电导率温度计

张博：电导率温度补偿的本质：电导率的检测是为了监测水中电解质物质的含量，在某特定水质中，电解质的含量不变，但是其电导率却随着温度发生变化。所以不同温度下的电导率需要换算到某个温度条件下的电导率值，才好比较和判断水质的好坏，一般这个温度选为25℃。最典型的应用是TDS仪（总盐度仪），它是通过检测溶液的电导率值，再补偿到某一温度，再通过该温度下电导率与盐度的关系，最后显示出盐度值。酸度计温度补偿的本质：酸度计测量原理是pH=pH1+（E-E1）/kT（1），其中kT并不是根据温度T和k相乘计算得到的，而是通过校准得到的，即kT=（E2-E1）/（pH2-pH1），所以实际酸度计的实际测量过程其实不需要温度，而是通过电极探测到E1、E2和手动输入pH1和pH2，所以酸度计在任何温度下校准和检测都是可以的（实际上由于校准液电解常数受温度影响，不同温度下其标准pH值会变化，此时只要输入新温度下的pH1和pH2就也不受影响），前提是待测样品温度和校准温度得相同。而实际应用中，待测样品的温度不可能完全与校准温度相同，这时候就需要温度补偿。需要温度补偿的原因在于，溶液的电动势E=kTlgC，在溶液H+浓度不变的情况下，其E随温度发生变化。如果不进行温度补偿，假设待测样品温度升高，则E也升高，由公式1计算得到的pH值也将升高，但实际上H+浓度认为不变。所以酸度计温度补偿的本质，是为了抵消由于温度变化引起溶液电动势E的变化，从而准确测量溶液的H+浓度值的。（至于温度补偿的详细过程这里不详述）总之，酸度和电导的温补关系可通过下面关系图说明，可看成两者的相通之处： 不变 函数关系 不变 温度补偿 随温度变化溶液 电解质浓度TDS---(TDS=f1(k0))----特定温度电导率k0--(k0=f2(k))-----任意温度下的电导率k H+浓度(pH值)---(pH=f1(E'))------特定温度电动势E'--(E'=f2(E))------任意温度下的电动势E

http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/default/emyc1007.gif一定浓度的溶液，其电导率随温度的改变而改变，在作精密测量时应该保持恒温，也可在任意温度下测量，然后通过仪器的温度补偿系统，换算成25℃时的电导率，这样测量数值就可以比较。但是，由于各种不同种类，不同浓度的电导率温度系数各不相同，例如酸溶液的温度系数为（1.0~1.6）%/℃，碱溶液的温度系数为（1.8~2.2）%/℃，盐溶液的温度系数为（2.2~3.0）%/℃，天然水的温度系数为2.0%/℃，因此电导率测量的温度补偿问题比较复杂，或者可以认为这种温度补偿是不充分的，或有较大误差的。为此，有些电导率仪就不采用温度补偿电路，仪器测得的是当时温度下的电导率值。有温度补偿的电导率仪，若将温度补偿旋钮调至25℃时，仪器也无温度补偿作用，测量值为当时温度下的未经换算的电导率值。

水质中电导率与温度等的关系 在水质检测标准中经常可以看到电导率，TDS，盐度等标准，不少人对他们的定义不是很了解，甚至有认为三者是同一个概念。今天我们就来了解下电导率，TDS，盐度的定义及相关关系。一、电导率：生态学中，电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力，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。单位以西门子每米（S/m）表示。影响因素：1）温度：电导率与温度具有很大相关性。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。2）掺杂程度: 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） 二、TDS：总溶解固体（英文：Total dissolved solids），又称溶解性固体总量，测量单位为毫克/升（mg/L）,它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固 体。TDS值越高，表示水中含有的杂质越多。 总溶解固体指水中全部溶质的总量，包括无机物和有机物两者的含量。一般可用电导率值大概了解溶液中的盐份，一般情况下，电导率越高，盐份越高，TDS越 高。在无机物中，除开溶解成离子状的成分外，还可能有呈分子状的无机物。由于天然水中所含的有机物以及呈分子状的无机物一般可以不考虑，所以一般也把含盐量称为总溶解固体。 但是在特定水中TDS并不能有效反映水质的情况。比如电解水，由于电解过的水中HO-等带电离子显著增多，相应的导电量就异常加大。它和电导率往往存在一种相通的关系，有时候TDS也可以用来表示电导率，两者的关系：1TDS=2μS其中μS为电导率的单位。国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对饮用自来水的溶解性总固体（TDS）有限量要求：溶解性总固体≤1000mg/L 三、盐度：盐度的定义经历了几个阶段，1）克纽森盐度公式在本世纪初，克纽森(Knudsen)等人建立了盐度定义，当时的盐度定义是指在 1000g海水中，当碳酸盐全部变为氧化物、溴和碘以氯代替，所有的有机物质全部氧化之后所含固体物质的总数。其测量方法是取一定量的海水，加盐酸和氯水，蒸发至干，然后在380℃和480℃的恒温下干燥48h，最后称所剩余固体物质的重量。用上述的称量方法测量海水盐度，操作十分复杂，测一个样品要花费几天的时间，不适用于海洋调查，因此，在实践中都是测定海水的氯度，根据海水的组成恒定性规律，来间接计算盐度，氯度与盐度的关系式(克纽森盐度公式)如下：S‰=0.030+1.8050Cl‰克纽森的盐度公式使用时，用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表，在实际工作中显示了极大的优越性，一直使用了70年之久。但是，在长期使用中也发现，克纽森的盐度公式只是一种近似的关系，而且代表性较差；滴定法在船上操作也不方便。于是人们寻求更精确更快速的方法。2）重新定义 　盐度与氯度的上述关系式，建立在海水组成恒比规律的基础上，这是不严格的；况且当时所取的水样，多数为波罗的海表层水，难以代表整个大洋水的规律。实际上，关系式中的常数项 0.030，不符合大洋海水盐度变化的实际情况。根据海水的电导率取决于其温度和盐度的性质，通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。1950年以后，电导盐度计的研究和发展，使盐度的测定方法得到简化，精密度也提高，比测定氯度后计算盐度的方法，更加准确和方便。因此，联合国教科文组织(UNESCO)、国际海洋考察理事会(ICES)、 海洋研究科学委员会(SCOR)和国际海洋物理科学学会(IAPSO)4个国际组织联合发起，于1962年 5月召开会议，成立了海水状态方程式联合小组。此小组于1963年第二次会议上改名为“海洋用表与标准联合专家小组(JPOTS)”。经过多次讨论和研究,为了保持历史资料的统一性，将盐度公式改为S‰=1.80655Cl‰R.A.考克斯等对采自各大洋和海区的135个水样(深度在100米以内)的氯度值进行了准确的测定，按上述公式换算成盐度，并测定了电导比R15,得到S‰与R15关系的多项式S‰=-0.08996+28.2970R15+12.80832R215-10.67869R315+5.98624R415-1.32311R515式中R15 为一个标准大气压和 15°C条件下海水样品与S=35.000的标准海水电导率的比值。1966年,JPOTS推荐这多项式为海水盐度定义。同年，联合国教科文组织和英国国立海洋研究所出版的《国际海洋用表》，其中的盐度数据，就是采用上述测定电导率后换算成盐度的方法。3） 实用盐度标度 　20世纪70年代以后，现场仪器如电导-温度-深度仪(CTD)等的应用，越来越多,而国际海洋用表(1966)中没有包括10°C以下的盐度数据，致使低于10°C的现场测定结果,无法统一。此外,测定了1967～1969年制备的标准海水，还发现用电导法测得的盐度，和从氯度换算得到的不一致，而出现了标准海水作为电导率标准的可靠性问题。因此 JPOTS决定使用标准氯化钾溶液标定标准海水，并推荐1978年实用盐度标度。本来，绝对盐度(SA)为海水中溶质质量和海水质量的比值，但它实际上不能直接测定,故用K15定义海水的实用盐度(S)来表达海洋观测的结果。S=a0+a1K1/215+a2K15+a3K3/215+a4K215+a5K5/215a0=0.0080 a1=-0.1692a2=25.3851 a3=14.0941a4=-7.0261 a5=2.7081Σai=35.0000 2≤S≤42式中K15是在15°C和一个标准大气压的条件下,海水样品电导率和质量比为 32.4356×10-3的氯化钾溶液电导率的比值。当K15准确为1时，S 恰好等于35。实用盐度值为过去盐度值的1000倍，例如，过去盐度值为0.03512（即35.12‰），实用盐度值则为35.12。从定义的实用盐度公式可以看出，氯度被看作是和实用盐度无关的一个独立变量。实用盐度的通用标准仍为标准海水，后者除标有氯度值外，尚标有K15值。 所以从上述文章的描述可以发现，电导率，TDS，盐度不是同一个概念，但是三者之间是有密切的关系的。应用广泛应用于火电、化工化肥、反渗透、养殖、制药、环保、食品和自来水等溶液中电导率值/TDS的连续监测。