NOV 2016
卷50
下载 PDF
简介
随着水质监测变得日益重要,人们开发了多种相关传感器和信号 调理电路。水质的测量指标包括细菌数、pH值、化学成分、浊度 和电导率。所有水溶液都在一定程度上导电。向纯水中添加电解 质,例如盐、酸或碱,可以提高电导率并降低电阻率。本文重点 讨论电导率测量。
纯水中不包含大量电解质,当样本处于一定的电压下时,只能传 导很小的电流 — 因此它的电导率很低。相反,如果样本中存在大 量电解质,将会传导更多电流 — 它的电导率更高。
我们更多从电阻而不是电导的角度来看待导电能力,但两者互 为倒数。材料或液体的电阻率ρ定义为:当立方体形状的材料相 对面完全导电接触时,该材料的电阻。其他形状材料的电阻R可 按以下方式计算:
其中:
L是接触面间距。
A是接触面积。
电阻率的测量单位为Ω cm。当接触1 cm×1 cm×1 cm立方体的相 对面时,1Ω cm材料的电阻为1Ω。
电导是电阻的倒数,电导率是电阻率的倒数。电导的测量单位为 西门子(S),电导率的测量单位为S/cm、mS/cm或μS/cm。
在本文中,Y为电导率的通用符号,测量单位为S/cm、mS/cm或μS/cm。但在很多情况下,为方便起见,我们会省略距离项,电 导率仅表示为S、mS或μS。
使用电导池测量电导率
电导率测量电路通过连接到沉浸在溶液中的传感器(称为电导 池)来测量电导率,如图1所示。
图1. 电导池与电导率测量电路的连接(EVAL-CN0359-EB1Z)。
测量电路对传感器施加交流电压,并测量产生的电流大小,电流与 电导率相关。由于电导率具有很大温度系数(最高达到4%/°C), 因此电路中集成了必需的温度传感器,用于将读数调整为标准温 度,通常为25°C (77°F)。对溶液进行测量时,必须考虑水本身的电 导率的温度系数。为了精确地补偿温度,必须使用额外的温度传 感器和补偿网络。
接触型传感器通常包括相互绝缘的两个电极。电极通常为316型不 锈钢、钛钯合金或石墨,具有特定的大小和间距,以提供已知的 电极常数。从理论上说,1.0/cm的电极常数表示两个电极,每个电 极面积为1 cm2,间距为1 cm。对于特定的工作范围,电极常数必 须与测量系统相匹配。例如,如果在电