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      纤维表面电荷检测方法的研究(十四)


      4. 3. 1四电极法电导率测量的原理

          电导率的传统测量方法是采用两电极技术,测量原理如图1所示,电导率的测

      量过程中,两电极间加上恒定振幅的电压信号,电极上流经一定的电流工x,电流

      大小取决十溶液中所含离子的数量,被测介质的电导率与运算放大器的输出电压

      成正比。这种两电极技术测量过程中,电极既是电流电极,又是电压电极。实际

      上,只要电极上有电流流过,溶液与电极的接触面上就会产生极化电压,使测量

      产生一定的误差。消除极化电压影响的主要措施是使电流尽量小,接近十零。四

      电极技术正是应用这一论点设计的。[53]

      四电极法测量的原理如图4. 8所示,其中b ,  b'为电流电极,a ,  a'为电压电

      极,G为正弦波信号电压发生器。由十集成运放&的输入阻抗足够高,所以流经

      电压电极a ,  a'的电流近似为零,这样测量电极a ,  a'上就不会产生极化电压,从

      Ifu消除了极化电压对测量的影响。

          由上面的讨论可以看出,四电极法是对传统的两电极法的完善。四电极法中

      独立的电压电极与电流电极能够消除溶液测量过程中极化作用带来的测量误差。

      按照JJG376-1985电导仪试行检定规程的要求,采用标准交流电阻箱进行仪器电计

      部分的检测。检测过程中,电导率仪直接测量的是纯电阻信号,电阻导电与溶

      液中离子的导电机理不同,即电阻导电是导体导电,基本上不存在极化作用,因

      此,完全可以采用两电极法的检定原理处理四电极法电导率仪的检定。可以将

      四个电极分成两组,每组为一个电压电极和一个电流电极。检定过程可以将每组

      作为一个输入端。两个输入端恰好可以将标准交流电阻信号输入到被检定的

      电导率仪,从}fU进行检定。实际上,该检定方法的本质就是将四电极法还原为两

      电极法,这种做法对溶液测量会有影响,对仪器电计部分的模拟检定没有任何影

      响。

          四电极法的仪器使用一般用电导率标准溶液重新校准来标化电极常数K,然后

      才能够测量。并目_仪器的电导电极常数K要求在一定的范围内,由G=klJ=IlR

      R=JlK。因此,检定时可以用仪器规定的校准值,推算对应的电阻值,将此电

      阻输入到电导率仪后,对仪器进行校准。

      4.3.2试验验证

          四电极技术在零电流测量中已经应用了很多年了,该技术应用应用包括半导

      体参数确定、电阻抗体积描述、相关介电常数和电导率测量,同时一些学者对该

      技术存在一定的质疑[54]

          在研究电解质溶液的电特性时的一个主要问题是建立与待测样本溶液的电量

      关系。通常情况下,电解质溶液盛在某一测量单兀中,一般为圆柱形或是塑料容

      器里面。电解质溶液的电特性由金属电极获取,金属电极通常放置十圆柱容器的

      相对的两端。

          当给电极两端通电时,在电极和电解质溶液的接触面会出现电极极化阻抗,

      电解质溶液的介电常数和电导率在图4. 9所示电路中进行测量,将装有待测电解

      质溶液的测量单兀作为阻抗电桥的一臂。该图为等比率臂Wheatstone电桥。图中,

      R为一等值电阻,还有一平行RC电路,此图中电桥平衡条件为

       在理论上,该方法是简单可行的,但实际上是有误差的,任何一种电桥测量

      都需要电流通过待测溶液。通电时,电极和电解质溶液的接触面间阻抗会产生一

      定的压降。深入来说,电极的极化现象与加在电极上的电压频率和电极表面的电

      荷密度有关,阻抗随电压频率成线性变化或者随着电荷密度线性或非线性变化,

      这些都取决十所施加电流的强度。[55,56,57]

      b只用两个运放,相对十a系统容易实现平衡,另外,该系统还一确定的参

      考地点,能使运放系统更加稳定。

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