基于在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準(zhǔn)裝置研制探討＊

郭知明，孫銀合，常子棟，王志鵬，李紅亮

基于在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準(zhǔn)裝置研制探討＊

郭知明，孫銀合，常子棟，王志鵬，李紅亮

（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院，天津 300192）

在線水質(zhì)監(jiān)測儀是一種能對純水和一般水溶液的電導(dǎo)率值進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測的儀器，其設(shè)計(jì)形式和工作方式與實(shí)驗(yàn)室用的電導(dǎo)率測量儀存在較大差異，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準(zhǔn)裝置無法實(shí)現(xiàn)對在線電導(dǎo)率監(jiān)測儀、水質(zhì)分析儀（電導(dǎo)測量部分）、在線電阻率儀的有效溯源工作。從在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率儀工作原理、其校準(zhǔn)裝置的研制目的意義、國內(nèi)外研究狀況、在研究過程中解決的自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}、關(guān)鍵技術(shù)問題的解決和創(chuàng)新點(diǎn)等進(jìn)行分析探討，著重解決企業(yè)客戶校準(zhǔn)溯源的迫切需求，實(shí)現(xiàn)該類型儀器的有效溯源。

在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準(zhǔn)裝置；自動(dòng)溫度補(bǔ)償；電導(dǎo)率；創(chuàng)新點(diǎn)

1 校準(zhǔn)裝置的研制目的和意義

在線水質(zhì)監(jiān)測儀是指能對純水和一般水溶液的電導(dǎo)率值進(jìn)行長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測的儀器，與實(shí)驗(yàn)室用的電導(dǎo)率儀的設(shè)計(jì)差別較大，目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室電導(dǎo)率儀校準(zhǔn)裝置無法對在線水質(zhì)監(jiān)測電導(dǎo)率儀、水質(zhì)分析儀、在線電阻率儀等進(jìn)行有效溯源，需要研制開發(fā)相應(yīng)的新型校準(zhǔn)裝置。

目前，涉及水處理及水檢測領(lǐng)域的企事業(yè)單位，如制藥企業(yè)、醫(yī)院、環(huán)境保護(hù)檢測站、污水處理廠、發(fā)電廠、水利環(huán)境檢測部門、海洋環(huán)境檢測部門，均有大量在線水質(zhì)監(jiān)測儀、在線電導(dǎo)/電阻率儀、水質(zhì)分析儀（電導(dǎo)測量部分）。在制藥領(lǐng)域，原水經(jīng)過水處理系統(tǒng)后，成為制藥用水。在生產(chǎn)工藝流程中，電導(dǎo)率是一項(xiàng)極其重要的理化指標(biāo)，由在線電導(dǎo)率儀進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測。電導(dǎo)率符合要求的水，即電導(dǎo)率低于某一個(gè)值時(shí)，被注入一級中間水箱，其余的被排放掉，如電導(dǎo)率值測量出現(xiàn)偏差，將會(huì)造成水源的浪費(fèi)。

2 國內(nèi)外的研究概況

近年來，因理化在線分析儀器具有的實(shí)時(shí)監(jiān)測、遠(yuǎn)程讀取、遠(yuǎn)程控制等諸多優(yōu)勢，該類儀器得到了迅速發(fā)展，尤其是水質(zhì)在線分析儀，在環(huán)保領(lǐng)域發(fā)揮了很大作用。但是因在線儀器與實(shí)驗(yàn)室儀器的顯著差異，在線儀器的溯源問題一直存在滯后問題。

2012年山東省計(jì)量院受國家局委托，研制了在線pH計(jì)的校準(zhǔn)裝置，獲得了一系列的科技獎(jiǎng)項(xiàng)，發(fā)表論文專利數(shù)篇，并且開展了在線pH的校準(zhǔn)工作。在線電導(dǎo)/電阻率儀應(yīng)用同樣廣泛，預(yù)計(jì)會(huì)有更好的前景，如前文分析，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)十分可觀。

JJG 376—2007《電導(dǎo)率儀檢定規(guī)程》闡述的檢定方法適用一般實(shí)驗(yàn)室用的電導(dǎo)率儀，而無法完全適用于在線電導(dǎo)率儀的檢定要求，對在線電阻率儀更不適合。目前還沒有完整的針對在線水質(zhì)監(jiān)測儀的校準(zhǔn)裝置，本文在實(shí)驗(yàn)室電導(dǎo)率檢定裝置的基礎(chǔ)上，研制組裝適合在線水質(zhì)監(jiān)測儀的校準(zhǔn)裝置，以滿足該領(lǐng)域的計(jì)量溯源需求。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在線水質(zhì)監(jiān)測儀種類繁多，上海誠磁儀表廠生產(chǎn)的CM-230型在線電導(dǎo)率儀、河北科瑞達(dá)儀器科技股份有限公司的CT系列、大連華城電子有限公司生產(chǎn)的DDG-9580B 型電導(dǎo)率儀、貝爾分析儀器（大連）有限公司生產(chǎn)的BEC-200在線電導(dǎo)率儀、HACH公司的水質(zhì)綜合分析儀、其他廠家的在線電導(dǎo)/電阻率儀，這些儀器有許多共同之處，又各有不同。

3 解決自動(dòng)溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}

在線水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)計(jì)上與實(shí)驗(yàn)室用電導(dǎo)率儀的最大區(qū)別是增加了自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能。作為補(bǔ)償元件的標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值是校準(zhǔn)在線電導(dǎo)率儀的關(guān)鍵。由于不同類型的在線電導(dǎo)率儀不同廠家的設(shè)計(jì)理念不盡相同，因此為選擇補(bǔ)償元件的標(biāo)準(zhǔn)電阻值帶來一定的難度。一般這個(gè)電阻值可以閱讀儀器的用戶使用手冊或儀器線路板上的標(biāo)注，如CM系列、DGZ系列的在線電導(dǎo)率儀的補(bǔ)償元件的阻值都為10 kΩ。但是，有些儀器查找不到該補(bǔ)償元件的電阻值，此時(shí)，可以通過斷開電極與在線電導(dǎo)率儀的連接，將電極感應(yīng)頭插入精密恒溫水浴箱中，將水溫控制在25 ℃。同時(shí)，把兩條溫度補(bǔ)償端即NET（G）與T（R）接置于電阻測量方式的萬用表，萬用表測量出的阻值便是校準(zhǔn)在線電導(dǎo)率儀時(shí)所要接入的模擬25 ℃的基準(zhǔn)條件的補(bǔ)償元件電阻值。

電解液與其他導(dǎo)體一樣，它的導(dǎo)電能力隨著溫度的變化而改變。在溶液濃度不變的前提下，其電阻隨溫度的升高而減小，因此，它的電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加。溫度每增加1 ℃時(shí)，其電導(dǎo)率的相對增量稱為溫度系數(shù)。不同的溶液或者不同濃度的同一種溶液，其溫度系數(shù)是不相同的。習(xí)慣上為了便于比較，人們常常用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ瑢㈦娊庖旱碾妼?dǎo)率值轉(zhuǎn)換成25 ℃時(shí)的電導(dǎo)率值，這樣，就能更客觀地評價(jià)溶液的電導(dǎo)率指標(biāo)。換句話說，就是將在一定溫度范圍內(nèi)變化的溶液的電導(dǎo)率值，統(tǒng)一在25 ℃的基準(zhǔn)條件下進(jìn)行顯示和比較，以便對溶液的電導(dǎo)率值進(jìn)行監(jiān)控。

4 裝置研制創(chuàng)新點(diǎn)

在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準(zhǔn)裝置研制的創(chuàng)新點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)。

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)一

一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準(zhǔn)裝置，其特征在于：包括1個(gè)用于容置校驗(yàn)液的容置盒，所述容置盒內(nèi)部中空；1個(gè)與外部環(huán)境隔離的密封腔，該密封腔的兩側(cè)分別有進(jìn)液口和出液口；所述容置盒的頂部安裝有1個(gè)電導(dǎo)率測量探頭，該電導(dǎo)率測量探頭伸入密封腔內(nèi)；位于電導(dǎo)率探頭旁側(cè)的容置盒頂部安裝有1個(gè)溫度傳感器，該溫度傳感器的檢測端位于密封腔內(nèi)用于檢測校驗(yàn)液的溫度；所述電導(dǎo)率測量探頭和溫度傳感器均與1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率測量裝置相連接，該標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率測量裝置可對電導(dǎo)率測量探頭和溫度傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行處理。

4.2 創(chuàng)新點(diǎn)二

根據(jù)4.1所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)率測量裝置包括電導(dǎo)率測量模塊、溫度校正模塊、中央處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述電導(dǎo)率測量模塊與電導(dǎo)率測量探頭相連接，所述溫度校正模塊與溫度傳感器相連接，該電導(dǎo)率測量模塊和溫度校正模塊的信號(hào)輸出端與中央處理模塊相連接，該中央處理模塊的信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，所述數(shù)據(jù)傳輸模塊用于與外部控制儲(chǔ)存裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 創(chuàng)新點(diǎn)三

根據(jù)4.2所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述容置盒一側(cè)下端制出所述進(jìn)液口，該容置盒另一側(cè)上端制出所述出液口，所述容置盒的密封腔中部安裝有1個(gè)攪拌裝置。

4.4 創(chuàng)新點(diǎn)四

根據(jù)4.2所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準(zhǔn)裝置，其特征在于：所述容置盒頂部中部制出一通孔，該通孔內(nèi)用于穿裝所述電導(dǎo)率測量探頭，所述電導(dǎo)率測量探頭的外緣與通孔內(nèi)緣之間嵌裝有密封圈。

通過對校準(zhǔn)裝置的前期調(diào)研，研制出了可以實(shí)現(xiàn)在線電導(dǎo)率、在線電阻率儀的校準(zhǔn)裝置和方法，實(shí)驗(yàn)證明是可行的，可以實(shí)現(xiàn)對在線電導(dǎo)率監(jiān)測儀、水質(zhì)分析儀（電導(dǎo)測量部分）、在線電阻率儀的有效溯源工作。

［1］江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，中國計(jì)量科學(xué)研究院，北京理工大學(xué)，等.JJF 1059.1—2012 測量不確定度評定與表示［S］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.

［2］許曉文，楊萬龍，沈含熙.定量化學(xué)分析［M］.天津：南開大學(xué)出版社，1996.

［3］王秋長，趙鴻喜，張守民，等.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［4］艾明澤，肖哲.化學(xué)計(jì)量［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2007.

TH832

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.049

2095－6835（2020）01－0124－02

天津市市場監(jiān)督管理委員會(huì)科技計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2016-ZX-003）

郭知明，高級工程師，主要從事化學(xué)計(jì)量學(xué)研究。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕