CNS 15111-2007 Methods of test for electrical conductivity and resistivity of water《水导电度及电阻率试验法》.pdf
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1、1 印月966月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 75.160.20 K6115015111 經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 966月23日 月日 (共11頁)水導電度及電阻率試驗法 Methods of test for electrical conductivity and resistivity of water 1. 適用範圍:本標準規定水之導電度及電阻率試驗法。包含下列兩種方法: A 法:現場或化驗室測定靜態 (非流動 )樣品,範圍 10 200,000 S/cm(第 11 節第17 節 )。 B 法:管線上連續測定,範圍 5 200
2、,000 S/cm(第 18 節第 22 節 )。 備考 1. 上列方法經測試適用於試藥級純水。本標準之使用者應自行確認應用於其他基質之適用性。 2. 當所測定之範圍低於本標準方法時,可參考適當之測試法。 3. 本標準可能涉及有危險性的材料,操作和設備,本標準要旨不在強調有關使用它時的所有安全問題。使用者應建立適用之安全衛生操作準則,並且在使用之前能決定規則範圍之應用性。對於特殊有害的聲明參閱各節備考。 2. 用語釋義 2.1 定義 2.1.1 導電度 (electrical conductivity):在某一溫度,一立方公分水溶液 其立方體相對兩面間之交流電阻 (單位:歐姆 )之倒數,稱為導
3、電度, K。導電度通常以 S/cm 或 S/cm 為單位,溫度一般指定為 25 。 備考: 導電度之單位為西門子 /公分 (siemens/cm)。兩測試電極間實際量測之電阻 Rx,以歐姆為單位。電導 (conductance), 1/Rx,與電極之截面積A(cm2)成正比,與電極之間距 L(cm)成反比: 1/Rx=KA/L。 2.1.2 電阻率 (electrical resistivity):在某一溫度,一立方公分 水溶液其立方體相對兩面間之交流電阻 (單位:歐姆 ), R。電阻率通常以歐姆 -公分 (ohm-cm)或百萬歐姆 -公分 (megohm-cm)單位,溫度一般指定為 25 。
4、 備考: 電阻率之單位為歐姆 -公分 (ohm-cm)。兩測試電極間實際量測之電阻Rx,與電極之截面積 A(cm2)成反比,與電極之間距 L(cm)成正比: Rx=RL/A。 2 CNS 15111, K 61150 表 1 氯化鉀參比溶液導電度設定值A參比 溶液 溶液之近似 當量濃度 配製方法 溫度 導電度 S/cm A 1 在 20 ,每 1 L溶液中於大氣秤入 KCl 74.2460 g 0 18 25 65176 97838 111342 B 0.1 在 20 ,每 1 L溶液中於大氣秤入 KCl 7.4365 g 0 18 25 7138 11167 12856 C 0.01 在 2
5、0 ,每 1 L溶液中於大氣秤入 KCl 0.7440 g 0 18 25 773.6 1220.5 1408.8 D 0.001 在 20 ,取 100 mL參比溶液 C稀釋至 1 L 0 18 25 77.69 B127.54B146.93 A 未包含配置溶液用水之導電度 (參閱第 6.2節及第 13節 )。導電度數值採國際單位,當儀器以絕對單位校正時,表中數值應乘以 0.999505。 B 資料來源參考 Glasstone, S., An Introduction to Electrochemistry, ASTM D. Van Nostrand, New York, 1942, pp.
6、 50, 56, 61。 3. 意義及應用 3.1 本標準可用於偵測雜質;某些情況下 可定量測定溶於水之離子成分,包含溶於自然水樣或處理水樣 (如鍋爐水、鍋爐給水、冷卻水及鹽水等 )之電解質。 3.1.1 雜質濃度範圍可由等同純水之微量等同凝結蒸汽或純鹽水之顯著含量。 3.1.2 如主要用於測定蒸汽純度。本標準亦可用於查核水質分析之正確性。 4. 干擾 4.1 當樣品暴露於大氣時,由於溶解氣體之增加或減少,可能導致導電度 /電阻率變動。此影響對於含低濃度離子之純水 尤其重要。空氣中一般存在之二氧化碳有可能急遽地增加純水之導電度達 1 S/cm。或可使用流動式或線上式測定槽,以避免與空氣接觸。亦
7、可使用純的惰性氣體如氮氣或氦氣封住樣品表面。 4.2 樣品中未溶解或緩慢沈澱之物質若被 覆在導電度測定槽之電極上,將導致錯誤之讀值。例如,電極之生物積污或沈 積形成之胺化物膜均可能引起電極之不良反應。通常利用適當之溶劑清洗可消除這些問題。 4.3 測定槽如未經電遮蔽,則當測定高電 阻率之純水時將聚集電荷,而導致錯誤讀值。因此建議進行本試驗之導電度測 定槽應以同軸式遮蔽或等同方式遮蔽,電纜及儀器亦應適當遮蔽。 5. 裝置 5.1 量測線路:儀器可採手動式惠斯頓電 橋或等同裝置、直讀式類比或數位儀錶。3 CNS 15111, K 61150 儀器應能使電導測定槽以交流電通電 ,且測定槽、電極接線等
8、之設計應能降低下列誤差來源: 5.1.1 在高導電度溶液時:電極表面過高之電流密度所引起之 未補償電極偏極化,將導致負向之導電度誤差。電極 /溶液界面間不足之串連電容會讓充電效應扭曲交流量測,如不補償, 會導致誤差。電極接線本身電阻亦有可能顯著增加量測電阻。 5.1.2 在低導電度溶液時:測定槽及電 極接線之過高並聯電容可能使量測分流,導致正向之導電度誤差。在 5 S/cm 以下,如未使用可變係數補償法,則溫度補償誤差可能顯著。 5.1.3 下面各項之適當組合可使上述之 誤差降至最低:交流驅動電壓、波形、頻率、相位校正、波形取樣技術及 溫度補償等。參照操作手冊,依量測範圍選擇適當之測定槽常數、
9、電極接 線大小、長度及維護電極表面。校正時可使用導電度或電阻率單位。 5.1.4 當需從線上儀器輸出信號時,信 號輸出線路應與測定槽之驅動線路在電路上隔離,以避免測定槽接地與外部信號接地互相影響。 5.2 測定槽 5.2.1 量測小於 10 S/cm 之導電度 (電阻率大於 100,000 ohm cm)時,為避免大氣污染,應使用流動式或線上偵測 式測定槽,這些測定槽也可用來量測導電度大於 10 S/cm 之樣品。其他情況則可使用吸管式 (pipet-type)或浸入式(dip-type)測定槽。如使用純的惰性氣體 (如氮氣或氦氣 )封住樣品表面,則吸管式或浸入式測定槽亦可用於導電度 1 10
10、 S/cm 之測定。 5.2.2 測定槽常數之選擇,應依導電度 量測範圍與操作手冊之建議搭配,以便能量得適當之電阻。對實驗室用之電橋,表 2 提供一般之指引。 5.2.3 流動式或線上偵測式測定槽之裝 設,應能讓樣品連續流過。流量需維持恆定。流量大 小應依測定槽及操作手冊指示設定,特別是當導電度小於 10 S/cm 時。當壓力、流量、溫度變動時,測定槽應維持在校正狀態。測定槽應能隔絕空氣,並以可防蝕性及 化學惰性材質製成。測定槽附有能精確量測溫度之裝置。 5.2.4 鍍鉑電極不可應用於 10 S/cm 以下導電度之量測,但含微量或瞬間塗布鉑黑之電極則可應用於 0.1 10 S/cm 之導電度範
11、圍。由於鉑電極之價格昂貴及易損壞性,通常當測定準確度要求在 1 %範圍時,使用鈦、蒙耐合金 (monel)或石墨電極。應注意,這些電極 可能需要特殊的表面處理。鈦及蒙耐合金(monel)電極特別適合高電阻溶液如超純水之應用,但可能引 入一小的介面電阻,因此當量測電阻為幾千歐姆時會限制其量測準確度。 5.2.5 建議量測 10 S/cm 以下導電度之測定槽,應限於此範圍量測之用。 5.3 溫度探針 5.3.1 溫度控制用:溫度量測為控制水 浴溫度、手動溫度補償、自動溫度補償或以上所有項目所需。溫度計、測 溫電阻器、電阻式溫度計等,其準確度如4 CNS 15111, K 61150 等於或優於 (
12、 0.1),則均合於本標準使用。推薦使用 CNS 14823石油類試驗用玻璃溫度計 編號 63C 之精密溫度計。溫度計應定期與能追溯至 NIST或等同標準之參比溫度計校正。 5.3.2 溫度校正用:當儀器未含手動或自動溫度補償時,準確度至 0.1 之溫度計適合此應用。 表 2 各種導電度範圍之建議測定槽常數 導電度範圍, S/cm 測定槽常數, cm-10.05 10 10 200 200 5000 5000 1000000 0.01 0.1 0.1 1 1 10 10 100 6. 試劑與材料 6.1 試劑之純度:除非另有規定,所有試 驗中都必須使用分析級化學品,其他等級新鮮蒸餾的試藥或試劑
13、,只要確定有 足夠的純度而不至於降低測定準確性者,亦可使用。 6.2 水之純度:除非另有規定,本標準所使用的純水品質須符合 CNS 3699化學分析用水參考 2 表 1 類型 I 的規定,其它分析用水可確定純度足夠,使用時不會影響偏差及精密度亦可使用。配製測定導 電度測定槽常數用之氯化鉀溶液時,使用導電度小於 1.5 S/cm 之純水。如有必要,通空氣 (經由燒結玻璃或不銹鋼氣體分散管 ) 至水中直至 導電度量測值恆定為止,但導電度應小於 1.5 S/cm。平衡時之導電度應加入表 1 中。 6.3 酒精: 95 %乙醇。亦可使用異丙醇或甲醇。 6.4 王水 (3+1): 3 體積濃鹽酸 (HC
14、l,比 重 1.19)摻混 1 體積濃硝酸 (HNO3,比 重 1.42)。配製後立即使用。 6.5 乙醚 6.6 鹽酸 (比重 1.19):濃鹽酸, HCl 6.7 鹽酸 (1+1):1 體積濃鹽酸 (比重 1.19)摻混 1 體積水。 6.8 鉑化溶液 (platinizing solution):溶解 1.5 g 氯鉑 (IV)酸 (H2PtCl66H2O)於 50 mL含 0.0125 g 醋酸鉛 Pb(C2H3O2)2之水中。 6.9 氯化鉀 (KCl):純度需為 (100.0 0.1)%。此標準級 KCl,可得自 NIST 或其他商業來源。在 150 乾燥 2 小時或至重量減少小於
15、 0.02 %;保存於乾燥器中。 6.10 氯化鉀參比溶液 A:在 (20 2),溶 解 74.2460 g 之 KCl(於空氣中秤重 )於水中,在 A 級定量瓶中稀釋至 1 L。 6.11 氯化鉀參比溶液 B:在 (20 2),溶解 7.4365 g 之 KCl(於空氣中秤重 )於水中,在 A 級定量瓶中稀釋至 1 L。 6.12 氯化鉀參比溶液 C:在 (20 2),溶解 0.7440 g 之 KCl(於空氣中秤重 )於水中,5 CNS 15111, K 61150 在 A 級定量瓶中稀釋至 1 L。 6.13 氯化鉀參比溶液 D:在 (20 2),取 100 mL 參比溶液 C,置於一
16、A 級 1 L 定量瓶中,稀釋至標線。使用前短時間內配製。保存於玻璃瓶中,此瓶具玻璃瓶塞,其材質需為化學惰性,且只限用於儲存此溶液。 7. 取樣 7.1 依相關國際標準方法取樣。 7.2 避免樣品暴露在含氨氣或酸性氣體之 大氣中。保護樣品以避免溶於樣品之氣體量增加或減少,特別是當取樣與測定 相隔一段時間時更應注意此點。測定導電度小於 10 S/cm 之凝結蒸汽或水時,使用流動式測定槽取樣及測定較佳。導電度 5 10 S/cm 之水樣,如樣品表面有用純的惰性氣體如氮氣或氦氣封住,則可使用浸入式測定槽。 8. 電極準備 8.1 如查驗結果,測定槽常數不在標稱值 之合理範圍內,則應清洗或重新鉑化電極
17、或更換測定槽。一般而言,不應使用任何機械式方法清洗電極。在高 純水測試,尤其是導電度小於 10 S/cm 時,由於電極上分散的細微鉑粒能長時間捉住雜質,因此應該省掉電極的鉑化步驟 (第 8.4 節 )。但是,測定更高導電度之水樣,特別是大於 1,000 S/cm 時,乾淨、良好鉑化的電極則越為重要。 8.2 依照操作手冊指示清洗電極及測定槽 其他部分。下列混合溶液為一合適之清洗液: 1 份體積異丙醇 1 份體積乙醇 (如使用高分子材質之測定槽,應先查對其相容性 ) 1 份體積 HCl(1+1)。洗淨後,用水徹底沖洗。如要移除舊的鉑黑塗層,可在電極上小心使用王水,或在 HCl(比重 1.19)中
18、電解。這些方法經常可以成功移除鉑黑。 8.3 以 H2PtCl6溶液鉑化測定槽之電極。一適當之電鍍裝置包含: 6 伏特交流電源、可變電阻、毫安培計及電極等。沈積 在電極上之鉑應呈黑色及天鵝絨般柔軟光滑,並堅固地吸附在電極表面。鉑化 過程並不那麼關鍵。依操作手冊之指示,或下列之指引。以每平方公分電極面積 1.5 3 庫侖 (coulombs/cm2)條件,通常可得到好的鉑塗層。例如,電極總面積 (兩邊 )10 cm2,以 20 mA 電流電鍍時間為 12.5 25 min。電流密度可由每平方公分電極面積 1 mA 至 4 mA。藉由一額外電極,每次電鍍一個電極。電鍍期 間小心攪拌溶液,或用超音波
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