[其他]一种精确测量海水相对电导率及溶液绝对电导率的方法

说明书

本发明属于海水电导盐度计及溶液电导率仪的设计制造方法。

在作出本发明之前，英国国家海洋研究所的NIO盐度计，其电导池需予先调节到常数相等，且仪器要在精密恒温下使用。对于HD-2型海水电导盐度计，虽使用电导池常数不等的双电导池在非恒温下测量，但由于使用电阻电桥，其受温度影响及长期使用稳定性不如比例分压器，并且在低盐度范围测量精度降低，测量范围也不如比例分压器宽。

对于电解质溶液电阻的精密测量，通常采用琼斯（G.Jones）等设计的琼斯电桥。它是一种等臂电桥，可直读溶液电阻，但不能直读溶液的绝对电导率，而且需在严格恒温下测量。通常的各种电导率仪可直读溶液电导率，但精度低（如国产DDS-11电导率仪，精度为10%）。

按本方法设计制造的海水电导盐度计，测量海水盐度范围宽，其下限可达1PPm。即可检测纯水电导率，精度较高，稳定性好，操作使用方便。电导率测量如果不包括溶液转移误差的话，仪器本身精度可达10^-5，甚至更高。因此更适应于高精度测量的科学研究。

用本方法设计的仪器，其测量电桥电路见附图1，其中A与B为置于非恒温水浴中的两支电导池常数不等的双极镀铂黑铂片电极的电导池，与比例分压器〔2〕组成电桥的四个桥臂。比例分压器中间接地，分上、下两部分。电桥信号经放大检波〔3〕由平衡指示器指示。电桥电源为音频交流电源〔1〕，由分压器输入。比例分压器上半部分称为读数单元，用u₁表示，下半部分称定位单元用u₂表示，u₁与u₂其相位相反。

当电导池A与B中盛海水时，设其海水溶液阻抗分别为Z_A与Z_B，调节比例分压器u₁单元或u₂单元（它们皆为十进位，有五档或更多档），使平衡指示器（如μA表）指示最小值。由于电导池为U形，其极化电阻与电导池海水电阻相比可以忽略，其华伯格阻抗（Warburg impedance）很小，可以忽略。因此，两个电导池中海水阻抗之比实际上可用其电阻之比来代替：

即

(N₁)/(N₂) = (r_A)/(r_B) （1）

其中N₁，N₂为u₁及u₂单元匝数由表盘可读出。

现在先使两只电导池注入相同的标准海水，标准海水的实用盐标相对电导率设为R_tN，令两只电导池常数分别为a_A及a_B，它与溶液电导率C及溶液电阻r或电导L的关系为：

L＝ 1/(r) ＝ (c)/(a)

两只电导池同在一只小型非恒温水浴或油浴中，其中有一小型电动搅拌器。因此，两只电导池随时处于热平衡状态，有相同的温度，其电导率相等，故有：

(N₁)/(N₂) = (a_A)/(a_B) （2）

对于本方法设计的U型电导池，其电导池常数温度系数很小，水浴温度在室温下波动实际不会影响（2）式比值，在下面的推导中将应用这一特性。

此时我们予置N₁＝R_tN，然后调节N₂值，使平衡指示器值最小，该时（2）式仍成立，仅等式左边分子分母数值变化，其比值不变：

(R_tN)/(N₂) = (a_A)/(a_B) （3）

然后将电导池B中之标准海水排出，注入待测海水，设其电导率为C_t，在保持N₂值不变的条件下，调节N₁使电桥平衡，设平衡时N₁之读数为N¹₁，根据平衡条件公式（2）有：

(N¹₁)/(N₂) = (a_AC_t)/(a_BC_Nt) （4）

式中C_Nt是相应于相对电导率为R_tN之标准海水的绝对电导率。将（3）式代入（4）式中得：