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酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用
酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀是廣泛應(yīng)用于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一種常用科學(xué)分析儀器。酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀的使用和檢定都離不開(kāi)各自使用的溶液，而溶液的 pH 值和電導(dǎo)率都與溫度密切相關(guān)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，pH 值和電導(dǎo)率會(huì)發(fā)生不同變化。在計(jì)量檢定過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)對(duì)兩種儀器溫度補(bǔ)償器的正確使用對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響，而且部分儀器使用者，因?qū)囟妊a(bǔ)償器的原理和兩者之間的區(qū)別理解不正確，使用不當(dāng)，造成測(cè)得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以正確理解溫度補(bǔ)償器的原理和區(qū)別是至關(guān)重要的。
一、酸度計(jì)和電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用
1、酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理和作用
在酸度計(jì)計(jì)量檢定和使用中，我們發(fā)現(xiàn) pH 值測(cè)量不準(zhǔn)確的原因主要是未能正確使用溫度補(bǔ)償器造成的。下面就介紹一下酸度計(jì)溫度補(bǔ)償器的原理、對(duì) pH示值的影響和產(chǎn)生問(wèn)題的原因。對(duì)于酸度計(jì)來(lái)說(shuō)，不同溶液的 pH 值的溫度系數(shù)差別很大， 要將不同溫度下的 pH 值折算到 25℃時(shí)的 pH 值是非常困難的， 也沒(méi)有必要。所以酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器是將其電極在標(biāo)定溫度下得到的轉(zhuǎn)換系數(shù)按能斯特公式換算到當(dāng)前溫度下的轉(zhuǎn)換系數(shù)，從而得到當(dāng)前溫度下的 pH 值。其中酸度計(jì)是用電位相對(duì)測(cè)量法來(lái)測(cè)定溶液 pH 值的，其理論依據(jù)來(lái)自于能斯特方程式：
通過(guò)對(duì)一臺(tái) PHS-3C 型號(hào)酸度計(jì)在 25℃條件下使用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校準(zhǔn)后，對(duì)同一溶液在不同溫度下的 pH 值進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：
由此表可看出溫度補(bǔ)償器固定在 25℃條件下時(shí)（即不啟動(dòng)酸度計(jì)的溫度補(bǔ)償器時(shí)），測(cè)量溶液的 mv 值是不隨著溫度變化而變化的，酸度計(jì)測(cè)得的 pH 值也永遠(yuǎn)是標(biāo)定溫度下的 pH 值；當(dāng)酸度計(jì)啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，測(cè)量溶液的 mv 值同樣是不隨著溫度變化而變化的，但是測(cè)得的 pH 值是隨溫度的改變而變化的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著溶液溫度的改變，由于溶液的 mV 值是不隨溫度的變化而變化的，所以被測(cè)溶液與標(biāo)定溶液間的電位差也是不發(fā)生變化的，隨著溫度的變化實(shí)際發(fā)生變化的是每 mV 值變化量對(duì)應(yīng)的 pH 值的變化量，通過(guò)公式（3）我們可以發(fā)現(xiàn)這就使得 K 值發(fā)生了變化，所以酸度計(jì)通過(guò)溫度補(bǔ)償調(diào)整轉(zhuǎn)換系數(shù)K 來(lái)抵消溫度變化引起的電動(dòng)勢(shì)差的變化。因此，為了適應(yīng)各種溫度狀態(tài)下 pH 值的測(cè)量，酸度計(jì)中均設(shè)有溫度補(bǔ)償裝置。
2、電導(dǎo)率儀溫度補(bǔ)償器的原理和作用
電導(dǎo)率的大小與電解質(zhì)在水中的離解度及離子的遷移速度有密切的關(guān)系，而離解度及遷移速度又與溶液的溫度有關(guān)。溫度升高，溶液的電導(dǎo)率增加，反之，則電導(dǎo)率減小。溶液的電導(dǎo)率受溫度的影響較大，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。通過(guò)對(duì)一臺(tái) DDS-307 型號(hào)電導(dǎo)率在溶液不同溫度下進(jìn)行溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)果如下：
由此表可以看出不進(jìn)行溫度補(bǔ)償，同一溶液的電導(dǎo)率隨著溶液溫度的增加而不斷增大，使得測(cè)量結(jié)果沒(méi)有參考價(jià)值，所以電導(dǎo)率的測(cè)量結(jié)果一般均折算到參考溫度下（參考溫度：20℃或 25℃，使用 25℃時(shí)較多）。如果把電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器關(guān)掉，則需先測(cè)出溶液的溫度及該溫度下的電導(dǎo)率，再將測(cè)得的結(jié)果換算到參考溫度的電導(dǎo)率。公式如下：
通過(guò)式（4）可以看出當(dāng)電導(dǎo)率儀不啟動(dòng)溫度補(bǔ)償器時(shí)，即溫度校正系數(shù)為0.00%時(shí)，測(cè)得的電導(dǎo)率為溶液實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率，需要人工換算成參考溫度下溶液的電導(dǎo)率值，否則測(cè)得值沒(méi)有參考價(jià)值。電導(dǎo)率儀的溫度補(bǔ)償器的作用就是為了克服溫度的影響，將溶液在實(shí)際溫度下的電導(dǎo)率值轉(zhuǎn)換為參考溫度(一般為 25℃)下的電導(dǎo)率值，使得溶液在不同溫度下的電導(dǎo)率具有可比性，以滿足各行各業(yè)比對(duì)或控制指標(biāo)的需要。因此，市面上越來(lái)越多的電導(dǎo)率儀具有溫度補(bǔ)償功能，在檢定過(guò)程中，檢定規(guī)程規(guī)定增加這一檢定項(xiàng)目看來(lái)也是很有必要的。
