主题：【原创】电导率概念及其测定原理

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发表于：2013/07/22 16:46:45 楼主管理分享倒序浏览只看楼主回复私聊

TDS,电导率,硬度,ppm单位概念定义
TDS用来衡量水中所有离子的总含量, 通常以ppm表示在纯水谁制造业，电导率也可用来间接表征TDS.
溶液的电导率等于溶液中各种离子电导率之和，比如：纯食盐溶液： Cond.=Cond(pure water) + Cond(NaCl) 或者 Cond.= 0.055 + Cond(NaCl)
电导率和TDS的关系并不呈线性，但在有限的浓度区段内，可用采用线性公式表示: 例如. 100uS/cm x 0.5 (as NaCl) = 50 ppm TDS（uS：微西门子）
从上面两个公式可以知道：纯水的电导率为：0.055uS (18.18兆欧) 食盐的TDS-电导率换算系数为0.5.
所以：经验公式是：将以微西门子为单位的电导率折半约等于TDS（ppm）有时TDS 也用其它盐类表示,如CaO3(系数则为0.66)
TDS与电导率的换算系数可以在0.4-1.0之间调节，以对应不同种类的电解质溶液。电导率是物体传导电流的能力。电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流。根据欧姆定律，电导率(G)－－电阻(R)的倒数，由导体本身决定的。
电导率的基本单位是西门子（S），原来被称为欧姆。因为电导池的几何形状影响电导率值，标准的测量中用单位电导率S/cm来表示，以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率（C）简单的说是所测电导率（G）与电导池常数(L/A)的乘积.这里的L为两块极板之间的液柱长度，A为极板的面积。

水的硬度
水的硬度是指水中钙、镁离子的浓度，硬度单位是ppm，1ppm代表水中碳酸钙含量1毫克/升（mg/L）。
水质硬度单位换算

硬度单位 ppm 德国硬度法国硬度

英国硬度 1ppm = 1.000ppm 0.0560 0.1 0.0702

1德国硬度= 17.847ppm 1 1.7847 1.2521

1法国硬度= 10.000ppm 0.5603 1 0.7015

1英国硬度= 14.286ppm 0.7987 1.4285

电导率是物质传送电流的能力，与电阻值相对，单位Siemens/cm (S/cm)，该单位的10-6以μS/cm表示，10-3时以mS/cm表示。

电导率与水的硬度
水溶液的电导率直接和溶解固体量浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大。电导率和溶解固体量浓度的关系近似表示为：1.4μS/cm=1ppm或2μS/cm=1ppm（每百万单位CaCO3）。利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值，如前述，为了近似换算方便，1μs/cm电导率 = 0.5ppm硬度
但是需要注意：（1）以电导率间接测算水的硬度，其理论误差约20-30ppm（2）溶液的电导率大小决定分子的运动，温度影响分子的运动，为了比较测量结果，测试温度一般定为20℃或25℃（3）采用试剂检测可以获取比较准确的水的硬度值。

软水与硬水
水分为软水、硬水，凡不含或含有少量钙、镁离子的水称为软水，反之称为硬水。水的硬度成份，如果是由碳酸氢钠或碳酸氢镁引起的，系暂时性硬水（煮沸暂时性硬水，分解的碳酸氢钠，生成的不溶性碳酸盐而沉淀，水由硬水变成软水）；如果是由含有钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的，系永久性硬水。依照水的总硬度值大致划分，总硬度0-30ppm称为软水，总硬度60ppm以上称为硬水，高品质的饮用水不超过25ppm，高品质的软水总硬度在10ppm以下。在天然水中，远离城市未受污染的雨水、雪水属于软水；泉水、溪水、江河水、水库水，多属于暂时性硬水，部分地下水属于高硬度水。
一百多年来，科学技术极大地推动近代工业、现代工业、当代工业高速发展，渐渐改善人类生活条件的同时，无处不在的化学技术、工业污染极大地破坏着地球环境的固有平衡，使水资源遭受着严重的污染，水，早已不在是几百年前大都可以直接饮用的水，而是含有许多悬浮物、胶体、以及钙、镁等有害重金属离子、病菌。由于家庭用水量的95％以上属非饮用性生活用水，因此，品质不良的水，不仅危害着人体健康，而且危害着涉水性日常生活、涉水性家庭器具。

电导率仪的测量原理和结构
根据欧姆定律，一个截面积为A，长度为L的导体，其纵向电阻为： R=ΡL/A9 V$ s/ Z3 ?1 S+ g: A
式中Ρ的导体的电导率，其大小与导体的性质、温度等有关。电导率（K值）是电阻率的倒数l/p。& f& E2 O7 [8 Y% d+ L( W

水溶液依靠其中带电离子的移动传导电流，因此水溶液的K值与其所含带电离子（杂质）折数量有关。在完全纯净的水中，只有极少量的带电离子，其K值约为5.6×10-2μS·cm-1，一般纯水（蒸馏水或取离子水）的中值要高1-2个数量级，维在0.5-10μS·cm-1范围，而含有较多杂质水体的K值可达数千μS·cm-1。
水溶液K值的测量需利用一对相互平行、具面积和间距已知的电极，一般称为电导测量电极，简称电导电极。当电导电极浸入溶液时，在两电极晨的水溶液构成传导电流的导体。设电极的有效截面积为A，间距为L，两电极间水溶液的电阻为R。根据K值的定义，溶液的K值可简单地由下式算出：2 D3 c- M" m8 p+ l4 j: _
=l/Ρ×(L/A)×l/R=Q/R _6 E+ w3 x: b! q3 M1 x$ ]

依据上述原理设计的测量仪器称为电导率仪。电导率仪主要由电导电极和电阻测量单元两部分组成。图9-1是电导率仪的电路原理图。% a9 Y* h' z1 a
3 g: j0 U: F/ v/ B: ^: J
图9-1的左半部分是由电导电极（Rx）、高频交流电源（O）和量程电阻（Rm）相互串联构成的测量回路，而右半部分则是由量程电阻（）、放大电路（Amp）和显示仪表（M）构成放大显示回路。电导电极的两个测量电极板平等地固定在一个玻璃杯内，以保持两电极间的距离和位置不变，这样，电极的有效截面积A及其间距L均为定值。根据式9-2可以准确得知Q值，Q称为电导电极的电极常数，测量过程中为了减少由于溶液内离子成分向电极表面聚集而形成的极化效应，测量电导池电阻时，往往使用高频交流电源。
当高频交流电源工作时，在电导电极和量程电阻两端分别产生电位差E和Em则Rx可由下式求出：( {1 V# K \6 L& D1 n6 _! W* H

Rx=E×Rm/ Em

Q、Rm/和E（实际上是由高频交流电源提供的E+ Em）均为已知常数。测量过程中溶液K值的变化（即Rx的变化）会引起电导率仪测量回路中Em的变化，该信号经放大电路放大、整流后，通过显示仪表显示出来，即实现了对溶液K值的测量。目前，市场上出售的各种电导率仪，尽管外观各异，测量原理基本上均如上述。

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