Константа ячейки это. Константа ячейки в измерениях электропроводности: определение, применение и факторы влияния

Что такое константа ячейки в кондуктометрии. Как определяется константа ячейки. Какие факторы влияют на выбор константы ячейки при измерениях. Как правильно калибровать и обслуживать ячейки проводимости. Какие виды ячеек проводимости существуют и для каких измерений они подходят.

Что такое константа ячейки и почему она важна при измерении электропроводности

Константа ячейки — это ключевой параметр, характеризующий геометрию измерительной ячейки кондуктометра. Она определяется как отношение расстояния между электродами к площади их поверхности:

K = L / A

где K — константа ячейки (см^-1), L — расстояние между электродами (см), A — площадь поверхности электродов (см²).

Почему константа ячейки так важна? Она позволяет пересчитать измеренную проводимость раствора в удельную электропроводность, которая не зависит от геометрии конкретной ячейки:

χ = G * K

где χ — удельная электропроводность (См/см), G — измеренная проводимость (См), K — константа ячейки (см^-1

).

Как определяется константа ячейки кондуктометрической ячейки

Существует несколько способов определения константы ячейки:

• Расчет по геометрическим размерам ячейки (расстояние между электродами и их площадь)
• Измерение проводимости эталонного раствора с известной удельной электропроводностью
• Калибровка по стандартным растворам KCl с табличными значениями удельной электропроводности

Наиболее точным и распространенным является метод калибровки по стандартным растворам KCl. При этом измеряется проводимость раствора G и рассчитывается константа ячейки:

K = χ_KCl / G

где χ_KCl — табличное значение удельной электропроводности раствора KCl при данной температуре и концентрации.

Факторы, влияющие на выбор константы ячейки

При выборе ячейки проводимости необходимо учитывать следующие факторы:

• Диапазон измеряемой электропроводности
• Тип измеряемого раствора (водный, органический и т.д.)
• Требуемая точность измерений
• Условия эксплуатации (лабораторные или полевые)

Ключевой фактор — это диапазон электропроводности. Для растворов с низкой проводимостью (например, чистая вода) используют ячейки с малой константой (0,1 см^-1). Для высокопроводящих растворов (концентрированные кислоты, щелочи) применяют ячейки с большой константой (10 см^-1).

Виды ячеек проводимости и их применение

Существует несколько основных типов ячеек проводимости:

• Двухэлектродные погружные
• Двухэлектродные проточные
• Четырехэлектродные
• Бесконтактные (индуктивные)

Двухэлектродные ячейки наиболее распространены. Они просты, недороги и подходят для большинства измерений. Четырехэлектродные ячейки обеспечивают более высокую точность, особенно при измерении высокопроводящих растворов. Бесконтактные ячейки применяются для агрессивных сред и растворов с высоким содержанием твердых частиц.

Калибровка ячеек проводимости

Правильная калибровка критически важна для точных измерений электропроводности. Основные этапы калибровки:

1. Подготовка свежего стандартного раствора KCl нужной концентрации
2. Промывка ячейки дистиллированной водой и стандартным раствором
3. Измерение проводимости стандартного раствора при заданной температуре
4. Расчет константы ячейки по формуле K = χ_KCl / G
5. Проверка полученного значения (должно быть в пределах ±10% от номинального)

Калибровку рекомендуется проводить не реже одного раза в день или при смене типа измеряемых растворов.

Обслуживание и уход за ячейками проводимости

Для обеспечения точных и стабильных измерений необходимо регулярно обслуживать ячейки проводимости:

• Промывать дистиллированной водой после каждого измерения
• Периодически очищать электроды от загрязнений специальными растворами
• Хранить ячейку в дистиллированной воде или сухой
• Проверять целостность покрытия электродов (платиновая чернь)
• При необходимости проводить реплатинирование электродов

Правильный уход значительно продлевает срок службы ячейки и обеспечивает стабильность ее характеристик.

Влияние температуры на измерение электропроводности

Электропроводность сильно зависит от температуры — при повышении температуры на 1°C проводимость возрастает примерно на 2%. Поэтому при точных измерениях необходимо:

• Использовать ячейки со встроенным датчиком температуры
• Применять температурную компенсацию (автоматическую или ручную)
• Приводить результаты к стандартной температуре (обычно 25°C)

Коэффициент температурной компенсации зависит от типа раствора и обычно составляет 2-3% на градус Цельсия.

3.1.1. Определение константы ячейки

Измерение электропроводности раствора невозможно без предварительного определения константы ячейки. Для этого в данной ячейке измеряется сопротивление такого раствора, электропроводность которого известна. Обычно используются растворы KCl, для которых величины _KCl при различных концентрациях и температурах приводятся в таблицах. При 25 С _KCl стандартных 0,01 н, 0,02 н и 0,1 н растворов KCl равна соответственно 0,001413, 0,002765 и 0,01288 Смсм^–1. Из уравнения (3.7) следует

А = _KClR_RCl. (3.8)

Измерить сопротивление ячейки, заполненной стандартным раствором. Константу ячейки определить из уравнения (3.8). При всех последующих измерениях сопротивления других растворов объём раствора в ячейке должен быть таким же, как и при определении величины

А.

3.1.2. Определение предельной электропроводности сильных электролитов

Приготовить (по 200 – 250 мл) пять растворов сильного электролита различной концентрации. Взвешивание производить на аналитических весах. Измерить сопротивление растворов, начиная с самого разбавленного.

Рассчитать удельную и эквивалентную электропроводность раствора, используя соответствующие уравнения. Построить график в координатах и, экстраполируя линейную зависимость на нулевую концентрацию, найти величину₀. Результаты свести в таблицу.

Концентрация растворов

R







0

f

3.1.3. Определение предельной электропроводности слабых электролитов

Предельная эквивалентная электропроводность слабого электролита (например, кислоты НА) может быть выражена через ₀ сильных электролитов НВ, МА и МВ:

_0,НА = _0,НВ + _0,МА – _0,МВ . (3.9)

Величины ₀ сильных электролитов можно определить по методике, описанной в разделе 3.1.2.

3.1.4. Измерение константы диссоциации слабого электролита

Приготовить пять растворов слабого электролита различной концентрации (по 200 – 250 мл). Начиная с разбавленных растворов, измерить их сопротивление. Измерить сопротивление воды и сделать поправку на её электропроводность. Результаты измерений и расчётов свести в таблицу. Величину

₀ рассчитать по подвижностям ионов.

Концентрация растворов

R









К

В отчёте представить графические зависимости  от с и  от 1/с.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите и объясните зависимость удельной и эквивалентной электропроводности раствора от его концентрации и природы электролита.

2. Как и почему электропроводность растворов электролитов зависит от температуры?

3. В чём сущность электрофоретического и релаксационного эффектов? Как они влияют на величину электропроводности?

4. Почему подвижность ионов зависит от природы ионов и растворителя?

5. Почему при использовании постоянного тока для измерения сопротивления раствора электролита с помощью двухэлектродной ячейки получаются завышенные значения сопротивления?

6. Почему необходимо измерять константу ячейки? Как это делается?

7. Выведите уравнение (3.9).

Задачи

1. Сопротивление ячейки, заполненной 0,01 М раствором KCl, равно 42,3 Ом при 25 С. Определить сопротивление 0,0313 М раствора уксусной кислоты в этой же ячейке, если эквивалентная электропроводность его 9,2 Смсм²/моль-эвк.

2. Удельная электропроводность 0,05 М раствора уксусной кислоты равна 3,2410

-4 Смсм^-1 при 25 С. Вычислить степень диссоциации и константу диссоциации кислоты.

3. Раствор слабого электролита разбавили в 10 раз. Считая  << 1, вычислить, во сколько раз изменится сопротивление раствора при использовании одной и той же ячейки.

Использование констант массива в формулах массива

Excel для Microsoft 365 Excel для Microsoft 365 для Mac Excel 2021 Excel 2021 for Mac Excel 2019 Excel 2019 для Mac Excel 2016 Excel 2016 для Mac Excel 2013 Excel 2010 Excel 2007 Excel для Mac 2011 Еще…Меньше

При вводе формулы массивачаще всего используется диапазон ячеек на вашем компьютере, но это не нужно. Вы также можете использовать константымассива , значения, которые вы просто вводите в панели формул внутри скобок: {}. После этого вы сможете назвать константу, чтобы использовать ее еще раз.

Константы можно использовать как в формулах массива, так и в самих себе.

1. В формуле массива введите открываемую скобку, нужные значения и закрываюю скобку. Пример: =СУММ(A1:E1*{1;2;3;4;5})

   Константа находится внутри скобок ({)}, и да, вы действительно введите эти скобки вручную.

2. Введите оставшуюся часть формулы и нажмите CTRL+SHIFT+ВВОД.

   Формула будет выглядеть так: {=СУММ(A1:E1*{1;2;3;4;5})}и результаты будут выглядеть так:

   
   
   

   Формула умножает A1 на 1, B1 на 2 и т. д., что не нужно помещает 1,2,3,4,5 в ячейки на этом сайте.

Ввод значений в столбец с помощью константы

Чтобы ввести значения в одном столбце, например 3 ячейки в столбце C, необходимо:

1. Выделите нужные ячейки.

2. Введите знак равно и константу. Значения в константах разделяются запятой, а не запятой. Если вы вводите текст, заведите его двойными кавычками. Например: ={«Квартал 1″;» Квартал2″;» Квартал 3″}

3. Нажмите клавиши CTRL+SHIFT+ВВОД. Константа выглядит так:

   В данном случае это одномерная вертикальная константа.

Ввод значений в строке с помощью константы

Чтобы быстро ввести значения в одной строке, например ячейки F1, G1 и h2, вы можете:

1. Выделите нужные ячейки.

2. Введите знак равно и константы, но в этот раз значения разделяйте запятой, а не запятой. Например: ={1;2;3;4,5}

3. Нажмите CTRL+SHIFT+ВВОД, и константа будет выглядеть так:

   Это одномерная горизонтальная константа.

Использование константы для ввода значений в нескольких столбцах и строках

1. Вы выберите нужные ячейки.

   Убедитесь, что количество строк и столбцов, которые вы выбрали, соответствует количеству значений в константе. Например, если константа будет записывать данные в четыре столбца и три строки, выберите столько столбцов и строк.

2. Введите знак равно и константу. В этом случае разделять значения в каждой строке запятой и использовать запятую в конце каждой строки. Например:

   ={1;2;3;4:5;6;7;8:9;10;11;12}

3. org/ListItem»>

   Нажмите CTRL+SHIFT+ВВОД и:

   Это двумерная константа, которая заполняет столбцы и строки. Если вам интересно, вы не можете создать трехмерную константу, то есть не сможете вложенность константы в другую.

Использование константы в формуле

Теперь, когда вы знакомы с константами массива, вот рабочий пример.

• В любой пустой ячейке введите (или скопируйте и введите) эту формулу и нажмите CTRL+SHIFT+ВВОД:

  =СУММ(A1:E1*{1;2;3;4;5})

  В ячейке A3 появится значение 85.

  Что произошло? Вы перемножили значение в ячейке A1 на 1, значение в ячейке B2 на 2 и так далее, после чего функция СУММ добавила эти результаты. Можно также ввести формулу =СУММ(A1*1;B1*2;C1*3;D1*4;E1*5)

При этом можно ввести оба набора значений в качестве констант массива:

=СУММ({3;4;5;6;7}*{1;2;3;4;5})

Чтобы сделать это, скопируйте формулу, выйдите из пустой ячейки и введите формулу в формулу и нажмите CTRL+SHIFT+ВВОД. Вы увидите такой же результат.

Примечания: Если константы не работают, наймите их.

• Убедитесь, что значения следует разделять с помощью соответствующих символов. Если опустить запятую или запятую либо поместить ее в неправильное место, константа массива может выглядеть неправильно или вы увидите предупреждение.

• org/ListItem»>

  Возможно, вы выбрали диапазон ячеек, не совпадающие с числом элементов в константе. Например, если выбрать столбец из шести ячеек для использования с константой из пяти ячеек, в пустой ячейке появится #N/Д. Если не выбрано достаточно ячеек, Excel опустить значения, не соответствующие ячейке.

• Дополнительные информацию о формулах массива:

  • Ввод формулы массива

  • Расширение диапазона формулы массива

  • org/ListItem»>

    Удаление формулы массива

  • Правила изменения формул массива

К началу страницы

Понимание констант ячейки проводимости | Сенсорекс

1 Принцип работы датчика проводимости

2 Удельная проводимость и постоянные ячейки

2.1 Что такое константа ячейки проводимости?

3 Определение константы ячейки проводимости

Электропроводность является важным показателем качества воды, широко используемым в управлении промышленными процессами. Приложения для измерения электропроводности включают очистку котловой воды, очистку воды градирни и мониторинг обратного осмоса.

Существует несколько различных типов датчиков для измерения электропроводности. Выбор датчика, подходящего для вашего приложения, повысит точность и обеспечит долговечность вашего оборудования. Прежде чем выбрать датчик проводимости, необходимо понять один важный фактор: как выбрать постоянную ячейки проводимости.

Принцип работы датчика проводимости

Проводимость можно измерять с помощью контактного датчика проводимости или безэлектродного тороидального датчика проводимости. Принцип работы датчика электропроводности зависит от типа датчика. Понимание констант ячейки проводимости важно при выборе контактного датчика проводимости из-за принципа его работы.

Контактная ячейка проводимости имеет две или более поверхностей известной площади, отстоящих друг от друга на известное расстояние. Электроды в ячейках проводимости изготовлены из проводящего материала, такого как графит, нержавеющая сталь или платина. Между ячейками подается сигнал переменного напряжения, и измеряется результирующий ток. Проводящие ионы, такие как соли и металлы, создают путь для прохождения тока. Следовательно, высокая проводимость указывает на высокую концентрацию ионов.

Удельная проводимость и константы ячейки

Измеряемая электропроводность обычно измеряется в миллисименсах (мСм) или микросименсах (мкСм). При использовании контактного датчика проводимости геометрия ячейки влияет на показания проводимости. Для обеспечения стандартизации измерений электропроводности используются единицы удельной электропроводности. Удельная проводимость выражается в миллисименсах на сантиметр (мСм/см) или микросименсах на сантиметр (мкСм/см).

Что такое константа ячейки проводимости?

Удельная проводимость компенсирует изменения геометрии ячейки проводимости путем умножения измеренной проводимости на коэффициент, называемый константой ячейки. Постоянная ячейки (k) прямо пропорциональна расстоянию между двумя проводящими пластинами и обратно пропорциональна площади их поверхности.

K = L/a, где a(площадь) = A x B.

Удельная электропроводность = измеренная электропроводность (G) * константа ячейки (k)

Определение константы ячейки электропроводности

Константа ячейки 1,0 дает измеренную проводимость (G), приблизительно равную удельной проводимости раствора. Однако константа ячейки, равная 1,0, не всегда является подходящим выбором. Например, в растворах с очень низкой электропроводностью измерительные поверхности должны располагаться ближе друг к другу, чтобы обеспечить хороший сигнал для кондуктометра. Когда длина пути между проводящими пластинами уменьшается, постоянная ячейки также уменьшается до 0,1 или даже 0,01. И наоборот, при измерении растворов с высокой электропроводностью большая длина пути (более высокая постоянная ячейки), равная 10 или 100, обычно дает более точные показания.

Выберите датчик проводимости с константой ячейки, соответствующей диапазону проводимости измеряемого раствора. Диапазоны проводимости типичных растворов и оптимальная постоянная ячейки для каждого из них приведены в таблице ниже.

Процедуры обслуживания и ухода за ячейками проводимости

Ячейки проводимости, также называемые электродами или зондами проводимости, состоят из металлических электродов, размещенных на фиксированном расстоянии в стеклянном или пластиковом корпусе и окруженных внешней трубкой. Расстояние между электродами, деленное на площадь их поверхности, называется постоянной ячейки. HORIBA предлагает двухэлектродные ячейки проводимости с константами ячейки, выраженными в см ^-1 и м ^-1 шт.

Постоянная ячейки и производительность ячейки проводимости могут со временем ухудшиться из-за загрязнения электродов или отслоения их платинового черного покрытия. Чтобы максимизировать производительность ячейки проводимости и продлить срок ее службы, в равной степени необходимы надлежащий уход и регулярное техническое обслуживание.

 

Необходимые материалы:

1M соляная кислота (HCl) или бытовой отбеливатель

Чистая вода (например, водопроводная, дистиллированная или деионизированная) в шприце или стакане

Мягкое моющее средство

Мягкая безворсовая ткань

 

См. паспорт безопасности (SDS) любого химического раствора, который будет использоваться при очистке, и надевайте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) для безопасного обращения.

 

Выбор:

1. Тип ячейки

HORIBA предлагает два типа ячеек проводимости — погружные и проточные. Различия между двумя ячейками проводимости приведены в таблице ниже.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить

2. Постоянная ячейки

Каждый тип ячейки проводимости имеет четыре модели с 0,1 см ^-1 (10 м ^-1 ), 1,0 см ^-1 (100045 -1 ) м ^-1 ) и 10 см ^-1 (1000 м ^-1 ) константы ячейки. При выборе ячейки проводимости проверьте ожидаемую проводимость образца, а затем просмотрите константы ячеек проводимости. Выберите ячейку проводимости, которая соответствует ожидаемой проводимости образца. Чем выше значение проводимости образца, тем выше требуемая постоянная ячейки. Ячейка проводимости с 1,0 см 9Постоянная ячейки 0045 -1 (100 м ^-1 ) является наиболее часто используемой, поскольку она измеряет проводимость от низкой до высокой.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его

• Обычно раствор с низкой электропроводностью измеряют с помощью проточной ячейки с постоянной ячейки 0,1 см ^-1 (10 м ^-1 ) для предотвращения поглощения углекислого газа ( CO ₂ ) из воздуха, что может повлиять на значение проводимости.
• Раствор с высокой электропроводностью измеряется с помощью погружной ячейки, имеющей 10 см ^-1 (1000 м ^-1 ) постоянная ячейки в стакане.

3. Материалы корпуса

Во избежание ухудшения внешнего вида и рабочих характеристик ячейки проводимости проверьте химические компоненты пробы. Химические компоненты образца должны быть совместимы со смачиваемыми материалами корпуса кондуктометрической ячейки. Все ячейки проводимости HORIBA, кроме 9382-10D, имеют стеклянный корпус.

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его

• Кондуктометрические ячейки со стеклянным корпусом химически устойчивы. Их можно использовать в водных образцах, а также в образцах, содержащих органические растворители.
• Кондуктометрические ячейки с пластиковым корпусом долговечны и прочны, что делает их идеальными для полевых измерений.
• Кондуктометрические ячейки с платиновыми электродами лучше всего подходят для химически активных растворов, тогда как ячейки с титановыми электродами подходят для низкореакционных водных растворов.

4. Датчик температуры

Проводимость сильно зависит от температуры. Ячейка проводимости со встроенным датчиком температуры позволяет одновременно измерять проводимость и температуру. Все ячейки проводимости HORIBA имеют встроенный датчик температуры, кроме 3573-10C и 3574-10C.

• Датчик температуры определяет температуру измеряемого раствора.
• Кондуктометр принимает показания температуры для автоматической корректировки или нормализации показаний проводимости.

Кондиционирование

Электроды кондуктометрических ячеек покрыты слоем платиновой черни. Платиновая чернь создает большую эффективную площадь поверхности электродов и устраняет ошибку поляризации. Если платиновая чернь сухая, грязная или отслоившаяся, это неблагоприятно повлияет на измерение проводимости.

• Перед использованием замочите ячейку проводимости в чистой воде (например, водопроводной, дистиллированной или деионизированной) не менее чем на 1 час, если платиновая чернь высохла. Убедитесь, что уровень воды соответствует отметке, указанной на корпусе ячейки, или полностью покрывает электроды.
• Обратите внимание, что пластиковая ячейка проводимости 9382-10D при транспортировке замачивается в чистой воде для предотвращения высыхания платиновой черни.

Калибровка и измерение

• Перед калибровкой выберите нужную единицу измерения и введите постоянную ячейки (указана на крышке ячейки проводимости) в настройках измерителя.
• До и после измерения каждого раствора (стандарта или образца) промывайте ячейку проводимости чистой водой и/или порцией следующего измеряемого раствора. Если для промывки используется вода, протрите ячейку проводимости салфеткой, чтобы удалить излишки воды. Промывка между измерениями предотвращает перекрестное загрязнение.
• Погружая ячейку для измерения проводимости в раствор, убедитесь, что уровень раствора находится точно на отметке, указанной на корпусе ячейки для измерения проводимости. Если на корпусе не указана маркировка, убедитесь, что металлические электроды полностью погружены в раствор.
• Калибруйте не реже одного раза в день, используя свежий стандартный раствор, значение проводимости которого максимально близко к ожидаемому значению образца. После калибровки стандартным раствором прибор отобразит константу калиброванной ячейки. Константа калиброванной ячейки должна быть в пределах ±10% от номинальной константы ячейки. Стандартный раствор электропроводности должен давать показание ожидаемого значения ± 5%.
• Счетчики HORIBA допускают калибровку в пределах ±30% от номинальной константы ячейки.
• Для определения температуры и компенсации ее влияния на проводимость используйте ячейку проводимости со встроенным датчиком температуры. Если ячейка проводимости не имеет встроенного датчика температуры, проверьте температуру раствора с помощью калиброванного термометра и введите эту температуру в прибор.
• Перемешайте стандарты проводимости и образец с одинаковой скоростью. Перемешивание обеспечивает репрезентативное значение проводимости раствора. Если перемешивание невозможно из-за ограниченного объема пробы или по другим причинам, от него можно отказаться как при калибровке, так и при измерении.
• Удалите пузырьки, образовавшиеся внутри кондуктометрической ячейки.

Очистка

Чистая ячейка для измерения проводимости необходима для точного измерения проводимости. Выбор очищающего раствора должен эффективно удалять все загрязнения на основе протестированного образца без повреждения ячейки проводимости.

Очистите часть ячейки проводимости, контактирующую с образцом, используя соответствующий раствор, а затем тщательно промойте ее чистой водой. Абразивные предметы никогда не должны использоваться для очистки. Кусок ваты, смоченный чистящим раствором, можно использовать с осторожностью.

• Общие образцы – Просто промойте ячейку проводимости чистой водой. Если к ячейке электропроводности прилипли остатки пробы, погрузите ячейку электропроводности в разбавленный раствор моющего средства на 5–10 минут, умеренно перемешивая раствор.
• Маслянистые пробы – погрузите ячейку проводимости в теплый разбавленный раствор моющего средства на 5–10 минут, умеренно перемешивая раствор. Либо промойте или протрите ячейку проводимости ацетоном или этанолом.
• Примечание. Никогда не погружайте ячейку проводимости в пластиковом корпусе в органические растворители, такие как спирт, ацетон и т. д., поскольку эти растворы могут повредить ее. Кроме того, это действие приведет к аннулированию гарантии.