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)率值進行長時間連續(xù)監(jiān)測的儀器，其設(shè)計形式和工作方式與實驗室用的電導(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)率校準裝置無法實現(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溫度補償?shù)膯栴}、關(guān)鍵技術(shù)問題的解決和創(chuàng)新點等進行分析探討，著重解決企業(yè)客戶校準溯源的迫切需求，實現(xiàn)該類型儀器的有效溯源。

在線水質(zhì)監(jiān)測儀電導(dǎo)率校準裝置；自動溫度補償；電導(dǎo)率；創(chuàng)新點

1 校準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)率值進行長時間連續(xù)監(jiān)測的儀器，與實驗室用的電導(dǎo)率儀的設(shè)計差別較大，目前現(xiàn)有的實驗室電導(dǎo)率儀校準裝置無法對在線水質(zhì)監(jiān)測電導(dǎo)率儀、水質(zhì)分析儀、在線電阻率儀等進行有效溯源，需要研制開發(fā)相應(yīng)的新型校準裝置。

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)率是一項極其重要的理化指標，由在線電導(dǎo)率儀進行實時動態(tài)檢測。電導(dǎo)率符合要求的水，即電導(dǎo)率低于某一個值時，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，將會造成水源的浪費。

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時監(jiān)測、遠程讀取、遠程控制等諸多優(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驗室儀器的顯著差異，在線儀器的溯源問題一直存在滯后問題。

2012年山東省計量院受國家局委托，研制了在線pH計的校準裝置，獲得了一系列的科技獎項，發(fā)表論文專利數(shù)篇，并且開展了在線pH的校準工作。在線電導(dǎo)/電阻率儀應(yīng)用同樣廣泛，預(yù)計會有更好的前景，如前文分析，社會效益和經(jīng)濟效益將會十分可觀。

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驗室用的電導(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)測儀的校準裝置，本文在實驗室電導(dǎo)率檢定裝置的基礎(chǔ)上，研制組裝適合在線水質(zhì)監(jiān)測儀的校準裝置，以滿足該領(lǐng)域的計量溯源需求。

據(jù)不完全統(tǒng)計，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 解決自動溫度補償?shù)膯栴}

在線水質(zhì)監(jiān)測儀設(shè)計上與實驗室用電導(dǎo)率儀的最大區(qū)別是增加了自動溫度補償功能。作為補償元件的標準電阻的阻值是校準在線電導(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)計理念不盡相同，因此為選擇補償元件的標準電阻值帶來一定的難度。一般這個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注，如CM系列、DGZ系列的在線電導(dǎo)率儀的補償元件的阻值都為10 kΩ。但是，有些儀器查找不到該補償元件的電阻值，此時，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，把兩條溫度補償端即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在線電導(dǎo)率儀時所要接入的模擬25 ℃的基準條件的補償元件電阻值。

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，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，人們常常用溫度補償?shù)姆椒?，將電解液的電?dǎo)率值轉(zhuǎn)換成25 ℃時的電導(dǎo)率值，這樣，就能更客觀地評價溶液的電導(dǎo)率指標。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 ℃的基準條件下進行顯示和比較，以便對溶液的電導(dǎo)率值進行監(jiān)控。

4 裝置研制創(chuàng)新點

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

4.1 創(chuàng)新點一

一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準裝置，其特征在于：包括1個用于容置校驗液的容置盒，所述容置盒內(nèi)部中空；1個與外部環(huán)境隔離的密封腔，該密封腔的兩側(cè)分別有進液口和出液口；所述容置盒的頂部安裝有1個電導(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)用于檢測校驗液的溫度；所述電導(dǎo)率測量探頭和溫度傳感器均與1個標準電導(dǎo)率測量裝置相連接，該標準電導(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進行處理。

4.2 創(chuàng)新點二

根據(jù)4.1所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準裝置，其特征在于：所述標準電導(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輸出端與中央處理模塊相連接，該中央處理模塊的信號輸出端與數(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存裝置進行數(shù)據(jù)傳輸。

4.3 創(chuàng)新點三

根據(jù)4.2所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準裝置，其特征在于：所述容置盒一側(cè)下端制出所述進液口，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個攪拌裝置。

4.4 創(chuàng)新點四

根據(jù)4.2所述的一種低量程純水電導(dǎo)率儀的校準裝置，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。

通過對校準裝置的前期調(diào)研，研制出了可以實現(xiàn)在線電導(dǎo)率、在線電阻率儀的校準裝置和方法，實驗證明是可行的，可以實現(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］江蘇省計量科學(xué)研究院，中國計量科學(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)實驗［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

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

TH832

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.049

2095－6835（2020）01－0124－02

天津市市場監(jiān)督管理委員會科技計劃項目（編號：2016-ZX-003）

郭知明，高級工程師，主要從事化學(xué)計量學(xué)研究。

〔編輯：嚴麗琴〕