技術文章
TECHNICAL ARTICLES兩電極式電導率傳感器的電極常數(通常用符號 K 表示,單位為 cm?1)是衡量電極幾何特性的關鍵參數,直接影響電導率測量結果的準確性。其計算需結合電極的結構設計和實際校準,具體可分為理論計算和實際校準兩種方式:
一、理論計算公式
電極常數的核心是電極面積與電極間距的比值,公式為:K=AL
其中:
L:兩個電極之間的距離(單位:cm);
A:單個電極與溶液接觸的有效面積(單位:cm2)。
二、理論計算的關鍵細節
電極間距(L)
指兩個電極表面之間的最短垂直距離(如平行板電極的板間距、圓柱電極的軸心距),需精確測量(通常用顯微鏡或激光測距儀)。
若電極形狀不規則(如針狀、網狀),需通過幾何建模推算等效間距。
有效面積(A)
僅計算電極與溶液直接接觸的部分(非引線或絕緣部分),例如:
平板電極:面積 = 長度 × 寬度(忽略邊緣效應時);
圓柱電極:面積 = 圓周率 × 直徑 × 插入溶液的長度。
需扣除電極表面可能存在的絕緣涂層或縫隙,避免高估有效面積。
邊緣效應的影響
實際測量中,電極邊緣的電場分布不均勻(邊緣效應),會導致理論計算值與實際值存在偏差,因此理論值通常作為參考,需結合校準修正。
三、實際校準法(更常用,精度更高)
由于理論計算受邊緣效應、加工誤差等影響,實際應用中需通過標準溶液校準確定電極常數,步驟如下:
準備已知電導率的標準溶液
選用國家計量認證的標準溶液(如 0.01 mol/L KCl 溶液,25℃時電導率為 1413 μS/cm),根據傳感器測量范圍選擇合適濃度。
測量標準溶液的電導(G)
將傳感器浸入標準溶液,穩定后讀取儀器顯示的電導值(G,單位:S 或 μS)。
計算電極常數
利用電導率公式反推:K=Gσ標準
其中:
σ標準 為標準溶液的已知電導率(μS/cm 或 S/cm);
G 為傳感器測量的電導值(μS 或 S,注意單位統一)。
示例:若用 1413 μS/cm 的 KCl 溶液測得電導為 141.3 μS,則 K=1413/141.3=10cm?1。
四、電極常數的常見范圍
根據應用場景,電極常數通常分為以下幾類(通過設計 L 和 A 實現):
低常數(0.01~0.1 cm?1):適用于高電導率溶液(如濃鹽水、電解液);
中常數(0.5~1 cm?1):適用于中等電導率溶液(如自來水、地表水);
高常數(10~50 cm?1):適用于低電導率溶液(如純水、超純水)。
總結
電極常數的理論計算基于幾何參數(K=L/A),但實際中必須通過標準溶液校準才能獲得準確值。校準后的電極常數需定期驗證(如每 3~6 個月),尤其在電極污染、腐蝕或拆裝后,需重新校準以保證測量精度。