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无电极电导率仪电子单元校准技术分析

日期:2011-5-10 9:37:39 人气: 时间:2017-01-04 08:26 来源:未知 作者:styqjc

   摘 要: 随着科技的进步和社会的发展, 各种先进的设备和仪器在生活中的应用愈发广泛, 对社会发展的作用也越来越大, 无电极电导率仪是一种相对先进的仪器,在很多领域都有重要的作用。 文章主要对这种仪器的原理进行介绍, 根据其原理设计出电子单元校准技术, 并对这一技术进行试验, 能够使用量值较低的标准电导对电子单元中量值较高的测验结果进行校准。
关键词: 无电极电导率仪; 电子单元; 校准技术;仪器校准
引言
无电极电导率技术是上世纪五十年代出现的一种技术, 又被称作环形测量技术,在 2000 之后才逐渐打入中国市场。无电极电导率仪和日常所见的电导率仪器电导池的结构、 测量的原理全部都不同, 主要使用电磁感应测量电解质溶液电导,电导池电极在 PCDF、PFA、 和聚丁烯等材料内包裹, 并不和待测的介质进行接触。所以, 能够防止常规的电导池因为金属电极在测量的介质中暴露, 而引发电极的计划、 玷污与过程的涂覆等问题。而且, 这种技术还有着很高的测量电导率,测量的温度范围也很宽, 这些优势使其在食品的加工、电镀、 造纸等行业内都有很广泛的应用, 特别是在水质的污染比较严重的环境内有着无法替代的优势。
电导率仪器是被国家强制规定的检查项目, 现行的电导率仪中国家对其进行检定的规程并没有包括无电极电导率仪, 而且对这一仪器校准的技术没有太多的研究,作者对国内外关于电导率仪校准或者检定的标准进行了查阅, 很少有关于其校准技术的标准。随着无电极电导率仪逐渐在国内市场中站稳脚跟, 缺乏对相关的标准与校准的技术进行研究, 就会对这种仪器的检定计量与校准带来很大的困难。对电导率仪进行校准和检定的最佳方式就是使用量值已知标准的物质当作计量的标准,并对其整机进行校准或者检定, 由于其标准的物质可以提供的量值是有限的, 所以国际上技术标准都使用标准交流电阻模拟溶液电阻,对其电子单元进行有效的评价, 而且,因为其对电子单元进行测量的原理和常规的仪器全都不同, 性能的评价也有很大差异, 所以必须根据其测量的原理构件出对电子单元进行校准的技术。
1 无电极电导测量的原理
其原理主要是和电导率与电导有关, 其独特的地方就在于可以使用电磁感应的原理对电解质的电导进行测量。无电极电导率仪传感器的部分电导池一般由两个线圈构成, 这里两个线圈的距离比较近, 外面会包覆不会导电、 耐腐蚀的化学材料。对其电导率进行测量时, 把传感器放入准备测量的电解质溶液内, 传感器内激励线圈和振荡器或者频率的发生器相连,进而流入比较稳定的交流电, 产生交变磁场。环形电导池内电解质和匝数是 1 的次级线圈相当, 交变磁场在电解质溶液中可以产生感生电动势,进而使电解质溶液内带电离子出现运动, 并形成相应的电流,电流的大小和溶液的电导之间时正比的关系。交变溶液电流可以在检测的线圈内形成一种磁场, 可以产生出感生电流, 这种电流和溶液的电流是正比关系, 也就
会和溶液的电阻是正比关系, 这样, 就可以借助对检测线圈内的电流大小进行测量, 得到电解质溶液中溶液的电阻。
2 无电极电导率仪中对电子单元进行测量的结果校准
2.1 使用标准电阻模拟溶液电导对仪器中的电子单元测量的结果校准技术和实验的结果
对于比较常见的电导率仪中电子单元进行检定或者校准时, 需要把电子单元和传感器分离开来, 把标准电阻和电子单元中抗阻的测量端直接进行相连。按照无电极电导率仪中测量的原理, 电导池内流过电解质的溶液与 1 匝线圈相当, 其中的电阻就是带电的离子在移动时出现的电阻, 能够借助联结的标准电阻线圈,并穿过其电导对其进行电阻模拟。无电极电导率仪的电子单元在校准或检定时,要把电子单元和传感器进行连接, 借助导线在标准电阻两端相连,以便形成相应的回路,并穿过其传感器内的孔。使用这种方式对某种型号的无电极电导率仪进行了校准,使用标准电阻为 HCJ-1型的电导率仪内检定的装置称值是 10mS 到 0.25mS 是个标准电导。因为其显示值是电导率, 其单位为 mS/cm, 也就是对输入的标准电导 G 进行测量之后,并按照相关的公式对其进行详细计算的结果,G 的电位是 mS。为了方便进行校准, 需要求出仪器中设置的电导池常数, 把标准电阻当做横坐标, 把电导率仪的示值当做纵坐标, 进行作图, 拟合之后求出仪器内设的电导池常数.和标准电导之间的乘积就是标准电导率, 标准电导和电导率的显示值以及数据的处理结果如表 1。
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2.2 电子单元中高电导范围测量的结果校准技术和实验的结果
国际上和国内的标准以及规范和规程都对电子单元中每个测量的量程进行要求,要对量程进行校准或者检定。我国使用的电导率仪, 其检定的装置上限通常是 10mS, 但是无电极电导率测量的范围通常可以达到 2000mS/cm, 所以按照上述要求建立的电子单元很难满足校准技术的相关要求。借助对无电极电导仪测量的原理进行分析, 能够构件一种全新的校准技术, 使用现有的电导率仪进行检定的装置, 对其高电导的范围进行检定或者校准。
可以把电导池内穿过 m 匝导线和标准电阻进行连接时,按照毕-沙定律, 激励电流在导线内出现的磁通量用式为 渍1=N1L1I1, 这个公式中, N1 是激励线圈匝数, 对于传感器来说, L1 是常数, 和电导池的内部环形部分导线的磁导率、形状和大小有关。按照法拉第电磁感应定律, 交变磁场在环形的电导池内会产生感应电动势, 而且,和激励电流的频率一样, 在感应电动势作用之下,导线内会产生电流的回路,电流回路的大小为标准电阻的函数。同理,导线内交变电流会在测量的线圈内产生磁场, L2 的大小只和线圈形状、 大小与材质磁导率相关, 对形状和绕线的固定电导池是常数。导线的电流在产生的交变磁场内会形成感应电动势。所以,在实际的测量中, 流入环形电导池溶液和 1 匝线圈相当, 仪器内设置检测的电流和电导率之间也有密切的关系。如果和标准电阻进行连接的导线穿过环形电导池的 m 匝时, 仪器电导率的显示值是导线在穿过电导池的 1 匝时电导率的 m2 倍, 所以可以利用增加其绕线的匝数, 使用较小标准电阻对较高的测量分为内电子单元进行校准。
3 结束语
综上所述, 无电极电导率仪中电子单元的校准技术具有重要的意义, 依照其测量技术原理, 使用标准电导模拟溶液电导的方式能够实现对电子单元进行校准的工作, 这一技术的发展为国家相关标准的制定有很大的促进作用,需要相关人员不断加大研究力度,以便扩大其应用的范围, 切实为相关领域的发展做出贡献。