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酸度計(jì)與電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理與區(qū)別

[2020/7/21]

緒 論

    酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀是廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一種常用科學(xué)分析儀器。酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀的使用和檢定都離不開各自使用的溶液，而溶液的 pH 值和電導(dǎo)率都與溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，pH 值和電導(dǎo)率會發(fā)生不同變化。在計(jì)量檢定過程中我們發(fā)現(xiàn)對兩種儀器溫度補(bǔ)償器的正確使用對測量結(jié)果有較大影響，而且部分儀器使用者，因?qū)囟妊a(bǔ)償器的原理和兩者之間的區(qū)別理解不正確，使用不當(dāng)，造成測得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以正確理解溫度補(bǔ)償器的原理和區(qū)別是至關(guān)重要的。



一、酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理和作用

在酸度計(jì)計(jì)量檢定和使用中，我們發(fā)現(xiàn) pH 值測量不準(zhǔn)確的原因主要是未能正確使用溫度補(bǔ)償器造成的。下面就介紹一下酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理、對 pH示值的影響和產(chǎn)生問題的原因。對于酸度計(jì)來說，不同溶液的 pH 值的溫度系數(shù)差別很大， 要將不同溫度下的 pH 值折算到 25℃時(shí)的 pH 值是非常困難的， 也沒有必要。所以酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器是將其電極在標(biāo)定溫度下得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)按能斯特公式換算到當(dāng)前溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而得到當(dāng)前溫度下的 pH 值。其中酸度計(jì)是用電位相對測量法來測定溶液 pH 值的，其理論依據(jù)來自于能斯特方程式：

通過對一臺 PHS-3C 型號酸度計(jì)在 25℃條件下使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校準(zhǔn)后，對同一溶液在不同溫度下的 pH 值進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：


由此表可看出溫度補(bǔ)償器固定在 25℃條件下時(shí)（即不啟動(dòng)酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器時(shí)），測量溶液的 mv 值是不隨著溫度變化而變化的，酸度計(jì)測得的 pH 值也永遠(yuǎn)是標(biāo)定溫度下的 pH 值；當(dāng)酸度計(jì)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，測量溶液的 mv 值同樣是不隨著溫度變化而變化的，但是測得的 pH 值是隨溫度的改變而變化的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著溶液溫度的改變，由于溶液的 mV 值是不隨溫度的變化而變化的，所以被測溶液與標(biāo)定溶液間的電位差也是不發(fā)生變化的，隨著溫度的變化實(shí)際發(fā)生變化的是每 mV 值變化量對應(yīng)的 pH 值的變化量，通過公式（3）我們可以發(fā)現(xiàn)這就使得 K 值發(fā)生了變化，所以酸度計(jì)通過溫度補(bǔ)償調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù)K 來抵消溫度變化引起的電動(dòng)勢差的變化。因此，為了適應(yīng)各種溫度狀態(tài)下 pH 值的測量，酸度計(jì)中均設(shè)有溫度補(bǔ)償裝置。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用

電導(dǎo)率的大小與電解質(zhì)在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關(guān)系，而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關(guān)。溫度升高，溶液的電導(dǎo)率增加，反之，則電導(dǎo)率減小。溶液的電導(dǎo)率受溫度的影響較大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。通過對一臺 DDS-307 型號電導(dǎo)率在溶液不同溫度下進(jìn)行溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：


由此表可以看出不進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同一溶液的電導(dǎo)率隨著溶液溫度的增加而不斷增大，使得測量結(jié)果沒有參考價(jià)值，所以電導(dǎo)率的測量結(jié)果一般均折算到參考溫度下（參考溫度：20℃或 25℃，使用 25℃時(shí)較多）。如果把電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器關(guān)掉，則需先測出溶液的溫度及該溫度下的電導(dǎo)率，再將測得的結(jié)果換算到參考溫度的電導(dǎo)率。公式如下：


通過式（4）可以看出當(dāng)電導(dǎo)率儀不啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，即溫度校正系數(shù)為0.00%時(shí)，測得的電導(dǎo)率為溶液實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率，需要人工換算成參考溫度下溶液的電導(dǎo)率值，否則測得值沒有參考價(jià)值。電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器的作用就是為了克服溫度的影響，將溶液在實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為參考溫度(一般為 25℃)下的電導(dǎo)率值，使得溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性，以滿足各行各業(yè)比對或控制指標(biāo)的需要。因此，市面上越來越多的電導(dǎo)率儀具有溫度補(bǔ)償功能，在檢定過程中，檢定規(guī)程規(guī)定增加這一檢定項(xiàng)目看來也是很有必要的。


二、酸度計(jì)與電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器使用過程中的注意事項(xiàng)


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器使用中的注意事項(xiàng)

由于酸度計(jì)測量過程中溶液的 mV 值是不隨溫度的變化而改變的，實(shí)際上起到作用的是通過調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償器進(jìn)而調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù) K，進(jìn)而改變每 mV 變化量引起的 pH 的變化量，所以在使用酸度計(jì)時(shí)需要注意的是用于標(biāo)定儀器的標(biāo)準(zhǔn)參考溶液與被測溶液的溫度差。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器使用中的注意事項(xiàng)

通過公式（4）我們發(fā)現(xiàn)，在將電導(dǎo)率修正為參考溫度下電導(dǎo)率時(shí)，溫度校正系數(shù)β是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，且不同的溶液溫度校正系數(shù)也不同，所以在使用溫度校正系數(shù)不可調(diào)節(jié)的電導(dǎo)率儀時(shí)，溫度校正系數(shù)會引入測量誤差，所以在進(jìn)行準(zhǔn)確度要求較高的測量時(shí)，如果溫度校正系數(shù)不能調(diào)整為溶液實(shí)際的溫度校正系數(shù)，則應(yīng)該關(guān)閉電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償功能，通過準(zhǔn)確測量溶液溫度后根據(jù)公式（4）計(jì)算出參考溫度下的電導(dǎo)率值，或?qū)⒈粶y溶液的溫度嚴(yán)格控制在參考溫度條件下測量，進(jìn)而減小測量誤差。


三、儀器使用中溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法

先通過兩點(diǎn)標(biāo)定斜率，并測量第三種標(biāo)準(zhǔn)溶液示值誤差合格。然后用酸度計(jì)測量第三種標(biāo)準(zhǔn)溶液在打開溫度補(bǔ)償器時(shí)的 pH 值及其溫度，查找 JJG119-2018《酸度計(jì)檢定規(guī)程》,規(guī)程中表 A.2 顯示了標(biāo)準(zhǔn)溶液不同溫度下對應(yīng)的 pH 值，通過與測量的 pH 值進(jìn)行對比，測量結(jié)果的示值誤差應(yīng)小于儀器對應(yīng)等級的最大允許誤差，否則酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器功能可能出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)送檢。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法


結(jié)論

    

綜上所述，電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器，其作用就是為了克服溫度的影響，將溶液在實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為參考溫度(一般為 25℃)下的電導(dǎo)率值，使得溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性。而酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器，其作用是將電極在標(biāo)定溫度下得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)按能斯特公式換算到實(shí)際溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而得到實(shí)際溫度下的 pH 值。


由此可見兩種儀器的溫度補(bǔ)償作用是有所區(qū)別的，不能混淆，只有正確理解酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器對于儀器測量準(zhǔn)確度的意義和作用，才能促進(jìn)儀器的合理、正確使用，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)通過文中溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法，使用者就可以自己合理判定溫度補(bǔ)償功能是否正常工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀器溫度補(bǔ)償器可能存在異常時(shí)，需及時(shí)到計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)對儀器進(jìn)行檢定。


緒 論

    酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀是廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一種常用科學(xué)分析儀器。酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀的使用和檢定都離不開各自使用的溶液，而溶液的 pH 值和電導(dǎo)率都與溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，pH 值和電導(dǎo)率會發(fā)生不同變化。在計(jì)量檢定過程中我們發(fā)現(xiàn)對兩種儀器溫度補(bǔ)償器的正確使用對測量結(jié)果有較大影響，而且部分儀器使用者，因?qū)囟妊a(bǔ)償器的原理和兩者之間的區(qū)別理解不正確，使用不當(dāng)，造成測得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以正確理解溫度補(bǔ)償器的原理和區(qū)別是至關(guān)重要的。



一、酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理和作用

在酸度計(jì)計(jì)量檢定和使用中，我們發(fā)現(xiàn) pH 值測量不準(zhǔn)確的原因主要是未能正確使用溫度補(bǔ)償器造成的。下面就介紹一下酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理、對 pH示值的影響和產(chǎn)生問題的原因。對于酸度計(jì)來說，不同溶液的 pH 值的溫度系數(shù)差別很大， 要將不同溫度下的 pH 值折算到 25℃時(shí)的 pH 值是非常困難的， 也沒有必要。所以酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器是將其電極在標(biāo)定溫度下得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)按能斯特公式換算到當(dāng)前溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而得到當(dāng)前溫度下的 pH 值。其中酸度計(jì)是用電位相對測量法來測定溶液 pH 值的，其理論依據(jù)來自于能斯特方程式：

通過對一臺 PHS-3C 型號酸度計(jì)在 25℃條件下使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校準(zhǔn)后，對同一溶液在不同溫度下的 pH 值進(jìn)行測量實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：


由此表可看出溫度補(bǔ)償器固定在 25℃條件下時(shí)（即不啟動(dòng)酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器時(shí)），測量溶液的 mv 值是不隨著溫度變化而變化的，酸度計(jì)測得的 pH 值也永遠(yuǎn)是標(biāo)定溫度下的 pH 值；當(dāng)酸度計(jì)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，測量溶液的 mv 值同樣是不隨著溫度變化而變化的，但是測得的 pH 值是隨溫度的改變而變化的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著溶液溫度的改變，由于溶液的 mV 值是不隨溫度的變化而變化的，所以被測溶液與標(biāo)定溶液間的電位差也是不發(fā)生變化的，隨著溫度的變化實(shí)際發(fā)生變化的是每 mV 值變化量對應(yīng)的 pH 值的變化量，通過公式（3）我們可以發(fā)現(xiàn)這就使得 K 值發(fā)生了變化，所以酸度計(jì)通過溫度補(bǔ)償調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù)K 來抵消溫度變化引起的電動(dòng)勢差的變化。因此，為了適應(yīng)各種溫度狀態(tài)下 pH 值的測量，酸度計(jì)中均設(shè)有溫度補(bǔ)償裝置。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用

電導(dǎo)率的大小與電解質(zhì)在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關(guān)系，而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關(guān)。溫度升高，溶液的電導(dǎo)率增加，反之，則電導(dǎo)率減小。溶液的電導(dǎo)率受溫度的影響較大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見下表。通過對一臺 DDS-307 型號電導(dǎo)率在溶液不同溫度下進(jìn)行溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：


由此表可以看出不進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同一溶液的電導(dǎo)率隨著溶液溫度的增加而不斷增大，使得測量結(jié)果沒有參考價(jià)值，所以電導(dǎo)率的測量結(jié)果一般均折算到參考溫度下（參考溫度：20℃或 25℃，使用 25℃時(shí)較多）。如果把電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器關(guān)掉，則需先測出溶液的溫度及該溫度下的電導(dǎo)率，再將測得的結(jié)果換算到參考溫度的電導(dǎo)率。公式如下：


通過式（4）可以看出當(dāng)電導(dǎo)率儀不啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，即溫度校正系數(shù)為0.00%時(shí)，測得的電導(dǎo)率為溶液實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率，需要人工換算成參考溫度下溶液的電導(dǎo)率值，否則測得值沒有參考價(jià)值。電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器的作用就是為了克服溫度的影響，將溶液在實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為參考溫度(一般為 25℃)下的電導(dǎo)率值，使得溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性，以滿足各行各業(yè)比對或控制指標(biāo)的需要。因此，市面上越來越多的電導(dǎo)率儀具有溫度補(bǔ)償功能，在檢定過程中，檢定規(guī)程規(guī)定增加這一檢定項(xiàng)目看來也是很有必要的。


二、酸度計(jì)與電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器使用過程中的注意事項(xiàng)


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器使用中的注意事項(xiàng)

由于酸度計(jì)測量過程中溶液的 mV 值是不隨溫度的變化而改變的，實(shí)際上起到作用的是通過調(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償器進(jìn)而調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù) K，進(jìn)而改變每 mV 變化量引起的 pH 的變化量，所以在使用酸度計(jì)時(shí)需要注意的是用于標(biāo)定儀器的標(biāo)準(zhǔn)參考溶液與被測溶液的溫度差。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器使用中的注意事項(xiàng)

通過公式（4）我們發(fā)現(xiàn)，在將電導(dǎo)率修正為參考溫度下電導(dǎo)率時(shí)，溫度校正系數(shù)β是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，且不同的溶液溫度校正系數(shù)也不同，所以在使用溫度校正系數(shù)不可調(diào)節(jié)的電導(dǎo)率儀時(shí)，溫度校正系數(shù)會引入測量誤差，所以在進(jìn)行準(zhǔn)確度要求較高的測量時(shí)，如果溫度校正系數(shù)不能調(diào)整為溶液實(shí)際的溫度校正系數(shù)，則應(yīng)該關(guān)閉電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償功能，通過準(zhǔn)確測量溶液溫度后根據(jù)公式（4）計(jì)算出參考溫度下的電導(dǎo)率值，或?qū)⒈粶y溶液的溫度嚴(yán)格控制在參考溫度條件下測量，進(jìn)而減小測量誤差。


三、儀器使用中溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法


1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法

先通過兩點(diǎn)標(biāo)定斜率，并測量第三種標(biāo)準(zhǔn)溶液示值誤差合格。然后用酸度計(jì)測量第三種標(biāo)準(zhǔn)溶液在打開溫度補(bǔ)償器時(shí)的 pH 值及其溫度，查找 JJG119-2018《酸度計(jì)檢定規(guī)程》,規(guī)程中表 A.2 顯示了標(biāo)準(zhǔn)溶液不同溫度下對應(yīng)的 pH 值，通過與測量的 pH 值進(jìn)行對比，測量結(jié)果的示值誤差應(yīng)小于儀器對應(yīng)等級的最大允許誤差，否則酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器功能可能出現(xiàn)異常，應(yīng)及時(shí)送檢。


2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法


結(jié)論

    

綜上所述，電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器，其作用就是為了克服溫度的影響，將溶液在實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為參考溫度(一般為 25℃)下的電導(dǎo)率值，使得溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性。而酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器，其作用是將電極在標(biāo)定溫度下得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)按能斯特公式換算到實(shí)際溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而得到實(shí)際溫度下的 pH 值。


由此可見兩種儀器的溫度補(bǔ)償作用是有所區(qū)別的，不能混淆，只有正確理解酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器對于儀器測量準(zhǔn)確度的意義和作用，才能促進(jìn)儀器的合理、正確使用，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)通過文中溫度補(bǔ)償器出現(xiàn)異常的快速判定方法，使用者就可以自己合理判定溫度補(bǔ)償功能是否正常工作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀器溫度補(bǔ)償器可能存在異常時(shí)，需及時(shí)到計(jì)量檢測機(jī)構(gòu)對儀器進(jìn)行檢定。