电极常数定期标定的重要性

电导率仪检定规程中电极常数定义为两个电极之间的有效距离与有效面积之比, 它是几何尺寸的物理量, 电极的有效几何尺寸难以直接测量, 一般通过测量已知电导率标准溶液的电导, 电导率与电导的比值得出电极常数。电极受外部和内部影响, 外形尺寸和结构经常发生变化, 电极常数也随之改变, 发生变化的电极常数必须对其修正才能保证电导率仪测量的准确。

严格意义上, 世界上不存在物理外形和尺寸完全一样的两个电极, 任何一个电极都有其相应的独一无二的电极常数。传统的平板电极结构单一、准确度低、制作工艺简单, 二片铂片烧结在两平行玻璃片上, 调节铂片的面积和距离, 就可以制造出不同常数值的电导电极。同芯同轴电极结构较为复杂, 制作工艺高, 准确度非常高, 内电极外径和长度、外电极内径和长度决定了电极常数。平板电极常数多为1cm、5cm、10cm, 同轴电极多为0.1cm、0.05cm、0.01cm。平板电极制造材料多为玻璃和铂片, 这些材料的属性和制造工艺决定了电极常数准确度不高, 稳定性差。同轴电极为圆柱形对称电极, 内电极为圆柱形, 外电极为圆环形, 采用良好的导电性能材料。制造电极常数为0.01cm的同轴电极, 内电极外径和长度、外电极内径和长度、流通孔的孔长, 机械加工准确度必须控制在±0.0001mm之内, 这样才能保证它的准确性。同轴电极由于稳定性高, 多在在线电导率仪上使用。根据使用环境, 电极材质可以选用不锈钢、石墨、钛合金。导电材料和封装的壳体在使用时, 温度变化不允许引起收缩膨胀, 壳体与导电材料有着非常接近的膨胀系数。绝缘材料具有高粘合性、收缩率低、抗腐蚀性好、绝缘性优良、尺寸稳定、吸水率低等特点。这样才能防止一些细微变化引起电极常数的变化。电极材料具有机械强度高、刚性大、硬度高、耐磨好、抗蠕变性能好、抗冲击强度高, 有非常好的尺寸稳定性, 耐化学腐蚀性。比如以石墨为材料制造的电极, 具有非常好的热稳定性, 在温度骤变的情况下, 体积变化小, 不会产生裂纹、破损, 不易被强酸、强碱及有机溶剂侵蚀, 同时, 石墨的导热和导电性都接近于金属, 可塑性强、易加工, 价格便宜, 是制作电导电极的极好材料。电极的磨损、变形、腐蚀、裂纹、破损、热胀冷缩、绝缘性能下降等这些都影响着电极性能, 导致电极常数的变化。

使用时, 根据被测溶液的浓度和性质选择适宜常数的电极。低离子浓度溶液选择亮铂电极 (平板电极) 、不锈钢电极、钛金属电极, 电极常数为1.0cm、0.1cm、0.05cm, 常用于工业用水、纯净水和超纯净水测量。高离子浓度溶液选用镀黑的铂片电极 (平板电极) 、不锈钢电极、铂钛电极, 带有强腐蚀性的溶液选用石墨电极, 电极常数为1.0cm、5cm、10cm、20cm, 常用于污水或浓缩液的测量。选择适宜电极常数的电极测量是保持电极常数的恒定最有效的方法。电极在交替测量多种不同性质的溶液;测量含有胶体的黏稠溶液;测量强腐蚀性的溶液;在污浊溶液的浸泡;或者是长时间工作测量后, 电极表面容易生成一层保护膜, 引起电极惰性和钝化。再次工作时, 电极表面有效面积发生改变, 表面不能和溶液进行有效的离子交换, 导致电极常数发生变化。使用后对电极表面应进行很好的清洗, 防止老化, 也是防止常数值的偏离。受强腐蚀的溶液长期侵蚀后, 表面会出现蚀痕, 也直接改变着电极常数。电极表面的变化是直接影响电极常数偏离的原因。使用中电极绝缘体绝缘性能发生变化, 绝缘体不能很好进行绝缘, 绝缘体在溶液中也变成了一个弱电解质, 间接改变了电极常数。电极导线的老化、破损、漏电, 给测量回路带来变化的线阻和线容, 改变了电导率仪标定时的电极常数所匹配溶液回路的电阻, 以及使用的导线更改, 缩短和加长, 电极的插头、插座、接线端子受潮, 也都会因此间接改变电极的常数。不同型号的电导率仪对应的电极是不同的, 不同常数的电极测量获得匹配溶液等效电阻和响应度是不同的, 等效电阻的变化也间接改变着电极常数的变化。电导率仪和电极一定是配套使用的, 任何一方的更换都需要双方互相确认。

电极在使用前, 厂家都已经标出电极常数。电极常数的标定采用标准溶液法或标准电极法。不同常数的电极常数, 选择方法不同。对于电极常数不小于0.1cm的电极, 采用标准溶液法或标准电极法, 小于0.1cm的电极, 应采用标准电极法。溶液电导率的测量用交流电信号作用于电导池的两电极, 一个均匀的溶液电场测量可以得到一个稳定的电极常数, 但实际上电导池附近形成的都是非均匀电场 (杂散场和漏泄场) , 而且各种溶液的离子种类和浓度是不同的, 表现的电离程度也是不同的。通过简单标定的电极常数不能满足较宽范围的电导率的测量。被测溶液应尽量接近所标定时使用标准溶液的电导率值, 这样才能保证电导率仪正确和准确使用。