《酸度计温度补偿的解读及温度示值的影响.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酸度计温度补偿的解读及温度示值的影响.docx（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、技 术 TECHNOLOGY 检定、使用与调修酸度计温度补偿的解读及温度示值的影响张宝珠 张国城一、酸度计温度补偿的意义1.温度 冲液 称 的影响虽然温度对溶液的 pH 标称值有一定影响 ， 但是影响不大。 例如邻苯二甲酸氢钾、 混合磷酸盐和硼砂 3 种缓冲液在 25 时 ，pH 值分别为 4.00 、6.86和 9.18 ， 当温度升高到 45 时 ，pH 值分别为 4.04 、6.83和9.04，即它们的温度系数分别为0.0012pH/ 、-0.0028pH/ 和 -0.0082pH/ 。 可见除了硼砂等少数 溶液 ，温度对溶液的pH值影响很小 。 而且不同溶液 pH 值的温度系数差别很大
2、 ， 要将不同温度下的pH值折算到25时的值是很困难的 ， 也没有必要 。所以，酸度计的温度补偿与缓冲液标称值受温度影响无关。2.温度 信号源的影响E=E0+2.3026RTlgH+（1）F对于强电解质溶液，当溶液温度发生变化，溶液中的H+浓度近似不变，即溶液pH值保持不变时，根据能斯特方程（式1），溶液的 E将随温度T呈线性变化。温度升高，溶液电动势将增大，而酸度计是根据检测到的溶液电动势换算成pH值的， 所以必须进行温度补偿以抵消温度对测量结果的影响，这是酸度计温度补偿的本质。根据酸度计的操作定义ES-EX=2.3026RT（pHX-pHS）（2）F复性可以用多次测量的结果按贝塞尔公式计算
3、求误差却不可忽略。根据JJG118-2010扭簧比较仪检得正常人眼的分辨能力约为1，当使用10物镜时，定规程分度值为0.001mm，测量范围为0.05mm的小；，化为在明视距离处的线分辨量为0.007mm。为了弥扭簧比较仪其示值变动性为1/3个分度即0.3m；同，补这一不足故用影像法校准时应尽量换上大倍率样仪器的分辨力引入的误差为0.29m，所以用指示表，的物镜如50物镜），则实际单次瞄准准确度可达校准时最大误差为（%0.007mm/5/ 姨 3 0.8m。 如多次重复测量，取其平均0.42+0.32+0.292 0.6m=值将大大减小由于瞄准不准确而带来的测量误差另姨。结论显然用指示表法校准
4、准确度要高于影，3.外 仪器的分辨力为所引入的误差为：，%像法但指示表的支杆稳定性对其影响非常大且看1m，0.5m/ 姨 3，所以用影像法校准时最大测量误差为，0.29m，不见摸不着故在校准时要经常校准零位而且装夹，= 姨%0.42+0.82+0.292 0.9m麻烦，所以不太方便。 而影像法快捷、直观，但准确度2.用指示表法校准时，其误差同样首先来源于作略低，故操作者可以根据投影仪的准确度和实际情况为标准的量块 ，最大约为0.4m；而扭簧表作为指示选择恰当的校准方法。计，其示值误差可以不计，但作为每次对零的变动性作者单位【江苏省镇江市计量所】 计112中国计量 2013.3式中 ：EX、pH
5、X测量值 ；ES、pHS参比值 ；R、F相关物理常数。 一般令k=2.3026RT/F，称之为转换系数；若设k=2.3026R/F，则式（2）可进一步简化为式（3）E=2.3026RTpH=kpH=kT pH（3）F温度每变化T，则E变化为E=kT pH=kTE=TE（4）kTT当 T=25、T=1、 E=59.165 （对应 pH=1.00）时 ，计算得E=0.2mV，即温度每变化1，每单位 pH对应的信号源的mV值将变化0.2mV。 由于检定装置模拟的就是溶液的信号源，所以调整检定装置的温度示值，相当于调整溶液的温度，得到不同的输出信号值，从而其mV值随温度示值变化的规律也符合式（4）。如
6、果此时酸度计不进行温度补偿，则信号源温度变化引起的酸度计pH示值变化为ET/T ETpH= pH（5）kTkTT当T=25、T=1时，由式（5）计算得pH=0.0038 pH。由于酸度计的分辨力一般为0.01pH， 更高精度的分辨力为0.001pH，如果取 pH=1.00，温度补偿引起的误差将被分辨力的误差所掩盖 ， 所以 pH越大越能考察温度对测量结果的影响。 考虑到有些型号的酸度计 ， 在 pH7.00 时无法显示 ， 所以 JJG119-2005 实验室pH（酸度）计检定规程选取 pH=6.00（常用pH=13.00）， 计算得pH=0.02。 检定时 ， 一般取T=10，则pH=0.2
7、0。 例如，信号源温度由25增至35时，当酸度计不进行温度补偿时，其反馈回的pH值将由13.00增至13.20。3.温度 酸度 的影响酸度计的温度补偿过程，实际上是调整换算系数k的过程。 酸度计温度示值的变化，将对转换系数k产生影响。 假设输入信号源不变，将酸度计温度示值改变T，则pH值的变化为pH=E-E=- ET=-T pH （6）k（T+T）kT kT（T+T）（T+T）当T与T相比可忽略不计时，式（6）将可进一步简化为TECHNOLOGY 技术检定、使用与调修pH=-T pH（7）T即酸度计温度示值变化与信号源温度变化，对酸度计pH示值的影响大小相同，正负相反。 如保持输入信号源不变，
8、 将酸度计温度示值由25增至35，酸度计反馈回的pH值将由13.00减小至12.80。4.温度 的意 以上分别讨论的是温度对信号源或酸度计的影响。 实际上，根据JJG119-2005，酸度计温度补偿时，先调整检定装置（信号源）温度变化T后，输出电动势变化 E；再同步调整酸度计温度示值变化T，使其斜率变为k（T+T），则此时酸度计pH示值pH=E+E=1（T+TE）=Ek（T+T）k（T+T）TkT=pH（8）即经过温度补偿后， 酸度计反馈回的pH与温度变化前的pH保持一致， 与强电解质溶液pH值几乎不受温度影响的性质相符。 可见，酸度计温度补偿的意义在于， 通过调整转换系数k来抵消温度变化引起
9、的电动势差的变化。二、温度对酸度计性能的影响1.酸度 校准 程酸度计的校准过程通常是利用两个已知pH值的标准溶液来进行的，分别记为pH1（对于溶液电动势为E1）和pH2（对于溶液电动势为E2），则得到实际转换系数为k实=kT0=E1-E2（9）pH2-pH1在同一温度下， 通过测量未知溶液电动势EX，可得到溶液pH值（pHX）为ES-EXpHX=pHS+ E1-E2（pH2-pH1）（10）即酸度计的转换系数是通过校准得到，而不是通过温度换算得到的。由式（10）可知，当测量温度与校准温度相同时 ， pH 值的测量与温度示值无关。 当仪器使用温度T与校准温度T0 不同时，根据酸度计温度补偿功能
10、，其温度差T=T-T0，则相应的转换系数kT为kT=kT=k（T0+T-T0）=E1-E2+kT（11）pH2-pH12013.3 中国计量113技 术 TECHNOLOGY 检定、使用与调修所以 ，通过温度补偿后 ，得到的转换系数kT只与温度差T相关，而已与温度具体示值T无关；只要温度差 T是准确的，酸度计就能准确进行温度补偿 ；温度示值T准确与否，对酸度计电计的性能没有显著影响。2. 例 1对于比较古老的国产酸度计，一般通过定位钮和斜率钮进行校准；同时，通过调节温度旋钮在不同温度刻度上进行温度补偿。 该类仪器我们将其归类为仪器I。对于仪器I，其温度旋钮在电路上与定位钮、斜率钮是相关联的。
11、当酸度计不能准确校准斜率时（如斜率钮已经调到尽头，但是还未调到目标值），可先调整温度旋钮到某一任意温度，使得斜率钮有宽松的范围来对酸度计进行校准后，再松动温度旋钮上的指针，在保证温度旋钮不动的情况下， 将指针调节到25后再固定下来。温度旋钮调节过程并不影响酸度计的性能和使用。这个过程再次说明，酸度计温度示值只是提供一个参考，其示值准确与否并不重要。3. 例 2对于比较新型的国产酸度计（如上海雷磁生产的PHS-3C）和大部分国外进口的酸度计 （如赛多利斯 、梅特勒、HANA等公司生产的酸度计），其校准过程是通过仪器默认的校准点 （如6.86、4.00和9.18）来进行的，并通过温度传感器或调节器
12、来实现温度补偿。 该类仪器我们将其归类为仪器II。以赛多利斯的PB-10型酸度计为例，通过外接电阻箱调节其显示温度。 由于其温度示值为数显型，比刻度型温度示值更为准确可靠。 如果将输入信号组固定，通过调节PB-10的温度示值在不同温度下进行校表1 PB-10在不同温度下校准后的温度补偿结果（括号内为对应仪器温度示值）准和稳定补偿，结果如表1所示。 表1不仅表明，即使PB-10的温度示值是错误的，但只要在错误的温度下经过校准之后，并不影响仪器对pH值的准确测量，而且只要温度示值差T是准确的，错误的温度示值也并不影响酸度计的温度补偿结果。对于国产酸度计， 无论是归类于仪器I还是仪器II，温度的示值
13、准确性对酸度计的校准和温度补偿也同样没有影响。 只是对于赛多利斯酸度计，由于其具有自动计算电极校准斜率的功能，当输入的校准信号与其对应温度下的理论信号偏差较多时，计算得到的校准斜率偏差较大，仪器校准不能通过。 所以，该仪器在偏离理想温度15以上进行校准的数据得不到，而国产酸度计由于没有校准斜率的功能和限制，因此在温度偏离更大的情况下仍可正常校准和使用。4.温度 酸度 量的影响在JJG119-2005中， 温度示值误差是酸度计的一项重要计量指标。 例如针对0.01级酸度计，要求温度示值误差不超过0.5。 但是前面讨论的结果表明，酸度计性能不受温度示值误差的影响，而与温度差T相关。 所以，酸度计计
14、量应该更强调T的准确性，而不是温度示值的准确性。 JJG119-2005中，多个温度点的测量也间接对温度差T提出了要求。 在T准确的前提下，即使温度示值误差超过0.5，也只需要提供一个修正值， 为仪器使用者在酸度计校准时提供参考，并不影响酸度计的性能和使用。三、结束语本文详细讨论了酸度计的温度补偿原理，指出补偿的意义在于通过调节转换系数k来抵消由于温度变化引起的溶液 （信号源 ） E的变化 ；指出即使酸度计的种类和型号繁多，校准过程有所不同，但理论分析和实验数据都表明，酸度计的性能包括仪器示值误差和温度补偿功能，与温度示值无关，而只与温度差T相关。 所以，对酸度计的计量应强调温度差T的检定。这是因为温度示值只为仪器使用者在校准时提供参考，对转换系数k实际上没有任何贡献，因为转换系数k是通过仪器校准得到的，而非通过温度计算得到的，仪器温度示值的准确与否并不影响酸度计的性能和使用。作者单位【北京市计量检测科学研究院】%计114中国计量 2013.3