電導(dǎo)率

中文名稱：電導(dǎo)率

英文名稱：conductivity;electric conductivity

定義1：

在介質(zhì)中該量與電場強度之積等于傳導(dǎo)電流密度。對于各向同性介質(zhì)，電導(dǎo)率是標量；對于各向異性介質(zhì)，電導(dǎo)率是張量。

應(yīng)用學(xué)科：

電力（一級學(xué)科）；通論（二級學(xué)科）

定義2：

邊長為1cm的立方體內(nèi)所包含溶液的電導(dǎo)。

應(yīng)用學(xué)科：

機械工程（一級學(xué)科）；分析儀器（二級學(xué)科）；電化學(xué)式分析儀器-電化學(xué)式分析儀器一般名詞（三級學(xué)科）

定義3：

以數(shù)字表示溶液傳導(dǎo)電流的能力。單位以每米毫西門子（mS/m）表示。

應(yīng)用學(xué)科：

生態(tài)學(xué)（一級學(xué)科）；水域生態(tài)學(xué)（二級學(xué)科）

以上內(nèi)容由全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定公布

百科名片

電導(dǎo)率

電導(dǎo)率，物理學(xué)概念，指在介質(zhì)中該量與電場強度之積等于傳導(dǎo)電流密度。對于各向同性介質(zhì)，電導(dǎo)率是標量；對于各向異性介質(zhì)，電導(dǎo)率是張量。生態(tài)學(xué)中，電導(dǎo)率是以數(shù)字表示的溶液傳導(dǎo)電流的能力。單位以每米毫西門子（mS/m）表示。

定義

　　（1）英文：conductivity （or specific conductance）

　　（2）定義：電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率，σ=1/ρ 。除非特別指明，電導(dǎo)率的測量是標準溫度（ 25 °C ）。 溫度

　　（3）單位：在單位制中，電導(dǎo)率的單位稱為西門子米（S/m），其它單位有：MS/m，S/cm，μS/cm。1MS/m=1000000S/m，1S/m=1000mS/m=1000000μS/m=10mS/cm=10000μS/cm。 /

　　（4）說明：電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強，反之越小。另外，不少人將電導(dǎo)跟電導(dǎo)率混淆：電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。

　　BEC-200A型中文在線電導(dǎo)率儀是全中文顯示、中文菜單式操作、全智能、多功能、測量性能高、環(huán)境適應(yīng)性強等特點。二次表配上常數(shù)為1.0或10的電極可測量一般液體的電導(dǎo)率；配上0.1或0.01的電極，能準確測量純水或超純水的電導(dǎo)率，特別適用于電廠鍋爐給水和蒸汽冷凝水等高純水電導(dǎo)率的在線連續(xù)監(jiān)測。

影響因素

　　（1）溫度：電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而降低。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內(nèi)，電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率，必須設(shè)定一個共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性，時?？梢员磉_為，電導(dǎo)率對上溫度線圖的斜率。

　　（2）摻雜程度：固態(tài)半導(dǎo)體的摻雜程度會造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜程度會造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低相依于其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度，或其它會分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標。水越純凈，電導(dǎo)率越低（電阻率越高）。水的電導(dǎo)率時常以電導(dǎo)系數(shù)來紀錄；電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。

　　（3）各向異性：有些物質(zhì)會有異向性 （anisotropic） 的電導(dǎo)率，必需用 3 X 3 矩陣來表達（使用數(shù)學(xué)術(shù)語，第二階張量，通常是對稱的）。

測量方法

　　電導(dǎo)率的測量通常是溶液的電導(dǎo)率測量。固體導(dǎo)體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測量。電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的測量一般采用交流信號作用于電導(dǎo)池的兩電極板，由測量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電極板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率σ。

　　電導(dǎo)率測量中zui早采用的是交流電橋法，它直接測量到的是電導(dǎo)值。zui常用的儀器設(shè)置有常數(shù)調(diào)節(jié)器、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)器和自動溫度補償器，在一次儀表部分由電導(dǎo)池和溫度傳感器組成，可以直接測量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。

性能特點

　　●全中文顯示,界面友好：所有的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和操作提示都是中文顯示,*沒有廠家自己定義的符號或代碼。

　　●簡單的菜單結(jié)構(gòu)，文本式的人表對話：使用起來更清晰、方便，按照屏幕上的提示就可操作。

　　●多參數(shù)同時顯示：同時顯示電導(dǎo)率、輸出電流、溫度、時間和狀態(tài)。

　　●（超）純水的自動補償：對于超純水,實現(xiàn)了顯示25℃時的電導(dǎo)率自動溫度補償。

　　●記事本功能：忠實記錄儀表的操作使用情況和報警的發(fā)生時間,便于管理。

　　●歷史曲線和數(shù)字記錄儀功能：二次表每隔5分鐘自動存儲一次測量數(shù)據(jù),可連續(xù)存儲一個月的電導(dǎo)率。

　　●數(shù)字時鐘功能：顯示當(dāng)前的時間,為數(shù)字記錄儀功能提供時間基準。

　　●背光功能：可在光線昏暗或*沒光亮的環(huán)境下使用，根據(jù)溫度變化，自動調(diào)節(jié)對比度到zui清晰。

　　●防程序飛死：看門狗程序確保儀表不會死機，這是在線式儀表的基本要求。

　　●輸出電流設(shè)置與檢查功能：手動電流源功能,可檢查和任意設(shè)定輸出電流值,方便檢測記錄儀和下位機。

　　●軟件設(shè)定電流輸出方式：軟件選擇是0～10mA或4～20mA輸出。

應(yīng)用領(lǐng)域

　　●電廠-水處理；

　　●水廠和污水廠-廢水處理；

　　●造紙-生產(chǎn)過程/廢水處理；

　　●化工煉油-生產(chǎn)過程/廢水處理；

　　●冶金和采礦-生產(chǎn)過程/廢水處理；

　　●食品和飲料-生產(chǎn)過程/廢水處理；

　　●醫(yī)藥行業(yè)-生物反應(yīng)和發(fā)酵/廢水處理；

　　●半導(dǎo)體-生產(chǎn)過程/廢水處理/高純水生產(chǎn)。

技術(shù)參數(shù)

電導(dǎo)率的測量原理

　　電導(dǎo)率的測量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板（或圓柱電極），放到被測溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢（為了避免溶液電解，通常為正弦波電壓，頻率～3kHz）。然后通過電導(dǎo)儀測量極板間電導(dǎo)。 1

　　電導(dǎo)率的測量需要兩方面信息。一個是溶液的電導(dǎo)G，另一個是溶液的幾何參數(shù)K。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測量得到。根據(jù)關(guān)系式S=K×G可以等到電導(dǎo)率的數(shù)值。這一測量原理在直接顯示測量儀表中得到廣泛應(yīng)用。

　　而K= L /A

　　A——測量電極的有效極板

　　L——兩極板的距離

　　這一值則被稱為電極常數(shù)。在電極間存在均勻電場的情況下，電極常數(shù)可以通過幾何尺寸算出。當(dāng)兩個面積為1cm的方形極板，之間相隔1cm組成電極時，此電極的常數(shù)K=1cm。如果用此對電極測得電導(dǎo)值G=1000μs，則被測溶液的電導(dǎo)率K=1000μs/ cm。

　　一般情況下，電極常形成部分非均勻電場。此時，電極常數(shù)必須用標準溶液進行確定。標準溶液一般都使用KCl溶液這是因為KCl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定，準確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時電導(dǎo)率為12.88ms/cm。

　　所謂非均勻電場（也稱作雜散場，漏泄場）沒有常數(shù)，而是與離子的種類和濃度有關(guān)。因此，一個純雜散場電極是zui復(fù)雜的電極，它通過一次校準不能滿足寬的測量范圍的需要。

電導(dǎo)電極的種類

　　電導(dǎo)電極一般分為二電極式和多電極式兩種類型。

　　二電極式電導(dǎo)電極是目前國內(nèi)使用zui多的電導(dǎo)電極類型，實驗式二電極式電導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)是將二片鉑片燒結(jié)在二平行玻璃片上，或圓形玻璃管的內(nèi)壁上，調(diào)節(jié)鉑片的面積和距離，就可以制成不同常數(shù)值的電導(dǎo)電極。通常有K=1.K=5.K=10等類型。而在線電導(dǎo)率儀上使用的二電極式電導(dǎo)電極常制成圓柱形對稱的電極。當(dāng)K=1時，常采用石墨，當(dāng)K=0.1.0.01時，材料可以是不銹鋼或鈦合金。

　　多電極式電導(dǎo)電極，一般在支持體上有幾個環(huán)狀的電極，通過環(huán)狀電極的串聯(lián)和并聯(lián)的不同組合，可以制成不同常數(shù)的電導(dǎo)電極。環(huán)狀電極的材料可以是石墨、不銹鋼、鈦合金和鉑金。

　　電導(dǎo)電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導(dǎo)電極的優(yōu)點是可以避免電極極化帶來的測量誤差，在國外的實驗式和在線式電導(dǎo)率儀上較多使用。電磁式電導(dǎo)電極的特點是適宜于測量高電導(dǎo)率的溶液，一般用于工業(yè)電導(dǎo)率儀中，或利用其測量原理制成單組分的濃度計，如鹽酸濃度計、硝酸濃度計等。

電導(dǎo)電極常數(shù)

　　根據(jù)公式K=S/G，電極常數(shù)K可以通過測量電導(dǎo)電極在一定濃度的KCL溶液中的電導(dǎo)G來求得，此時KCL溶液的電導(dǎo)率S是已知的。

　　由于測量溶液的濃度和溫度不同，以及測量儀器的精度和頻率也不同，電導(dǎo)電極常數(shù)K有時會出現(xiàn)較大的誤差，使用一段時間后，電極常數(shù)也可能會有變化，因此，新購的電導(dǎo)電極，以及使用一段時間后的電導(dǎo)電極，電極常數(shù)應(yīng)重新測量標定，電導(dǎo)電極常數(shù)測量時應(yīng)注意以下幾點：

　　1． 測量時應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀，不要采用其它型號的電導(dǎo)率儀。

　　2． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度，以接近實際被測溶液的溫度為好。

　　3． 測量電極常數(shù)的KCL溶液的濃度，以接近實際被測溶液的濃度為好。

電導(dǎo)率的溫度補償

　　電導(dǎo)率測量是與溫度相關(guān)的。溫度對電導(dǎo)率的影響程度依溶液的不同而不同，可以用下面的公式求得：

　　Gt = Gtcal{1 + α（T-Tcal）}

　　其中：

　　Gt = 某一溫度（°C）下的電導(dǎo)率

　　Gtcal = 標準溫度（°C）下的電導(dǎo)率

　　Tcal = 溫度修正值

　　α = 標準溫度（°C）下溶液的溫度系數(shù)。

　　下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值，只要測量某個溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率，并以溫度為縱軸繪出相應(yīng)的電導(dǎo)率的變化曲線，與標準溫度相對應(yīng)的曲線點為該溶液的α值。

　　市場上所銷售的所有電導(dǎo)儀都可以參照標準溫度（通常為25°C）進行調(diào)節(jié)的或自動溫度補償。大多數(shù)固定溫度補償?shù)碾妼?dǎo)儀的α調(diào)節(jié)為2%/°C（近似25°C時氯化鈉溶液的α）。可調(diào)節(jié)溫度補償?shù)碾妼?dǎo)儀可以把α調(diào)節(jié)到更加接近所測溶液的α。

中國的電導(dǎo)率基準

　　中國和不少國家的電導(dǎo)率基準是以相對測量法建立的，是一種國家副基準。

　　將一種純度優(yōu)于99.99%的高純度氯化鉀作為符合推薦的電導(dǎo)率基準物質(zhì)，由它所配制的基準溶液應(yīng)具有推薦電導(dǎo)率值。以25℃的溶液電導(dǎo)率為超始點，相應(yīng)地測出各個電導(dǎo)率常數(shù)，然后按下式求出其他溫度的電導(dǎo)率常數(shù)K

　　K=K0（1-at）

　　式中，K0為0℃下電導(dǎo)池常數(shù)；a為制作電導(dǎo)池所用玻璃線性膨脹系數(shù)；t為溶液溫度，單位℃。

　　上式為近似推導(dǎo)結(jié)果，與考慮復(fù)雜情況時zui多不會超過正負1xl0^（-5）的差別。再根據(jù)不同溫度下各溶液在相應(yīng)電導(dǎo)池上所實測到的電阻值，相應(yīng)地計算出各溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率。因為電導(dǎo)池常數(shù)相對變化的溫度系數(shù)為-8.49x10^（-6）℃-1，而KCl溶液電導(dǎo)率的溫度系數(shù)大約為+2x10^（-2）℃-1。因此，假如1D、0.1D和0.01D溶液在18℃和20℃下所測得的電導(dǎo)率與推薦值—致，則可以認為這樣的相對測量方法是可靠的，這在以后的樣品比較中得到了驗證。其中20℃的推薦值是1972年和1976年IUPAC推薦值。