DD1型电导测量仪的研制
随着生产过程自动化的不断发展和完善,钢铁工业、化学工业和火力发电工业中的一些大型装置和设计对过程分析仪器的应用也有了越来越多的要求。过程分析仪器的应用不仅提高和保证了产品的质量,降低原材料的消耗,减轻工人的劳动强度,提高劳动生产率,而且也大大地促进了工业生产的发展,可以说过程分析仪器是现代化工厂必备的仪器设备。
在过程分析仪器中电导率测量与监控具有十分重要的地位,它是工业生产中测量溶液成分和浓度不可缺少的方法之一,也是目前生产实际中迫切需要解决的课题,为此我们研制了DD 1型电导测量仪。
1 测量原理
1.1 溶液的电导及其与浓度的关系
由电化学可知,在外加电场的作用下电解质溶液中的阴、阳离子以相反的方向移动,和金属一样,这些溶液的导电特性也可以用电阻R或电导G来表示(如图1所示):
R=ρL/A (Ω) (1)
G=γA/L (1/Ω) (2)
式中:L——溶液的长度(电极间隔) (m);
A——溶液的截面积(电极面积)(m2);
ρ——溶液的电阻率(Ω·m);
γ——溶液的电导率(S/m)。
令L/A=K为电极常数,式(1)、(2)可以表示为:
可见溶液的电导既与溶液的成分有关又与溶液的浓度有关。测量溶液的成分,可以在浓度一定的情况下对不同溶液进行比较。利用电导率不仅可以求得各种物质的导电能力,而且当被测溶液所含物质一定时,还可以通过测量溶液的电导来间接获得溶液的浓度。
实验表明,在20℃时,几种物质导电率与浓度的关系如图2所示。
从图2中可以看出,电导率γ与浓度C不是线性关系。但在低浓度区的某一小段内,电导率γ与浓度C可以近似看成线性函数。如图3所示,电导图3浓度很低时γ与C的关系率γ随浓度C的增高而增高,可以表达为:
γ=mC (5)
式中m为斜率,这时m为正值。
在中等浓度区,电导率γ与浓度C不是单值函数;浓度很高时,电导率γ随浓度C的增高反而下降,这是由于离子增多时它们之间的相互作用加大,使得离子的运动受到限制的缘故,这时可以表达为:
γ=mC+a (6)
此时斜率m为负值,式中a为截距。
1.2 温度对溶液电导的影响及补偿方法
一般金属的电阻随温度的升高而增大,溶液的电阻则相反,随温度的升高而变小。在根据溶液的电阻(或电导)分析溶液的成分或浓度时,温度的影响很大,液体的温度系数比金属大4~7倍,而且在不同的温度区间内,温度系数各异。因此,可以采用三种方法消除或减少温度的影响。
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