Измерение электропроводности воды

Электропроводность характеризует общее содержание растворенных солей в воде (в том числе и тех, которые обусловливают жесткость воды). Прежде, чем рассказать об измерении электропроводности воды, скажем о распространенной ошибке, часто встречающейся в аквариумной литературе.

Для характеристики воды необходимо знать не электропроводность S, а удельную электропроводность λ, которая относится к единице длины проводника (в нашем случае — к 1 см слоя воды или раствора). Значение 5 измеряется в сименсах (См) или микросименсах (мкСм), а λ — в мкСм/см.

Для измерения удельной электропроводности раствора разработано много приборов и измерительных ячеек. Достаточно простой самодельный прибор для определения электропроводности воды предложен аквариумистом И. И. Ванюшиным (журнал «Рыбное хозяйство», 1990г, № 5, стр. 66 — 67). Мы расскажем об этой конструкции, внеся необходимые уточнения и дополнения.

Прежде всего, надо приготовить измерительный сосуд с двумя угольными электродами (графитовые стержни от батареек диаметром 6 мм). Схема такого сосуда приведена на рис. 19. Сам сосуд можно склеить из органического стекла. Электроды надо хорошо закрепить при помощи водостойкого клея. Размеры ячейки могут быть изменены при изготовлении.

На рис. 20 приведена схема прибора для измерения электропроводности, работающего от источника питания с напряжением 9 В (батарейка типа «Крона» или две плоские батарейки).

Принцип работы прибора состоит в следующем: он присоединяется к электродам измерительного сосуда (например, с помощью зажимов типа «крокодил»), в который налита исследуемая вода. Если в мосте сопротивлений (R5, R6, R7, RX) нет равновесия, то возникают колебания звуковой частоты, которые можно слышать в телефоне. Вращая ручку переменного сопротивления R7, добиваются минимального уровня шума в телефоне. Этому положению будет соответствовать условие R7 = RX,

Рис. 19. Сосуд для измерения электропроводности воды (Э — графитовые электроды)

Рис. 20. Схема прибора для измерения электропроводности воды

Детали:

транзисторы VT1, VT2 — КТ315; конденсаторы С1, СЗ, С4 — 0,1 мкФ, С2 — 0,22 мкф; сопротивления R1, R2 — 3,9 кОм, R3 — 22 кОм, R4 — 12 кОм, R5, R6 — 1 кОм, R7 (переменное) — 1...2 кОм, R8 — 150 кОм, RX — измеряемое сопротивление (вода); H1 — контрольная лампочка на 9 В; трансформатор Т1 — выходной звуковой от транзисторного приемника с соотношением, обмоток L1:L2 = 4:1; телефон В1 — с сопротивлением 900...1600 Ом; выключатель S1

Прибор (точнее переменный резистор R7) необходимо отградуировать в значениях сопротивления. Для этого вместо измерительного сосуда к нему надо подключить постоянное электрическое сопротивление и отметить положение ручки R7, которое ему соответствует.

Для градуировки можно рекомендовать следующие сопротивления: 1 кОм (электропроводность 1000 мкСм), 4 кОм (250 мкСм), 10 кОм (100 мкСм). Можно взять и другие сопротивления, при этом надо учитывать, что значение электрического сопротивления (R) и электропроводности (5) взаимосвязаны:

R =	1	(21)
	S

 

Для того, чтобы точнее определить удельную электропроводность, нужно знать постоянную сосуда для измерения С_X. Приготовьте 0,01 М раствора хлорида калия (KCl) и измерьте его электросопротивление R_KCl, (в кОм) в приготовленной вами ячейке, как рассказано выше. Постоянная сосуда определяется по формуле:

CK  =

RKCl • λKCl

(22)

где λ_KCl, — удельная электропроводность 0,01М раствора KCl при данной температуре в мкСм/см, приведенная в табл. 24.

Теперь, если вы измерили сопротивление образца раствора или воды R_X (в кОм), то удельная электропроводность находится по формуле:

λ =

CK / RX

(23)

Полученное значение электропроводности будет соответствовать температуре 20 °С. Если температура воды другая, то измеренное значение надо умножить на поправочный коэффициент (эти коэффициенты приведены в табл. 25). Тогда результат будет приведен к температуре 20 °С.

Электропроводность характеризует общую соленость воды. Однако исследование гидрохимических свойств многих природных и аквариумных вод показывает, что по значению электропроводности можно приблизительно определить общую жесткость воды dGH, пользуясь калибровочным графиком, приведенным на рис. 21.

Определив удельную электропроводность воды, отметьте это значение на вертикальной шкале и проведите горизонтальную линию до калибровочной кривой. Из точки пересечения этой линии с кривой проведите вертикаль до шкалы жесткости, определив значение dGH. Еще раз подчеркиваем, что это лишь приближенный метод определения общей жесткости воды.

Таблица 24 Удельная электропроводность 0,01 М водного раствора хлорида калия

Температура, °С	15	16	17	16	19	20
λKCl	1147	1173	1199	1225	1251	1278
Температура, °С	21	22	23	24	25
λKCl	1305	1332	1359	1386	1447

Таблица 25 Поправочные коэффициенты для электропроводности при различной температуре

Температура, °С	12	13	14	15	16
Поправочный коэффициент	1,213	1,182	1,151	1,132	1,095
Температура, °С	17	18	19	20	21
Поправочный коэффициент	1,071	1,2046	1,023	1,000	0,979
Температура, °С	22	23	24	25	28
Поправочный коэффициент	0,958	0,937	0,919	0,901	0,840
Температура, °С	27	28	29	30
Поправочный коэффициент	0,810	0,790	0,770	0,750

Рис. 21. Калибровочная кривая для приблизительного определения жесткости воды (dGH) no удельной электропроводности. Точки — экспериментальные значения для различных природных вод, по которым построена кривая