自來水電阻率的測定

裘思遠

(浙江師范大學 浙江 金華 321004)

1 引言

在生產技術中，對液體電阻率的研究比較多，特別是純水的技術指標中，就有電阻率的相關規定．測試液體電阻率的儀器有：ZVR-3型液體介質電阻率測試儀，RM-220型電阻率儀等.雖然儀器型號很多，但其原理一般多為電橋法或伏安法．

本文以自來水為研究對象，用電橋法測定自來水的電阻率，得出它的溫度系數和不同離子對自來水電阻率的影響．

2 實驗

2.1 實驗的設計

(1)實驗器材的準備

銅片，刻度尺，電橋，開關，導線若干，鐵架臺，量筒(大號)，溫度計，燒杯，酒精燈，純凈水，MgCl2，NaCl，托盤天平.

(2)實驗的數據處理方法

(1)

圖1

2.2 自來水電阻率的測定

表1 水樣在不同體積下的電阻R

L/cm3.5904.2505.4406.5907.540R/kΩ2.3322.7633.3214.0324.632

圖2 利用matlab作圖得出水樣的“電阻-長度”曲線

由圖2可得：k=0.55.

根據(1)式可以求得

ρ=(308.99±20.61)Ω·m

標準不確定度為 μ=20.61

2.3 溫度系數的測定

當在不同的溫度條件下測電阻率時可在燒杯中放一定量的水，然后在下部用酒精燈加溫，上部的銅片開一個小孔，放入溫度計，可在不同的溫度條件下測量電阻率的變化情況，測得數據如表2．

表2 自來水的溫度與電阻率的數據

T/℃24.027.030.033.036.040.544.0ρ/(Ω·m)205.70189.26177.20169.89157.11142.86136.10

T/℃48.050.055.857.660.062.265.5ρ/(Ω·m)127.88126.05118.56116.92114.90113.09112.18

T/℃70.274.077.080.081.082.083.0ρ/(Ω·m)107.25105.06103.97103.24103.24103.42103.60

T/℃84.087.088.289.089.5ρ/(Ω·m)103.79109.99114.91117.83121.48

從2.1～89.5 ℃的溫度范圍內，自來水的電阻率ρ發生變化，畫出ρ-T圖線，如圖3所示.由圖像法確定溫度系數α，找出其關系，并表示成關系式.

圖3 利用matlab作圖樣品的“電阻率-溫度”曲線

由自來水的溫阻特性曲線可以得到在2.1～80.0 ℃時，其溫度系數是一個負值，可以利用負溫度系數熱敏材料(NTC)的特性[1]

(2)

式中RT為工作溫度時的電阻值；R0為初始溫度時的電阻值；B為材料特征常數，而電阻溫度系數α為

(3)

(4)

可見，α是溫度的函數．ρ值首先隨T的增加而非線形地降低.但到了80 ℃以后，ρ值隨T的升高而增大，這是因為水中氣泡的產生導致ρ的增大．

現行的各種標準對α系數的測試標準基本相同.把求取平均值的區間端點稱作b和p，這兩點的取法如下.

(5)

可以求得 α=0.017 8 ℃-1

這里的α其實是用b，p兩點連線的斜率來代替了某一處的斜率，是bp間各點α的平均[3].

3 結論

(1) 測量自來水的電阻率在102Ω·m的數量級，一般自來水廠給出的的電導率約為50～800μS/cm(S是西門子，電導單位)，換算成電阻率約為12.5～200Ω·m，與測量結果符合得較好．

(2)這個樣本自來水的電阻率隨溫度的變化是非線形的，作近似處理后可以得到溫度系數α 約為0.02 ℃-1，一般液體電阻率測量儀器的溫度補償，就是用具有這個溫度系數的NTC材料來補償.

參考文獻

1 張喜則,何青. 突變型PTC元件電阻溫度測試.電子元件與材料，1994(13)：27～30

2 余樹昌. 功率型NTC熱敏電阻器研究.傳感技術學報，1995(2)

3 王恩信,宋艷.NTC熱敏電阻的現狀與發展趨勢.電子元件與材料,1997(16)

4 王明華,徐端鈞. 普通化學.北京：高等教育出版社，2002.119～128