《化学仪表及程控》第1章 电导式分析仪器

1、$1 电导式分析仪器导体：能导电的物质导体第一类导体：依靠自由电子的运动导电，例如金属、石墨和某些金属的化合物温度升高，导电能力减弱电阻率第二类导体：依靠离子在电场作用下的定向迁移而导电电解质及熔融状态下的电解质温度升高，导电能力增强电导率电导式分析仪器：测量第二类导体电导率的仪器。电导式分析方法：用测量溶液电导来确定电解质溶液中离子的深度的方法。特点：灵敏度极高，方法简单。应用：检测水纯度的理想方法。电导式分析仪器组成：电导池（传感器）变送部分显示器电导式分析仪器各部分作用：电导池作用：把被测电解质溶液的电导率转换变易测量的电量，即一定形状溶液的电导。变送部分作用：把传感器的电阻转换为显示装

2、置所要求的信号形式。显示器作用：把传感器检测来的信号用被测参数的数值显示出来。电导池按工作原理分为：电极式电磁感应式变送部分可分为：分压式电桥式：平衡电桥 不平衡式电桥Wheatstone电导率水质的重要指标25 C时一级化学除盐水电导率10 S/ cm一级化学除盐混床除盐水电导率0.2 S/ cm蒸馏水电导率：0.81.0 S/ cm进一步纯化后电导率： 0.030.06 S/ cm电导式分析仪器基本知识 LR- AR-电阻 L-电解质溶液导电的平均长度 cmA-电解质溶液导电的有效面积 cm2R -电解质溶液的电阻率 cm电解质溶液的基本性质导电性质：离子导电电导式分析仪器基本知识电导率：

3、两电极板为单位面积，距离为单位长度时溶液的电导。电阻率的倒数，习惯用来表示溶液的导电能力。 k=1/ (L/A) G 单位：S m-1 电导：衡量电解质溶液导电能力的物理量，电阻的倒数。 G1/R 单位：西门子 S，1S=1-1 电极常数：K=L/Ak=KGL电解质溶液导电的平均长度，cmA电解质溶液导电的有效截面，cm2p电解质溶液的电阻率，R-电阻 定义：电导率k为电阻率p的倒数. uS/cm定义：电极常数K 为 L/A. 1/cm定义：电导G为电阻的倒数. S本章理论基础：k=KGK电极常数 cm-1G电导 S-1k电导率 S.cm-1电导池电极常数的测量方法1 标准电导溶液法： 已知：

4、标准专门的氯化钾k，可以测量R; 可计算出 Kk/G=kR标准KCL溶液浓度和电导率关系近似浓度c(mol/L)(S/cm)151820253510.092120.097800.10700.111310.131100.10.0104550.0111630.116440.0128520.0153530.010.00114140.00122000.00127370.00140830.00168760.0010.0011850.00012670.00013220.00014660.0001765电导池电极常数的测量方法2 标准电极比较法已知电极常数K1 k1=K1G1 k2=KxG2 同一溶液 k1

5、=k2 所以 Kx=K1G1/G2以上两种都是实验法 化学电池化学电池是化学能与电能互相转换的装置: A) 在Zn、Cu电极及外接导线中，电子作为电荷载体在Zn片与Cu片间传递化学电池B)在溶液中，导电由阴、阳离在溶液中，导电由阴、阳离子的迁移完成子的迁移完成 在左半电池中：Zn2+ SO42 在右半电池中：Cu2+ SO42 盐桥中：右 左Cl 化学电池C) 电极表面电极表面/溶液界面，通过电极反应溶液界面，通过电极反应 通过氧化还原反应(半电池反应)将电子与离子两个通道结合起来： 阳极：Zn(s) Zn2+ + 2e 氧化反应 阴极：Cu2+ + 2e Cu(s) 还原反应 电池总反应：

6、Zn(s)+ Cu2+ Z n2+ + Cu(s) 化学电池阴极与阳极 无论是原电池还是电解池 阳极：发生氧化反应（Anode） 阴极：发生还原反应（Cathode) (1)原电池：能自发地将化学能变成电能，电极 反应是自发进行 (2)电解池：不能自发地将化学能变成电能，而 需要从外部电源提供能量, 使电极反应进行 影响电导率测量的因素 t，t0溶液温度分别为t0和t时的电导率 uS/cm12溶液的电导率温度系数2一般很小，可忽略不计。1 温度对溶液电导率的影响1酸类在0.016-1 1碱类在0.019-1 1盐类在0.023-1影响电导率测量的因素1 温度对溶液电导率的影响注意：若以电导率来

7、表示水的品质或溶液的浓度，必须在一定的温度条件下才有意义。 未特别指明常以25为标准。 温度升高电导率增加。 解决办法：必须加温度补偿。影响电导率测量的因素2 电导池电极极化对电导率测量的影响 电导池、电解池浓差极化：由离子浓度分布不均匀产生内电场的现象。 阻止离子导电，增大了电阻，减小了电导率。化学极化：在外电场作用下电极发生化学反应，生成物在电极与溶液间形成一反向电势的原电池。增加了电阻，减小了电导率。影响电导率测量的因素2 电导池电极极化对电导率测量的影响 化学反应生成物减少了电极的接触面，增加了电阻，减小了电导率。解决办法：1.交流电源：2.电极处理：浓度高铂黑电极；浓度低光亮电极。大

8、大增大有效面积，减少电极表面电流密度，可削弱浓溶液的化学极化。 但铂黑电极表面有吸附溶质，易造成浓差极化，稀溶液不宜用铂黑电极。影响电导率测量的因素3 电导池电极系统的电容对电导率测量的影响 静电容C1、C1：电极和溶液接触处的两层电荷之间的电容与溶液电阻相串联。电解质电容C0：因电荷的互相迁移及电荷对于电极的迁移所形成的电容。几何电容：两电极之间的几何电容。很小可忽略不计。电导池的交流等效电路电路分析：电源频率越高C1C1就越小，C1C1的分压越小；而C0旁路作用越大。影响电导率测量的因素3 电导池电极系统的电容对电导率测量的影响 解决办法：1.交流电源：浓度高采用高频；浓度低采用低频。 在

9、线电导仪，电缆较长较少采用高频2. 增设电容补偿电路3. 电导仪采用较短的电极电缆线影响电导率测量的因素44、一些可溶性气体 如氨气溶于水形成弱碱 二氧化碳溶于水成为弱酸性溶液 增强了导电能力，增大了电导率，放大了十倍，至几十倍。解决的办法： 加热沸腾，可使气体逸出，但水样浓缩，浓缩倍率不易稳定 用净化空气冲入水样 用离子交换技术除氨 H-R强酸性阳离子树脂阳离子电导率：盐量表的传感器加装小型离子交换柱（即H-R）除氨后测得的水溶液电导率。 一般放大了3.2倍1) 高纯水质的测定 纯水的电导率 510-8 S cm-1 (2) 强电解质溶液总浓度的测定 土壤,海水的盐度 (3) 大气污染物测定

10、 SO3 NO2, 吸收后测量电导变化直接电导法的应用 (量程电导率us/cm电阻率cm测量频率Hz电极100.1107140HzDjs-1光亮电极200.33.33106140HzDjs-1光亮电极301106140HzDjs-1光亮电极4033.33105140HzDjs-1光亮电极5010105140HzDjs-1光亮电极60303.33104140HzDjs-1铂黑电极70100104140HzDjs-1铂黑电极803003.33103140HzDjs-1铂黑电极901031031000Djs-1铂黑电极1003000333.331000Djs-1铂黑电极1101041001000Dj

11、s-1铂黑电极120105101000Djs-1铂黑电极$2.2电导式分析仪器第11个和第12个量程的分压电阻由一个固定电阻与一个可调电阻并联而成？由于工艺上精确制造小电阻较为困难。电极常数调节电路当用不同常数的电极去测量电导率一定的溶剂时，将得到不同的Rx（因RK/k）假设溶液的电导率为k实，如放大倍数不变则 K RxEm指示值k k实可以通过调节放大倍数来使指示值不变电极常数调节电路选择第7量程R9R15100，R11Rp2=10k 即K1/CM的电极测量电导率为100uS/cm的溶液所呈现的电阻值。是该量程的满度值，此时指示应最大。否则调节放大倍数RP3。同样道理：R11Rp2=9K，即

12、对应K0.9/CM的电极。依此类推，可得到其它电极常数值。R=K/k=1/100*106=104DDS-11A电导率仪器的使用方法1、准备 调好机械零点，校正放到“校”，开电预热。2、粗测：调好电极常数旋RP2钮对应所选电极常数，校下调节电位器RP3使指满刻度 先放12档，再逐档降低。DDS-11A电导率仪器的使用方法3、细测 A选频率和电极 B校 正 C测量测量高纯水时，应进行电容补偿DY2000智能型工业电导率仪框图电导池反相比例放大器检波器量程切换方波发生器温补电路二选一开关CPU键盘信号转换内存程序存贮器设置数据存贮器串口通讯ADDA显示器标准信号420mA输出analog ：模拟量d

13、igit ：数字量电源智能型pH表原理框图高阻转换差分比例放大器放大器二选一开关CPU键盘信号转换内存程序存贮器设置数据存贮器串口通讯ADDA显示器标准信号420mA输出analog ：模拟量digit ：数字量仪表电源指示电极高阻转换参比电极恒压电源热电阻7230分光度计电路系统框图41稳压电源光源 溴钨灯单色光器 光栅比色皿 玻璃光电元件 光电池低阻放大器模数转换单片机CPU数模转数串口通讯内存程序存贮器设置数据存贮器电流电压转换420mA电流开关量输入开关量输出按键输入显示电源电导池测量原理UsrRxRfRUscA反相比例放大器理想运放满足：UU-I-0电磁浓度计电磁浓度计摩尔电导率：

14、在相距1cm面积各为1cm2的两平行板电极之间，充以1mol/L浓度的某种溶液，所呈现的电导值。符号“m” 单位为S/(cm.mol/L)溶液的电导率k= m c m p/Mc浓度 c=p/M摩尔质量Kg/mol质量浓度Kg/L电导率表示水质时，是指水中各种离子导电能力的总和，电导率只能大约表示水中的总含盐量。电导率仪表直接以浓度为标尺单位时，应称作浓度计。电导率仪的测量范围必须限定在函数的单值区间。电磁浓度计：传感器一般有浸没式和流通式。优点：较易密封和防腐。传感器反应速度快。第1章 电导分析仪器习题1、导体一般可分为哪两类？它们各自是如何导电的？各自的代表物质有哪些？各自温度特性如何？2、什么是电导式分析法？3、电导式分析仪器一般由哪几部分组成？各自的作用是什么？4、电导率、电导、电极常数各自的概念是什么？5、电导池一般分为哪几类？6、电极常数的测量常采用什么方法？一般有哪几种？7、影响电导率测量的因素有哪几种？各自如何克服？8、画出分