通孔流通孔螺纹螺纹电缆电缆262-2-电极电场电极电场内电极外电极 如果电极的机械形状发生变化会影响电场的分布，引起电极常数变化。使测量出现误差。272-2-电极测量原理电极测量原理U在电极的两个极板1C和2C上加固定的电压UU检测出电流为IU结合输入的电导常数计算电导率计算电导率/ /电阻率电阻率。UI1c2c282-2-电极局限极化现象电极局限极化现象初始状态初始状态

16、+-+-+-V直流电直流电 V+-+-加电压后加电压后+-离子云离子云直流电直流电 -+优势：测量精度高优势：测量精度高294-电极电导探头结构电缆接头O-型圈驱动电极1驱动电极2紧固螺母测量电极304-4-电极电场电极电场! !314-4-电极测量原理电极测量原理U 极化对其无影响，甚至电极体上部分被污染也无影响。U 交流电压被加在电极1c和2c之间, 产生电流环。U 第二对电极(3b和4b) 之间产生的电压被测量, 由于采用了高阻抗的输入电流，实际上没有电压降。UI1c3b4b2c1c & 2c电流电极3b & 4b电压电极324-4-电极优势消除极化电极优势消除极化+-V

17、 4-4-电极电极+-+-交流电交流电测量环测量环测测量量范范围围宽宽334-电极电导探头的优点对电极金属表面条件要求不高。电极污染或结垢对其测量影响不大。 4-电极传感器不像2-电极传感器那样只有狭小的空间, 其扁平设计的表面不易受介质污染。4- 4-电极电导测量系统能在比较恶劣的环境中测量：电极电导测量系统能在比较恶劣的环境中测量：34电感式电导探头结构电缆电缆O型圈型圈线圈盒线圈盒流通孔流通孔35接收线圈发射线圈被测样品电感式电导探头测量原理U 在发射线圈上施加低频交变电流，由于电磁感应在接收线圈上也产生交变电流，后者的大小与介质的电导率有关。类似于变压器的工作原理，被测介质相当于磁芯。

18、交变电压变送器36电感式电导探头的优点 本质抗污染 无金属和被测溶液的接触 可靠的高电导测量 快速的温度响应372-电极电导探头的安装准备u去掉运输保护帽u附着少量颗粒，用蒸馏水或去离子水冲洗或浸泡5-10分钟。u有油污或难去除的附着物，可用洗涤剂或1%的稀硝酸浸泡5-10分钟洗净沾附在电极上的油污、手印等其它污垢。然后去离子水冲洗干净即可安装使用382-电极电导探头的安装既可以消除气泡的影响，又可以避免固体渣的聚集。理理想想的的安安装装方方式式391. 入口2. 出口3. 气泡4. 固体电极安装示意图x2-电极电导探头的安装404-电极电导探头的安装流通式安装距离电极头部距离电极头部30cm

19、30cm处应留出一定空间，并要定期维护处应留出一定空间，并要定期维护41管道式安装4-电极电导探头的安装42顶插式安装侧插式安装管道式安装电感式电导探头的安装43电感式电导探头的管道安装44电感式电极推荐和不推荐45安装和使用前的注意事项 电极安装时对着流体以免产生气泡影响其测量精度。若安装在垂直管道上时，被测样品应从下向上流动。 使用之前，用蒸馏水或去离子水浸泡5-10分钟。可用洗涤剂或1%的稀硝酸洗净沾附在电极上的油污、手印等其它污垢。 电极上的电极常数可能发生微小变化，若要求测量准确无误，必须校验电极。46电导电极使用维护注意事项O不要用纸去擦拭电极。可用软布小心地擦拭内部内极棒，以及同

20、轴的外管（内表面和外表面），除去大多数污垢积淀。然后用清洁的温水淋洗传感器。 O用温水和洗涤剂/皂类配中等强度肥皂水浸泡数分钟，某些附着污垢可用棉签等去除；O肥皂水难溶的0.5克/100毫升的稀硝酸来清洗(不超过5min)，然后在肥皂水中中和残余酸，然后用清洁的温水淋洗传感器。 O在清洗、重新安装后可能需要几分钟到几小时才能恢复到最初的测量值清洗操作间隔取决于过程溶液的特性，只能通过操作经验进行确定。清洗操作间隔取决于过程溶液的特性，只能通过操作经验进行确定。47温度对电导率的影响48 温度温度 (C)0.010.101.010.00102030405060708090100 电导率电导率 (

21、S/cm)0 ppb129 ppb40 ppb395 ppb840 ppb1730 ppb4390 ppbNaCl 浓度浓度电导率电导率 & 温度温度温度对电导率的影响49温度对电导率的影响-5.0-4.0-3.0-2.0-1.00.01.02.03.04.05.00102030405060708090100 温度温度% 误差误差 超纯水的线性补偿超纯水的线性补偿(2%/C) 10 S的线性补偿的线性补偿 (2%/C)补偿误差补偿误差50离子电导温度补偿性能(0.1uS/cm)-25-20-15-10-505101520250102030405060708090100温度 (C)Ins

22、trument AInstrument BInstrument CInstrument DInstrument E% 误差温度对电导率的影响51温度对电导率的影响v温度每升高1电导率增加的程度可以用温度系数来表示。v对大多数溶液来说, 温度系数大约为2%/ v超纯水具有自己的温度系数 (2.3 7) 并且是非线性的v大多数测量都被补偿到25时的数值52 为什么要进行温度补偿53常见的故障和处理方法确保电极与管壁有30mm的间距电极太靠近管道壁清洗电极电极污染不正确或不稳定的读数替换变送器或电极变送器不支持PT1000检查所有连接器与电缆线温度探针未连接无温度信号充分接触电极未与介质接触检查所有连接器与电缆线电缆线坏，接触不良屏幕无显示处理方法导致原因故障现象54Proprietary info goes hereJ转换器相互匹配的传感器线式电导率计转换器点输出电源规格：AC100V、AC115V、AC230V报警输出接点（含有1点Fail信号）量程外部接点切换（：）线式电导率计变送器一般用具有USP23监测功能可以显示电阻率（M-cm)HART FF Profibus线式电导率计变送器JIS本质安全防爆性能（i3aG4)可以与安全栅BARD800组合使用（/SJ)ATEX