PHSJ系列实验室酸度计的计量检定

胡 帆，王凌震，刘 颖，沈 瑱，杨恒祥，邹 超

(1.江苏省气象探测中心，南京 210041；2.黑龙江省气象数据中心，哈尔滨150030)

0 引言

酸度计广泛应用于工业、农业、科研和环保等领域。实验室酸度计使用一段时间后，技术性能有所改变[1，2]，因此必须定期送计量部门进行检定[3，4]。掌握酸度计的原理、使用和维护有助于更好地完成酸度计检定工作[5]。文章以本中心气象仪器计量站使用的pHC-1D型智能化酸度计检定仪检定常用的PHSJ-3F型实验室酸度计为例论述实验室酸度计检定的内容。

1 酸度计和酸度计检定仪的结构

酸度计又叫pH计，是一种用于测量液体中氢离子浓度的仪器设备，准确地说是测量氢离子活性，得出酸性、中性还是碱性数值的仪器设备。pH值并不能直接获取，而是通过标准比较法测量放入溶液中的指示电极和参比电极的电动势之差，从而确定溶液pH值。PHSJ-3F型实验室酸度计具有自动温度补偿、自动校准、自动计算电极的百分斜率等功能。

pHC-1D型酸度计检定仪的核心部件(电势发生器)采用独有技术，确保了检定仪具有高准确度、高复现性和高分辨力等优良的计量特性，全部检定项目均按国家检定规程程序化，各项检定均能按规程自动给出检定信号、自动按规程接入“高阻”、自动记录检定结果，并可按检定规程要求处理所有的数据。检定仪有提示、判错功能，操作简单，可省去现场检定时做大量的记录及繁杂计算的存储，断电后还可保存最近的20～30台检定数据，可随时调出查阅，便于开展外出检定工作。

检定仪具有自动校准功能，可用“校准”功能对零点和系统误差进行修正，从而进一步提高检定仪的准确度。检定仪采用键控电调整，校准全部由软件完成，彻底消除了可调元件磨损和形变引起的不稳定。检定仪具有设计新颖、可靠性强、体积小、便携、操作简单和性价比优的特点；除了满足各种准确度的酸度计和离子计的检定外，又可作pH示值及mV示值发生器灵活使用。检定仪可在任何酸度及温度下输出相应的电势值，3种参数均可从显示器上读出，免去计算或查表等工作。pHC-1D 型酸度计检定仪的计量性能要求如表1所示。

表1 pHC-1D 型酸度计检定仪的计量性能要求

2 实验室酸度计的检定内容

2.1 实验室酸度计检定前的准备

PHS系列台式实验室酸度计有多种型号，如PHS型和PHSJ型。文章以目前检定较多的0.01级的PHSJ-3F型为例具体说明酸度计检定仪的应用。酸度计的检定分为电计检定和电极的整机检定。电极是易耗品，需要定期更换，因此文章仅论述了检定仪在电计检定中的应用。根据JJG119-2018《实验室pH(酸度)计检定规程》的要求，实验室的环境条件是温度23 ℃±10 ℃，相对湿度≤85%。检定0.01级及其以下的酸度计的检定仪不需要预热。将检定仪与酸度计通过信号线连接，打开检定仪和酸度计的开关。检定仪自检后进入正常工作状态，除了检定酸度计温度补偿引起的示值误差以外，检定其他项目时检定仪的温度补偿调至25 ℃。PHSJ-3F型酸度计的电计检定内容包括电计pH档的示值误差、电计电压档(mV)示值误差、电计输入电流、电计输入阻抗引起的示值误差、电计温度补偿引起的示值误差和电计示值重复性等。检定前首先查看酸度计的K值，K值是指pH值每改变一个单位所引起的电动势的改变值。K是能斯特方程理论斜率，25 ℃时，K=0.059157(单位：V)。如果K<100%，应通过酸度计的自动标定等方式先将酸度计的K值恢复成K=100%，然后才能进行电计的检定。连接好检定仪与酸度计的通信线，并自检检定仪和酸度计。

2.2 实验室酸度计的检定内容

2.2.1 酸度计pH档的示值误差

首先在酸度计检定仪上选择检定电计pH档示值误差程序，再设置检定仪输出的电位值，pH一般是7.00。酸度计的pH也要调整到7.00。然后操作检定仪并完成7.00～0.00和7.00～14.00 的输入，查看并记录酸度计的显示数据。计算每个检定点的示值误差ΔpH。

(1)

2.2.2 酸度计mV档的示值误差

在检定仪上选择检定电计mV示值误差程序，即检定仪上选择mV测量模式，酸度计也选择mV测量模式。通过设置检定仪输出的正反向，输出标准电位从0.00～2000 mV，以及0.00～-2000 mV，检定仪分别输出1个来回的标准电位。示值检定点为：0 mV，±1 mV，±10 mV，±100 mV，±500 mV，±1000 mV和满量程点±2000 mV，记录酸度计的显示值。如果检定仪满量程点输出，而酸度计显示错误或无显示，此时应调低检定仪输出的电位，直到酸度计能够正常显示时，再记录检定仪和酸度计的示值。按照下列公式计算酸度计mV档的示值误差ΔE。

(2)

2.2.3 酸度计输入阻抗引起的示值误差

(3)

当检定仪在接入和断开高阻的情况下输出pH为1时，记录酸度计在检定仪高阻接入前后的示值，重复操作3次。并计算出酸度计输入阻抗引起的示值误差ΔpH′。取ΔpH和ΔpH′中的最大绝对值作为检定结果。检定规程要求：酸度计输入阻抗引起的pH示值误差不大于0.01为合格。

2.2.4 酸度计温度补偿引起的示值误差

溶液温度的变化会改变K值，引起pH的改变[6]，因此酸度计需要进行温度补偿。在检定仪上选择检定酸度计温度补偿引起的示值误差程序，按照程序化操作模式，通常在检定仪上设置温度点分别为0 ℃，10 ℃，20 ℃，50 ℃和60 ℃，酸度计也要分别设定在相同的温度点上。酸度计温度点的设置步骤如下：先按酸度计上的“设置”键；再按“▷”键；选择“温度补偿”；再选择温度补偿方式为“手动”；最后手动输入需要的温度值。在每一个检定的温度点，检定仪输出该温度下pH为13.00的标准值给酸度计，记录酸度计的示值，每个温度点重复测量2次。计算出每个温度点的温度补偿引起的示值误差ΔpHT。

(4)

2.2.5 酸度计输入电流

酸度计输入电流是指由酸度计输入端电子器件的漏电所产生的电流。输入电流会在电极内阻上产生电压降，从而造成酸度计的测量误差。在检定仪上选择检定酸度计输入电流程序，选择检定仪已经设置好的程序化操作模式，当检定仪在接入和断开高阻的情况下输出等电位pH时，记录酸度计的示值，重复测量3次。按照下列公式计算酸度计输入电流I。

(5)

式中，R表示检定仪的高阻，1 MΩ或3 MΩ，通常选择1 MΩ；pH2和pH1分别表示酸度计在断开和接入检定仪高阻时的pH；k表示能斯特方程理论斜率，25 ℃时，k=0.059157(单位：V)。检定规程要求：酸度计输入电流I不超过1×10-12A为合格。

2.2.6 酸度计的示值重复性

在检定仪上选择检定酸度计示值重复性程序，按照程序化操作，检定仪输出pH为10的标准值，酸度计在接入高阻情况下，记录示值，重复操作6次。按照以下公式计算酸度计的示值重复SpH。

(6)

3 结束语

通过对实验室酸度计的检定，可以全面掌握实验室仪器的性能。在实际工作中，由于仪器老化、操作不当等导致各种示值误差的出现甚至故障，必须定期对实验室酸度计进行检定。熟练掌握酸度计检定仪的性能以及操作使用方法能够更好地完成酸度计的检定工作。