專利名稱:一種精確測量海水相對電導(dǎo)率及溶液絕對電導(dǎo)率的方法
本發(fā)明屬于海水電導(dǎo)鹽度計(jì)及溶液電導(dǎo)率儀的設(shè)計(jì)制造方法。
在作出本發(fā)明之前，英國國家海洋研究所的NIO鹽度計(jì)，其電導(dǎo)池需予先調(diào)節(jié)到常數(shù)相等，且儀器要在精密恒溫下使用。對于HD-2型海水電導(dǎo)鹽度計(jì)，雖使用電導(dǎo)池常數(shù)不等的雙電導(dǎo)池在非恒溫下測量，但由于使用電阻電橋，其受溫度影響及長期使用穩(wěn)定性不如比例分壓器，并且在低鹽度范圍測量精度降低，測量范圍也不如比例分壓器寬。
對于電解質(zhì)溶液電阻的精密測量，通常采用瓊斯(G.Jones)等設(shè)計(jì)的瓊斯電橋。它是一種等臂電橋，可直讀溶液電阻，但不能直讀溶液的絕對電導(dǎo)率，而且需在嚴(yán)格恒溫下測量。通常的各種電導(dǎo)率儀可直讀溶液電導(dǎo)率，但精度低(如國產(chǎn)DDS-11電導(dǎo)率儀，精度為10%)。
按本方法設(shè)計(jì)制造的海水電導(dǎo)鹽度計(jì)，測量海水鹽度范圍寬，其下限可達(dá)1PPm。即可檢測純水電導(dǎo)率，精度較高，穩(wěn)定性好，操作使用方便。電導(dǎo)率測量如果不包括溶液轉(zhuǎn)移誤差的話，儀器本身精度可達(dá)10-5，甚至更高。因此更適應(yīng)于高精度測量的科學(xué)研究。
用本方法設(shè)計(jì)的儀器，其測量電橋電路見附圖1，其中A與B為置于非恒溫水浴中的兩支電導(dǎo)池常數(shù)不等的雙極鍍鉑黑鉑片電極的電導(dǎo)池，與比例分壓器〔2〕組成電橋的四個(gè)橋臂。比例分壓器中間接地，分上、下兩部分。電橋信號經(jīng)放大檢波〔3〕由平衡指示器指示。電橋電源為音頻交流電源〔1〕，由分壓器輸入。比例分壓器上半部分稱為讀數(shù)單元，用u1表示，下半部分稱定位單元用u2表示，u1與u2其相位相反。
當(dāng)電導(dǎo)池A與B中盛海水時(shí)，設(shè)其海水溶液阻抗分別為ZA與ZB，調(diào)節(jié)比例分壓器u1單元或u2單元(它們皆為十進(jìn)位，有五檔或更多檔)，使平衡指示器(如μA表)指示最小值。由于電導(dǎo)池為U形，其極化電阻與電導(dǎo)池海水電阻相比可以忽略，其華伯格阻抗(Warburg impedance)很小，可以忽略。因此，兩個(gè)電導(dǎo)池中海水阻抗之比實(shí)際上可用其電阻之比來代替即(N1)/(N2) = (rA)/(rB) (1)其中N1，N2為u1及u2單元匝數(shù)由表盤可讀出。
現(xiàn)在先使兩只電導(dǎo)池注入相同的標(biāo)準(zhǔn)海水，標(biāo)準(zhǔn)海水的實(shí)用鹽標(biāo)相對電導(dǎo)率設(shè)為RtN，令兩只電導(dǎo)池常數(shù)分別為aA及aB，它與溶液電導(dǎo)率C及溶液電阻r或電導(dǎo)
L的關(guān)系為L＝ 1/(r) ＝ (c)/(a)兩只電導(dǎo)池同在一只小型非恒溫水浴或油浴中，其中有一小型電動(dòng)攪拌器。因此，兩只電導(dǎo)池隨時(shí)處于熱平衡狀態(tài)，有相同的溫度，其電導(dǎo)率相等，故有(N1)/(N2) = (aA)/(aB) (2)對于本方法設(shè)計(jì)的U型電導(dǎo)池，其電導(dǎo)池常數(shù)溫度系數(shù)很小，水浴溫度在室溫下波動(dòng)實(shí)際不會影響(2)式比值，在下面的推導(dǎo)中將應(yīng)用這一特性。
此時(shí)我們予置N1＝RtN，然后調(diào)節(jié)N2值，使平衡指示器值最小，該時(shí)(2)式仍成立，僅等式左邊分子分母數(shù)值變化，其比值不變(RtN)/(N2) = (aA)/(aB) (3)然后將電導(dǎo)池B中之標(biāo)準(zhǔn)海水排出，注入待測海水，設(shè)其電導(dǎo)率為Ct，在保持N2值不變的條件下，調(diào)節(jié)N1使電橋平衡，設(shè)平衡時(shí)N1之讀數(shù)為N11，根據(jù)平衡條件公式(2)有(N11)/(N2) = (aACt)/(aBCNt) (4)式中CNt是相應(yīng)于相對電導(dǎo)率為RtN之標(biāo)準(zhǔn)海水的絕對電導(dǎo)率。將(3)式代入(4)式中得N11=RtN(Ct)/(CNt) (5)根據(jù)1978年實(shí)用鹽標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)海水相對電導(dǎo)率為RtN= (CNt)/(C35t) (6)待測水樣的相對電導(dǎo)率為Rt= (Ct)/(C35t) (7)C35t為鹽度為35的標(biāo)準(zhǔn)海水在t℃時(shí)的電導(dǎo)率。(3)式÷(7)式得到(RtN)/(Rt) = (CNt)/(Ct) (8)再將(8)式代入(5)式中得N11＝Rt(9)可見此時(shí)讀數(shù)單元匝數(shù)N11等于待測海水樣品的相對電導(dǎo)率Rt，因此為直讀式儀表。根據(jù)Rt值，用通用的國際海洋學(xué)表查得相應(yīng)的海水實(shí)用鹽度值。
應(yīng)用上述方法實(shí)際上分為定位校準(zhǔn)和測量兩步進(jìn)行。
由該方法所設(shè)計(jì)的海水電導(dǎo)鹽度計(jì)是其實(shí)施例之一，其方框圖見附圖2，其中〔1〕為音頻振蕩電源，〔4〕為穩(wěn)壓電源，〔5〕為非恒溫小型水浴或油浴，〔6〕為驅(qū)動(dòng)電導(dǎo)池中樣品流動(dòng)的電動(dòng)攪拌器，〔7〕為攪拌器電源，〔8〕為選頻放大器，〔9〕為平衡信號檢測器。圖3為比例分壓器的結(jié)構(gòu)圖，其檔位可根據(jù)精度要求選擇。圖4為電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)圖，〔10〕為兩只鍍鉑黑鉑片電極，〔11〕為管中段φ2孔徑的毛細(xì)管，用以保證電導(dǎo)池盛海水時(shí)有足夠的電阻值。
本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例是測量一般電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率。其定位校準(zhǔn)步驟為用已知電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)氯化鉀溶液注入兩只電導(dǎo)池，調(diào)節(jié)讀數(shù)單元u1刻度值使其等于氯化鉀溶液在水浴溫度下的電導(dǎo)率值，然后通過調(diào)節(jié)定位單元u2刻度值，使平衡指示器值最小。測量時(shí)再將電導(dǎo)池B中之氯化鉀溶液排出，注入待測電解質(zhì)溶液，在保持定位單元u2刻度值不變條件下，調(diào)節(jié)讀數(shù)單元u1刻度值，使平衡指示器指示最小值，此時(shí)讀數(shù)單元u1刻度值即為待測電解質(zhì)溶液在水浴溫度下之電導(dǎo)率值。
若要測定確定溫度下電導(dǎo)率值，只需將水浴溫度控制在確定溫度之下測定即可。
實(shí)驗(yàn)證明，該方法應(yīng)用于雙電導(dǎo)池常數(shù)不等，且與比例分壓器組成電橋的直讀式儀表中，在非恒溫水浴的測量中，測量鹽度具有±0.003S準(zhǔn)確度，±0.001S精密度，鹽度范圍在0.1～42S之間，測電導(dǎo)率精度在10-4～10-5之間，性能穩(wěn)定。
權(quán)利要求
1.一種精確測量海水相對電導(dǎo)率及溶液絕對電導(dǎo)率的方法，其測量電路由音頻振蕩電源[1]，比例分壓器[2]，電導(dǎo)池A與B，選頻放大器與平衡信號檢測器[3]組成，其儀器方框圖由音頻振蕩電源[1]，穩(wěn)壓電源[4]，非恒溫小型水浴或油浴[5]，驅(qū)動(dòng)電導(dǎo)池中水樣流動(dòng)的電動(dòng)攪拌器[6]，攪拌器電源[7]，選頻放大器[8]和平衡信號檢測器[9]組成，比例分壓器可根據(jù)測量精度要求選用，電導(dǎo)池A與B皆由兩只鍍鉑黑鉑片電極[10]及管中段為φ2的毛細(xì)管[11]構(gòu)成，本發(fā)明的特征在于電導(dǎo)池A與B的電導(dǎo)池常數(shù)不等，且與比例分壓器組成電橋，為直讀式儀表；
2.按權(quán)利要求
1所述的精確測量海水相對電導(dǎo)率及溶液絕對電導(dǎo)率的方法，其特征在于可使用于非恒溫水浴或油浴的測量中。
專利摘要
本發(fā)明用于非恒溫條件下的精密測量，尤以低鹽度測量性能好為其優(yōu)點(diǎn)之一。測量過程校準(zhǔn)時(shí)，使其讀數(shù)單元刻度N
文檔編號G01N27/26GK85106569SQ85106569
公開日1987年3月18日 申請日期1985年8月29日
發(fā)明者陳國華, 吳葆仁 申請人:山東海洋學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan