文献综述
我国是一个人口大国，人均淡水资源严重不足，随着经济的迅速发展和人口数量的增加，我国用水量逐年加大，同时水资源受到破坏、受污染的水资源治理缓慢。我国又是一个农业大国，水资源是农业的命脉，农作物的产量对水资源的依赖性很大。使用受污染的水作为农业灌溉用水，会导致农作物生产的粮食、蔬菜等含有多种有毒物质，食用后会危及身体健康；在水资源逐渐短缺和被污染的情况下，可使用的农业灌溉用水越来越少，这导致我国农业将面临很严重的水资源短缺问题。水资源问题已经影响到人类及其子孙的正常生活，因此对水资源进行监测、保护和治理成了我国迫切需要解决的一个重中之重的课题。
电导率在水质检测中起到重要的参考作用，通常电导率测量方法采用电磁式电导率法、电极式电导率测量法和超声波电导率测量法，但是由于电磁式测量法测量范围狭窄，仅限于高电导率溶液测量，超声波电导率测量法很少被使用，电导率的测量以电极式测量法最为普遍。电极式电导率测量方法根据电解导电原理，采用电阻测量法间接测量电导率，电导池在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统，测量结果主要受三个方面因素影响：
（1）极化效应：极化效应包括化学极化和浓差极化。电解过程中，电极与溶液构成一个与外电势极性相反的电势，从而使溶液等效电阻增加，产生化学极化效应。同时电极接触处溶液离子浓度降低，由于溶液电解产生离子速率达不到电子交换失去离子速率，因而电极与溶液的接触面之间离子浓度失衡，产生浓差极化效应。
- 电容效应：电容效应源于双电层电容和电极引线分布电容。使用交流源激励时，每个周期内电荷极性会发生一次变化，电极表面交替吸引正、负离子，离子在平衡位置处往复振动，部分电能消耗在这种离子往复振动的摩擦上。此时每个电极表面都可以看作有一个电容在起作用，该电容称为双电层电容。
- 温度：温度会直接影响到电解质的电离度、溶解度和离子浓度，对测量结果的影响最为严重，但补偿方法通常较为简单，容易实现。温度补偿的方法很多，如恒温法、手动补偿法和自动补偿法等。目前最为成熟方法的是测量电导率的同时测量溶液温度，进行查表补偿或公式补偿。
综上所述，水资源污染和短缺对我国造成的影响日益严重，尤其在农业方面，所以必须采取措施进行检测和治理。在水质检测和治理中，电导率作为判别水质的重要参数，其在测量过程中，测量结果会受到多种因素影响，如何在野外水质调查中获得高精度的电导率测量结果，是本文研究的课题需要解决的重要问题。
电导率是表征地下水质量的重要参数，是水文地质调查中需要获取的一项重要参数。本文研究的电导率快速检测仪器主要应用于水文地质调查项目中对地下水的普查，为水质多参数快速检测设备的一部分，依托中国地质调查项目完成。国外在电导率测量方面的研究已经有了很长的发展历史，其市面上某些电导率测量仪的测量精度已经可以高达plusmn;0.5%，近些年来，国内有关电导率测量方面的研究虽然也取得了一定的成果，但当前应用于野外现场的电导率检测仪主要以哈希等国外品牌为主，但国外品牌的仪器存在售价昂贵、维修不便、维修费用高等不便之处。而国内电导率仪主要以开展室内试验研究为主，相比较于国外仪器还存在测量精度相对较低、野外测量环境中适应能力差，主要表现为仪器的功耗较大、环境适应能力差、稳定性不高等缺点。
近年来，国内各大科研所和仪器厂也开始着手于有关电导率测量方面仪器的研发，国内在电导率测量仪研发方面比较著名的公司有上海的第二分析仪器厂、上海雷磁仪器厂、南京市分析仪器厂和厦门市分析仪器厂。上海精密科学仪器有限公司生产的DDS 系列电导仪已经为工业监测和生态保护的众多水质检测项目所使用。国内比较成熟的电导率仪产品 DDG‐5205 型工业电导率仪，它在一些工业流程领域如海水淡化、原水、蒸汽冷凝水、工业用水和生态湖泊等水溶液的电导率测量中有非常广泛的应用。这类电导率仪器内具有控制功能的单片机，可以对水溶液实现自动温度补偿，也可以自动量程切换，其测量精度约为plusmn;1％。但是这类仪器也存在一些明显的缺点：由于体积较大所以便携性不好，同时很多仪器不能把测量的结果数据传输至远程终端，而且价格昂贵。DDS‐11 型的电导率测量仪，国内一款性能很好的电导率仪产品，其与 DDG‐5205 型电导率测量仪相比而言，在体积上有所改进，但是价格依然相当昂贵。DD‐101 型电导变送器是南京分析仪器厂的一款产品，该仪器用于海水淡化领域，主要用来检测和分析海水淡化后的盐分含量，同时在电力电子、水产养殖和流程空中等部门也用于水溶液水质质量的检测。化工部自动化研究所曾经成功研制工业防爆电导测量仪 HZ‐3900 型，计量部门的审查测试证明了其测量的准确性，在扬子项目的现场应用中，测量得到仪器的各种性能数据接近实际数据，表明目前的技术性能已接近近期国外同类仪表的水准。
在电极式电导率测量法上，根据仪器采用的激励源划分，可以分为直流源测量法和交流源测量法，由于使用直流源引起的极化效应较大，所以一般采用交流激励源作为测量电路的激励源。根据仪器使用的电极数量划分，可以分为四电极测量法和两电极测量法，相比来说国内外电导率测量仪器使用两电极测量法的占大部分。电极测量法中的几个常用方法和其经典应用实例的简单介绍：
- 分压测量法，使用一个分压电阻与电导率传感器串联，在给电路施加一个激励源的情况下，测得分压电阻两端电压，进而就可以计算出溶液的电导，最后对电压模拟信号处理就得到了电导率值[8]。上海仪电科学仪器股份有限公司自主研发的 DDS-11A数字型电导率仪，采用的就是分压测量法，基本误差在plusmn;1.5%，测量范围为 0～2times;105micro;S/cm[37]。
- 运算器放大法，运算放大器在测量电路中一般作为反相比例放大器，反馈电阻为可调电阻，电导率传感器接入运算放大器的反相输入端，测量运放的输出端输出电压信号，根据运算放大器特性，就能计算出溶液的等效阻抗。采用此方法的有上海雷磁 DDG-5205A工业电导率仪，其根据测量电极的不同测量范围也不同，最高可测电导率值为 104micro;S/cm，测量精度为plusmn;2.0%。
- 电桥法，一般多采用平衡电桥法，电导率传感器作为一个电桥的一个桥臂，可调电阻作为电桥的另一个桥臂，其余两个桥臂为高精度电阻，通过平衡电桥的特性可以计算出溶液的阻抗，该方法准确度比较高，适合实验室内使用。南开大学的武丽艳在期刊《实验技术与管理》上发表过一篇名为《交流频率对交流电桥法测定电解质溶液电导率的影响》的文章，该文章提出常规交流电桥法采用的 1～4KHz 测试频率，可以较好地测定电解质溶液的真实电阻，并能有效地避免高频下电感造成的的影响。我国上海雷磁生产的27 型和D5906型电导率测量仪均采用了电桥法作为仪器电导率测量的原理。
- 变频法，一般通过 RC 电路的自持振荡，将电路的振荡频率和溶液的等效阻抗进行变换，就可以得到溶液的电导率。这种方法可以实现测量信号的远距离传输，而且结构简单，适合做成便携式电导率测量仪，缺点是电路中没有考虑电容效应的影响，精度相对不高。
- 双脉冲测量法，1970 年，D.E Johnson 等人最早提出了双脉冲电导率测量方法，并在配有相应接口电路的小型计算机上进行实验，获得了令人满意的效果。该方法采用的激励源可以产生两个幅值相同，极性相反的交变信号，能够克服双电层电容对测量结果的影响，同时还能大大减小极化效应。
资料编号：[76715]
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