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两电极式电导率传感器的电极常数如何计算?

更新时间:2025-08-28点击次数:16

两电极式电导率传感器的电极常数(通常用符号 K 表示,单位为 cm?1)是衡量电极几何特性的关键参数,直接影响电导率测量结果的准确性。其计算需结合电极的结构设计和实际校准,具体可分为理论计算和实际校准两种方式:

一、理论计算公式

电极常数的核心是电极面积与电极间距的比值,公式为:K=AL
其中:

 

L:两个电极之间的距离(单位:cm);

A:单个电极与溶液接触的有效面积(单位:cm2)。

二、理论计算的关键细节

 

电极间距(L)

 

指两个电极表面之间的最短垂直距离(如平行板电极的板间距、圆柱电极的轴心距),需精确测量(通常用显微镜或激光测距仪)。

若电极形状不规则(如针状、网状),需通过几何建模推算等效间距。

 

有效面积(A)

 

仅计算电极与溶液直接接触的部分(非引线或绝缘部分),例如:

平板电极:面积 = 长度 × 宽度(忽略边缘效应时);

圆柱电极:面积 = 圆周率 × 直径 × 插入溶液的长度。

需扣除电极表面可能存在的绝缘涂层或缝隙,避免高估有效面积。

 

边缘效应的影响

 

实际测量中,电极边缘的电场分布不均匀(边缘效应),会导致理论计算值与实际值存在偏差,因此理论值通常作为参考,需结合校准修正。

三、实际校准法(更常用,精度更高)

由于理论计算受边缘效应、加工误差等影响,实际应用中需通过标准溶液校准确定电极常数,步骤如下:

 

 

准备已知电导率的标准溶液

 

选用国家计量认证的标准溶液(如 0.01 mol/L KCl 溶液,25℃时电导率为 1413 μS/cm),根据传感器测量范围选择合适浓度。

 

测量标准溶液的电导(G)

 

将传感器浸入标准溶液,稳定后读取仪器显示的电导值(G,单位:S 或 μS)。

 

计算电极常数

 

 

利用电导率公式反推:K=Gσ标准
其中:

 

σ标准 为标准溶液的已知电导率(μS/cm 或 S/cm);

G 为传感器测量的电导值(μS 或 S,注意单位统一)。

 

示例:若用 1413 μS/cm 的 KCl 溶液测得电导为 141.3 μS,则 K=1413/141.3=10cm?1。

 

四、电极常数的常见范围

根据应用场景,电极常数通常分为以下几类(通过设计 L 和 A 实现):

 

低常数(0.01~0.1 cm?1):适用于高电导率溶液(如浓盐水、电解液);

中常数(0.5~1 cm?1):适用于中等电导率溶液(如自来水、地表水);

高常数(10~50 cm?1):适用于低电导率溶液(如纯水、超纯水)。

总结

电极常数的理论计算基于几何参数(K=L/A),但实际中必须通过标准溶液校准才能获得准确值。校准后的电极常数需定期验证(如每 3~6 个月),尤其在电极污染、腐蚀或拆装后,需重新校准以保证测量精度。



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