酸雨观测仪器原理及常见故障判识

王 荣，逯 莹，刘旭升

（1.双鸭山市气象局，黑龙江 双鸭山155100；2.双鸭山市气象局，黑龙江 双鸭山155100；3.宁武县气象局，山西 宁武 037600）

酸雨观测仪器原理及常见故障判识

王 荣1，逯 莹2，刘旭升3

（1.双鸭山市气象局，黑龙江 双鸭山155100；2.双鸭山市气象局，黑龙江 双鸭山155100；3.宁武县气象局，山西 宁武 037600）

1 酸雨观测仪器的基本原理

PH计是用来测量溶液PH值的仪器，实验室常用的酸度计有雷磁25型、PHS-2型和PHS-3型等。酸雨观测仪器测PH值的方法是电位测定法，利用溶液的电化学性质测量氢离子浓度，以确定溶液酸碱度。氢离子浓度的负对数称为PH值。通常PH值为0～14。25℃中性水的PH值为7，PH值<7的溶液为酸性，PH值>7为碱性。

1.1 主要技术指标

酸雨观测站使用PH计测量降水样品的PH值，主要技术指标须符合国家标准GB/T11165-1989中0.01级PH计的有关规定和要求，部分指标如表1所列。

表1 PH计的主要技术指标

1.2 PH计的基本电路结构和工作原理

PH计主要由主机、复合电极、测温探头、短路插头、电极支架和电源线等部件构成。

如果能够准确地测量玻璃电极和待测溶液组成的 “测量化学电池”的电动势Ex，就可以测量溶液的PH值。因此，PH计的基本结构主要包括玻璃电极和电位差测量仪表，其等效电路如图1所示。“测量化学电池”的电动势Ex由Nernst方程决定，其内阻Rx由玻璃电极的特性决定，另一侧的测量仪表主机为高准确度的电位差计，为了保证测量的准确度，其输入阻抗Ri应满足Ri>>Rx的条件。

图1 PH计的等效电路原理图

当Ri>>Rx时，Rx对测量Ex的影响可以忽略，电位差计测得的电位差Ui等于玻璃电极产生的电动势Ex。于是，由Nernst方程可以写出：

式中，E0为零电位。

在实际应用的PH计中，测量仪表部分都设计了仪器零点电位调节电路，即产生一个与E0大小相等、极性相反的电位来抵消E0。在PH计的实际操作中，用已知PH值的标准缓冲溶液进行仪器的“定位”，就是要确定E0的大小，进而使式（1）简化为：

式（2）中的斜率S 除与玻璃电极的特性有关外，还与待测溶液的温度、电位差计的输入特性等因素有关，需要进一步通过校准予以确定，这就是实际测量操作中用两种已知PH值的标准缓冲溶液进行“斜率”校准的原因。由此可见，PH计采用的是比较法的测量原理，在测量样品前，用两种具有稳定PH值的标准缓冲溶液，对仪器进行“斜率”校准和零点“定位”。

2 酸雨仪器故障情况介绍

酸雨观测规范中，对PH计常见故障的诊断和处理做了总结，详见表2.

表2 PH计常见故障和诊断处理

3 酸雨观测中出现的故障问题总结

PH计的校准需要经过中性标准缓冲溶液定位然后用酸性或碱性标准缓冲溶液调斜率两个步骤。此处用碱性标准缓冲溶液调斜率。在PH计日常校准工作中，遇到过很多问题，现总结归纳如下：

3.1 复合电极不能定位

仪器在试运行期间，首次使用前，校准PH计测温探头正常，用中性缓冲溶液定位时却无法达到6.86。重新配制标准缓冲溶液以及更换测温探头调试仪器，仍定不了位，故判断出PH计主机故障，更换新PH计。

3.2 斜率调不到9.18

（1）复合电极能定位，但是斜率无法调到9.18，不停的跳变，达不到稳定值。此问题由以下几种情况造成，复合电极内部有气泡，可用手指轻弹使气泡消失；复合电极老化，可更换复合电极；PH计内部电位器损坏，需送修。

（2）可以定位，但是调斜率时PH值无法调到9.18。此时检查复合电极内氯化钾溶液是否充足或者小橡胶塞是否打开，如全部正常则换备用复合电极重新定位调斜率，如果斜率可以调到9.18，确定复合电极老化。若换备用复合电极重新定位调试，PH值仍然不能调到9.18，可以判断PH计内部电位器出现故障。

3.3 PH值无变化，为定值

复合电极的探头部分为球壁极薄的小玻璃球，在运输及操作过程中稍不注意，很容易损坏。如果玻璃球损坏，则在校准PH计的过程中，无论是定位还是调斜率，PH值都无变化，为定值。如出现此种情况，则可查看复合电极探头部分的小玻璃球，是否破损。

3.4 测温探头与玻璃管温度表存在仪器差

每月校准PH计测温探头后，在定位调试及测量水样PH值时，用测温探头和玻璃管温度表同时测量标准缓冲溶液及水样温度，发现两个值相差1.0～2.0℃。此种情况疑为两种测量仪器感应部分材料不一致所造成，但未确定。

4 酸雨观测工作中应注意事项

（1）由于酸雨观测属于特殊观测项目，化学试剂带腐蚀性，在工作中要求观测员操作时注意自身安全，做到不将化学试剂溶液喷溅到身体及仪器设备和工作台面上。

（2）酸雨实验室一定要有稳压电源，一定要常通风并保持干燥、无尘。

（3）无样品观测时，仪器一定要断电，并用专用套盖好。

（4）安装仪器或测量样品时，一定要注意保持复合电极插头的清洁与干燥，不得用手触摸，复合电极的玻璃探头不能与任何硬物接触。

（5）酸雨观测仪器要保持清洁，观测前后要坚持用纯水清洗探头并用干净滤纸擦干，用洁净的塑料袋套好。

（6）观测仪器安放务必平稳，勿振动。

（7）清洗电极时勿将蒸馏水喷洒到PH计上，保持机器干燥。

1002-252X(2012)02-0029-02

2012-2-1

王 荣（1972-），女，黑龙江省宝清县人，东北农业大学，本科生，工程师.