無(wú)電極電導(dǎo)率儀電子單元校準(zhǔn)技術(shù)分析

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，各種先進(jìn)的設(shè)備和儀器在生活中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用也越來(lái)越大，無(wú)電極電導(dǎo)率儀是一種相對(duì)先進(jìn)的儀器，在很多領(lǐng)域都有重要的作用。文章主要對(duì)這種儀器的原理進(jìn)行介紹，根據(jù)其原理設(shè)計(jì)出電子單元校準(zhǔn)技術(shù)，并對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，能夠使用量值較低的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)對(duì)電子單元中量值較高的測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：無(wú)電極電導(dǎo)率儀；電子單元；校準(zhǔn)技術(shù)

引言

無(wú)電極電導(dǎo)率技術(shù)是上世紀(jì)五十年代出現(xiàn)的一種技術(shù)，又被稱作環(huán)形測(cè)量技術(shù)，在2000之后才逐漸打入中國(guó)市場(chǎng)。無(wú)電極電導(dǎo)率儀和日常所見(jiàn)的電導(dǎo)率儀器電導(dǎo)池的結(jié)構(gòu)、測(cè)量的原理全部都不同，主要使用電磁感應(yīng)測(cè)量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)，電導(dǎo)池電極在PCDF、PFA、和聚丁烯等材料內(nèi)包裹，并不和待測(cè)的介質(zhì)進(jìn)行接觸。所以，能夠防止常規(guī)的電導(dǎo)池因?yàn)榻饘匐姌O在測(cè)量的介質(zhì)中暴露，而引發(fā)電極的計(jì)劃、玷污與過(guò)程的涂覆等問(wèn)題。而且，這種技術(shù)還有著很高的測(cè)量電導(dǎo)率，測(cè)量的溫度范圍也很寬，這些優(yōu)勢(shì)使其在食品的加工、電鍍、造紙等行業(yè)內(nèi)都有很廣泛的應(yīng)用，特別是在水質(zhì)的污染比較嚴(yán)重的環(huán)境內(nèi)有著無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。

電導(dǎo)率儀器是被國(guó)家強(qiáng)制規(guī)定的檢查項(xiàng)目，現(xiàn)行的電導(dǎo)率儀中國(guó)家對(duì)其進(jìn)行檢定的規(guī)程并沒(méi)有包括無(wú)電極電導(dǎo)率儀，而且對(duì)這一儀器校準(zhǔn)的技術(shù)沒(méi)有太多的研究，作者對(duì)國(guó)內(nèi)外關(guān)于電導(dǎo)率儀校準(zhǔn)或者檢定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了查閱，很少有關(guān)于其校準(zhǔn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。隨著無(wú)電極電導(dǎo)率儀逐漸在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟，缺乏對(duì)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與校準(zhǔn)的技術(shù)進(jìn)行研究，就會(huì)對(duì)這種儀器的檢定計(jì)量與校準(zhǔn)帶來(lái)很大的困難。對(duì)電導(dǎo)率儀進(jìn)行校準(zhǔn)和檢定的最佳方式就是使用量值已知標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)當(dāng)作計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其整機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)或者檢定，由于其標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)可以提供的量值是有限的，所以國(guó)際上技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都使用標(biāo)準(zhǔn)交流電阻模擬溶液電阻，對(duì)其電子單元進(jìn)行有效的評(píng)價(jià)，而且，因?yàn)槠鋵?duì)電子單元進(jìn)行測(cè)量的原理和常規(guī)的儀器全都不同，性能的評(píng)價(jià)也有很大差異，所以必須根據(jù)其測(cè)量的原理構(gòu)件出對(duì)電子單元進(jìn)行校準(zhǔn)的技術(shù)。

1 無(wú)電極電導(dǎo)測(cè)量的原理

其原理主要是和電導(dǎo)率與電導(dǎo)有關(guān)，其獨(dú)特的地方就在于可以使用電磁感應(yīng)的原理對(duì)電解質(zhì)的電導(dǎo)進(jìn)行測(cè)量。無(wú)電極電導(dǎo)率儀傳感器的部分電導(dǎo)池一般由兩個(gè)線圈構(gòu)成，這里兩個(gè)線圈的距離比較近，外面會(huì)包覆不會(huì)導(dǎo)電、耐腐蝕的化學(xué)材料。對(duì)其電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量時(shí)，把傳感器放入準(zhǔn)備測(cè)量的電解質(zhì)溶液內(nèi)，傳感器內(nèi)激勵(lì)線圈和振蕩器或者頻率的發(fā)生器相連，進(jìn)而流入比較穩(wěn)定的交流電，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。環(huán)形電導(dǎo)池內(nèi)電解質(zhì)和匝數(shù)是1的次級(jí)線圈相當(dāng)，交變磁場(chǎng)在電解質(zhì)溶液中可以產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而使電解質(zhì)溶液內(nèi)帶電離子出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，并形成相應(yīng)的電流，電流的大小和溶液的電導(dǎo)之間時(shí)正比的關(guān)系。交變?nèi)芤弘娏骺梢栽跈z測(cè)的線圈內(nèi)形成一種磁場(chǎng)，可以產(chǎn)生出感生電流，這種電流和溶液的電流是正比關(guān)系，也就會(huì)和溶液的電阻是正比關(guān)系，這樣，就可以借助對(duì)檢測(cè)線圈內(nèi)的電流大小進(jìn)行測(cè)量，得到電解質(zhì)溶液中溶液的電阻。

2 無(wú)電極電導(dǎo)率儀中對(duì)電子單元進(jìn)行測(cè)量的結(jié)果校準(zhǔn)

2.1 使用標(biāo)準(zhǔn)電阻模擬溶液電導(dǎo)對(duì)儀器中的電子單元測(cè)量的結(jié)果校準(zhǔn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

對(duì)于比較常見(jiàn)的電導(dǎo)率儀中電子單元進(jìn)行檢定或者校準(zhǔn)時(shí)，需要把電子單元和傳感器分離開(kāi)來(lái)，把標(biāo)準(zhǔn)電阻和電子單元中抗阻的測(cè)量端直接進(jìn)行相連。按照無(wú)電極電導(dǎo)率儀中測(cè)量的原理，電導(dǎo)池內(nèi)流過(guò)電解質(zhì)的溶液與1匝線圈相當(dāng)，其中的電阻就是帶電的離子在移動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的電阻，能夠借助聯(lián)結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)電阻線圈，并穿過(guò)其電導(dǎo)對(duì)其進(jìn)行電阻模擬。無(wú)電極電導(dǎo)率儀的電子單元在校準(zhǔn)或檢定時(shí)，要把電子單元和傳感器進(jìn)行連接，借助導(dǎo)線在標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端相連，以便形成相應(yīng)的回路，并穿過(guò)其傳感器內(nèi)的孔。使用這種方式對(duì)某種型號(hào)的無(wú)電極電導(dǎo)率儀進(jìn)行了校準(zhǔn)，使用標(biāo)準(zhǔn)電阻為HCJ-1型的電導(dǎo)率儀內(nèi)檢定的裝置稱值是10mS到0.25mS是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)。因?yàn)槠滹@示值是電導(dǎo)率，其單位為mS/cm，也就是對(duì)輸入的標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)G進(jìn)行測(cè)量之后，并按照相關(guān)的公式對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算的結(jié)果，G的電位是mS。為了方便進(jìn)行校準(zhǔn)，需要求出儀器中設(shè)置的電導(dǎo)池常數(shù)，把標(biāo)準(zhǔn)電阻當(dāng)做橫坐標(biāo)，把電導(dǎo)率儀的示值當(dāng)做縱坐標(biāo)，進(jìn)行作圖，擬合之后求出儀器內(nèi)設(shè)的電導(dǎo)池常數(shù).和標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)之間的乘積就是標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率，標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)和電導(dǎo)率的顯示值以及數(shù)據(jù)的處理結(jié)果如表1。

2.2 電子單元中高電導(dǎo)范圍測(cè)量的結(jié)果校準(zhǔn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果

國(guó)際上和國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范和規(guī)程都對(duì)電子單元中每個(gè)測(cè)量的量程進(jìn)行要求，要對(duì)量程進(jìn)行校準(zhǔn)或者檢定。我國(guó)使用的電導(dǎo)率儀，其檢定的裝置上限通常是10mS，但是無(wú)電極電導(dǎo)率測(cè)量的范圍通?？梢赃_(dá)到2000mS/cm，所以按照上述要求建立的電子單元很難滿足校準(zhǔn)技術(shù)的相關(guān)要求。借助對(duì)無(wú)電極電導(dǎo)儀測(cè)量的原理進(jìn)行分析，能夠構(gòu)件一種全新的校準(zhǔn)技術(shù)，使用現(xiàn)有的電導(dǎo)率儀進(jìn)行檢定的裝置，對(duì)其高電導(dǎo)的范圍進(jìn)行檢定或者校準(zhǔn)。

可以把電導(dǎo)池內(nèi)穿過(guò)m匝導(dǎo)線和標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行連接時(shí)，按照畢-沙定律，激勵(lì)電流在導(dǎo)線內(nèi)出現(xiàn)的磁通量用式為φ1=N1L1I1，這個(gè)公式中，N1是激勵(lì)線圈匝數(shù)，對(duì)于傳感器來(lái)說(shuō)，L1是常數(shù)，和電導(dǎo)池的內(nèi)部環(huán)形部分導(dǎo)線的磁導(dǎo)率、形狀和大小有關(guān)。按照法拉第電磁感應(yīng)定律，交變磁場(chǎng)在環(huán)形的電導(dǎo)池內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，而且，和激勵(lì)電流的頻率一樣，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)作用之下，導(dǎo)線內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電流的回路，電流回路的大小為標(biāo)準(zhǔn)電阻的函數(shù)。同理，導(dǎo)線內(nèi)交變電流會(huì)在測(cè)量的線圈內(nèi)產(chǎn)生磁場(chǎng)，L2的大小只和線圈形狀、大小與材質(zhì)磁導(dǎo)率相關(guān)，對(duì)形狀和繞線的固定電導(dǎo)池是常數(shù)。導(dǎo)線的電流在產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)內(nèi)會(huì)形成感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。所以，在實(shí)際的測(cè)量中，流入環(huán)形電導(dǎo)池溶液和1匝線圈相當(dāng)，儀器內(nèi)設(shè)置檢測(cè)的電流和電導(dǎo)率之間也有密切的關(guān)系。如果和標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行連接的導(dǎo)線穿過(guò)環(huán)形電導(dǎo)池的m匝時(shí)，儀器電導(dǎo)率的顯示值是導(dǎo)線在穿過(guò)電導(dǎo)池的1匝時(shí)電導(dǎo)率的m2倍，所以可以利用增加其繞線的匝數(shù)，使用較小標(biāo)準(zhǔn)電阻對(duì)較高的測(cè)量分為內(nèi)電子單元進(jìn)行校準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)電極電導(dǎo)率儀中電子單元的校準(zhǔn)技術(shù)具有重要的意義，依照其測(cè)量技術(shù)原理，使用標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)模擬溶液電導(dǎo)的方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電子單元進(jìn)行校準(zhǔn)的工作，這一技術(shù)的發(fā)展為國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定有很大的促進(jìn)作用，需要相關(guān)人員不斷加大研究力度，以便擴(kuò)大其應(yīng)用的范圍，切實(shí)為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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