电导率检定技术规程宣贯

电导率测量基本知识介绍+规程制定背景及总体思路+常见问题解答+电导率国家基准简介导体典型代表导电机制温度影响导电能力表征电子导体金属、石墨自由电子随温度升高电阻率变大电阻率离子导体酸碱盐的水溶液及熔融盐带电离子随温度升高电阻率变大电导率能够导电的物质称为导体。第一类导体：金属——靠自由电子的迁移导电。第二类导体：电解质溶液，熔融电解质，固体电解质。——靠离子的迁移导电。溶液中：向阳极迁移1Cl电极/溶液界面处：阴极：阳极：外电路：自由电子定向迁移222CleCl222HeH向阴极迁移H导电回路基本知识—电解质溶液导电原理溶液中的带电离子在外加电源（电流或电压）的作用下，发生定向移动，形成电流。根据欧姆定律，用电压和电流的比值—电阻表示该体系中导体的导电能力。在电解质溶液中，用电阻的倒数——电导表示。IURR1UIG基本知识—电解质溶液导电原理溶液电导的影响因素+离子浓度——离子的数量+离子淌度——离子在单位电势梯度下运动的速度+离子所带电荷数+溶液黏度、水合程度+温度（影响淌度、粘度、水合度等）+……..…+离子流动的距离+离子流经的横截面积基本知识—电解质溶液导电原理溶液电导率的影响因素离子浓度——离子的数量离子淌度——离子在单位电势梯度下运动的速度离子所带电荷数溶液黏度、水合程度温度（影响淌度、粘度、水合度等）……..…（离子流动的距离）（离子流经的横截面积）基本知识—电解质溶液导电原理电导：电导池中电解质溶液的离子电荷移动时，电流和电势差的比值UIG电导率：电导率是衡量给定物质（导体）的导电能力的一个物理参数，其原始定义为Ej电导率具有强度性质，反映电解质溶液本身的性质。因此，是电导率而非电导是测量关注的对象。电导具有广度性质，除了与电解质溶液本身的性质有关外，还与电导池常数有关（也就是电导池中的电解质溶液的数量、形状等）基本知识—电解质溶液导电原理对于电解质溶液来讲，“电导”没有意义。+电导率仪测量结果(仪器示值)是“电导率”而非“电导”。满标检GGG旧规程中用下式计算电计引用误差：是因为当电导池常数设为1.00cm-1,电导率示值在数值上等于电导。但如此表述容易引起概念上的混淆。如此表述限制了规程的适用范围：因为有些电导池常数是0.1cm-1，10cm-1或5.0cm-1等等ScellSGK替代SG使得整个规程各检定项目的思路一致。基本知识—电解质溶液导电原理——OIMLR56-2006ThirddraftRevision是电导池的几何特性。当电极结构一定，几何尺寸一定，和待测溶液的相对位置一定时，具有确定的量值………GKCell定义：测量电极间有效距离与电极间液柱有效横截面积的比值。AlKCell按定义确定电导池常数的前提条件是电场均匀。基本知识—电导池常数SCell根据电导池常数的确定方法，溶液电导率测量技术可分为绝对测量法和相对测量法直接测量几何尺寸以确定常数。绝对方法可以直接溯源到基本物理量，有较高的测量精度，主要用于各国的溶液电导率基准测量。AlKCell绝对测量通过测量电导率准确已知的标准物质的电导/电阻，用相对测量方法确定电导池常数相对测量几乎所有商用电导率仪的电导池常数都由标准物质校准基本知识—电导池常数基本知识—电导池常数µS/cm1µS/cm100µS/cm100mS/cmPurifiedwaterJuice,Milk,BeerWastewaterCoolingwater50µS/cmDrinkingwater53mS/cmOceanwater15mS/cmDialyses基本知识—不同溶液的电导率与金属导体的电子传导（第一类导体）相比，电解质溶液中离子的传导（第二类导体）要受到离子间的相互作用、离子运动速度、电解质浓度（活度）等因素的影响，因而其导电行为比自由电子在电场作用下的定向运动复杂的多。尤其，电解质溶液的导电过程必然要涉及到电极/溶液界面所发生的各种界面效应，如电极表面双电层充电、电极吸附、电荷转移等电化学过程，以实现电解池回路中两类导体的不同载流子之间的电荷传递过程。—双电层电容：电流通过电极时，由电极表面剩余电荷与溶液一侧具有紧密和分散结构的剩余电荷便构成了电极溶液/界面的双电层，具有存贮电荷的能力，即具有电容的特性。双电层电容的量值大约为10~100µF/cm2，可以计算出在1kHz下由双电层电容产生的阻抗量级为：)166.1(21dfCZ—电荷转移（电子得失）过程的电化学反应电阻，是发生电化学反应所必需克服的活化能造成的。Zw—代表电极/溶液界面附近液相传质过程的阻抗，由反应物质的浓度差所造成。这个过程引起的阻抗与电化学反应电阻为串联关系，通常称为浓差电阻Zw，其阻抗随频率而变化。RL—代表溶液中的液相传质过程，即表征电解质溶液电导率大小的离子导电过程。通常称为溶液电阻。)1(jkZW基本知识—电导率测量涉及的电化学过程尽量抑制与电极有关的双层充电、电荷转移、浓度极化等电化学过程（统称极化效应）以及测量外电路可能引起的干扰，突出RL，从而达到准确测量电导率的目的。铂黑电极就是通过增大电极表面积，减小电流密度，从而减少电极表面极化效应。铂黑电极的表面积大约是相同面积的光亮铂电极的1000倍使用4电极电导池、无电极（electrodeless)电导池等新技术使用交流测量技术，降低浓差极化阻抗和电化学阻抗的影响。优化测量频率：高电导用高频率，低电导率用低频率基本知识—极化效应的抑制~ABDCRXRSACC'惠斯顿电桥：测量高电导率时容易获得较高的准确度。电桥平衡时有：ADDBSXRRRG1由交流信号发生源、运算放大器、相敏检波器或锁相器、A/D转换器等组成除了与电极过程相关的极化效应外，并联电容、Park效应等旁路电容也影响溶液电阻测量。因此，测量频率不是越高越好。RLZWCdRrZWCdRr12并联电容CP导线电容RP接地电容电导率测量的等效电路基本知识—测量电路由于使用交流电路，所以整个电导池回路中还会引入交流特性的极间电容、分布电容、旁路电阻等。极间电容C的计算公式如下：CellKcDAlcDC2929410)/(410其中D为水的相对介电常数，D=78，产生的极间电容C=7pF。当测量频率为1000Hz时，阻抗约为2×107Ω。测量量值为10-6S/cm的水质时，需要采用低于1000Hz的测量频率。是由于电极引线的分布、连接和不合适的接地所引起的，在高阻测量中，这种效应比较明显（Parker效应）。引起的测量误差为：电导池的引线要尽量分开，不能交叉重叠。测量高阻时必须减小电导池常数，同时适当降低测量频率，以便降低该效应引起的误差。R=RPRX22CP2交流信号频率应随着电导率测量范围而改变，这与测量线路、电导池性能密切相关。电导率范围型号频率(Hz)0.05µS/cm~1µS/cm70或更低1µS/cm~10µS/cm70~100100µS/cm~1mS/cm100~5001mS/cm~1mS/cm1K~5KCompanyLogoµS/cm0µS/cm100µS/cm0.02/cm20µS/cm0µS/cm200µS/cm0.1/cm100µS/cm10µS/cm1000µS/cm0.2/cm200µS/cm20µS/cm2000µS/cm1.0/cm1000µS/cm100µS/cm10,000µS/cm2.0/cm2000µS/cm200µS/cm20,000µS/cm5.0/cm5,000µS/cm500µS/cm50,000µS/cm20.0/cm20,000µS/cm2000µS/cm1,000,000µS/cmCompanyLogo=a+bt+ct2+dt3表示。例如美国NIST的Y.C.Wu等人通过拟合Jones和Bradshaw等人的实验数据并对温度标准和欧姆标准的变化进行相应的修正后，得到的经验表达式如下：1D=6.514410-2+1.7319810-3t+4.575210-6t2温度影响离子的运动速度，从而影响电导率。电导率温度系数的范围大约为（1~5）%/℃，对于电导率测量是不可以忽略的。基本知识—温度的影响温度影响离子的运动速度，从而影响电导率。电导率温度系数的范围大约为（1~5）%/℃，对于电导率测量是不可以忽略的。温度每变化1℃，电解质溶液电导率的相对变化。对于电导率大于1хS•m-1的强电解质，温度系数可以近似地用下式表示：%100)(RRRtt%100)(RRRttＫ：—温度t时的电导率；ＫＲ—参考温度时的电导率。1.151.251.351.451.551.651.751.851.952.052.152.252.35-100102030405060708090100NaClHClNaOHCompanyLogo温度温度系数%/℃0.01MKCl0.01MKCl0.01MKCl01.801.781.6651.841.811.68101.871.841.70151