酸雨觀測儀器原理及常見故障判識

王 榮，逯 瑩，劉旭升

（1.雙鴨山市氣象局，黑龍江 雙鴨山155100；2.雙鴨山市氣象局，黑龍江 雙鴨山155100；3.寧武縣氣象局，山西 寧武 037600）

酸雨觀測儀器原理及常見故障判識

王 榮1，逯 瑩2，劉旭升3

（1.雙鴨山市氣象局，黑龍江 雙鴨山155100；2.雙鴨山市氣象局，黑龍江 雙鴨山155100；3.寧武縣氣象局，山西 寧武 037600）

1 酸雨觀測儀器的基本原理

PH計是用來測量溶液PH值的儀器，實驗室常用的酸度計有雷磁25型、PHS-2型和PHS-3型等。酸雨觀測儀器測PH值的方法是電位測定法，利用溶液的電化學性質測量氫離子濃度，以確定溶液酸堿度。氫離子濃度的負對數稱為PH值。通常PH值為0～14。25℃中性水的PH值為7，PH值<7的溶液為酸性，PH值>7為堿性。

1.1 主要技術指標

酸雨觀測站使用PH計測量降水樣品的PH值，主要技術指標須符合國家標準GB/T11165-1989中0.01級PH計的有關規定和要求，部分指標如表1所列。

表1 PH計的主要技術指標

1.2 PH計的基本電路結構和工作原理

PH計主要由主機、復合電極、測溫探頭、短路插頭、電極支架和電源線等部件構成。

如果能夠準確地測量玻璃電極和待測溶液組成的 “測量化學電池”的電動勢Ex，就可以測量溶液的PH值。因此，PH計的基本結構主要包括玻璃電極和電位差測量儀表，其等效電路如圖1所示。“測量化學電池”的電動勢Ex由Nernst方程決定，其內阻Rx由玻璃電極的特性決定，另一側的測量儀表主機為高準確度的電位差計，為了保證測量的準確度，其輸入阻抗Ri應滿足Ri>>Rx的條件。

圖1 PH計的等效電路原理圖

當Ri>>Rx時，Rx對測量Ex的影響可以忽略，電位差計測得的電位差Ui等于玻璃電極產生的電動勢Ex。于是，由Nernst方程可以寫出：

式中，E0為零電位。

在實際應用的PH計中，測量儀表部分都設計了儀器零點電位調節電路，即產生一個與E0大小相等、極性相反的電位來抵消E0。在PH計的實際操作中，用已知PH值的標準緩沖溶液進行儀器的“定位”，就是要確定E0的大小，進而使式（1）簡化為：

式（2）中的斜率S 除與玻璃電極的特性有關外，還與待測溶液的溫度、電位差計的輸入特性等因素有關，需要進一步通過校準予以確定，這就是實際測量操作中用兩種已知PH值的標準緩沖溶液進行“斜率”校準的原因。由此可見，PH計采用的是比較法的測量原理，在測量樣品前，用兩種具有穩定PH值的標準緩沖溶液，對儀器進行“斜率”校準和零點“定位”。

2 酸雨儀器故障情況介紹

酸雨觀測規范中，對PH計常見故障的診斷和處理做了總結，詳見表2.

表2 PH計常見故障和診斷處理

3 酸雨觀測中出現的故障問題總結

PH計的校準需要經過中性標準緩沖溶液定位然后用酸性或堿性標準緩沖溶液調斜率兩個步驟。此處用堿性標準緩沖溶液調斜率。在PH計日常校準工作中，遇到過很多問題，現總結歸納如下：

3.1 復合電極不能定位

儀器在試運行期間，首次使用前，校準PH計測溫探頭正常，用中性緩沖溶液定位時卻無法達到6.86。重新配制標準緩沖溶液以及更換測溫探頭調試儀器，仍定不了位，故判斷出PH計主機故障，更換新PH計。

3.2 斜率調不到9.18

（1）復合電極能定位，但是斜率無法調到9.18，不停的跳變，達不到穩定值。此問題由以下幾種情況造成，復合電極內部有氣泡，可用手指輕彈使氣泡消失；復合電極老化，可更換復合電極；PH計內部電位器損壞，需送修。

（2）可以定位，但是調斜率時PH值無法調到9.18。此時檢查復合電極內氯化鉀溶液是否充足或者小橡膠塞是否打開，如全部正常則換備用復合電極重新定位調斜率，如果斜率可以調到9.18，確定復合電極老化。若換備用復合電極重新定位調試，PH值仍然不能調到9.18，可以判斷PH計內部電位器出現故障。

3.3 PH值無變化，為定值

復合電極的探頭部分為球壁極薄的小玻璃球，在運輸及操作過程中稍不注意，很容易損壞。如果玻璃球損壞，則在校準PH計的過程中，無論是定位還是調斜率，PH值都無變化，為定值。如出現此種情況，則可查看復合電極探頭部分的小玻璃球，是否破損。

3.4 測溫探頭與玻璃管溫度表存在儀器差

每月校準PH計測溫探頭后，在定位調試及測量水樣PH值時，用測溫探頭和玻璃管溫度表同時測量標準緩沖溶液及水樣溫度，發現兩個值相差1.0～2.0℃。此種情況疑為兩種測量儀器感應部分材料不一致所造成，但未確定。

4 酸雨觀測工作中應注意事項

（1）由于酸雨觀測屬于特殊觀測項目，化學試劑帶腐蝕性，在工作中要求觀測員操作時注意自身安全，做到不將化學試劑溶液噴濺到身體及儀器設備和工作臺面上。

（2）酸雨實驗室一定要有穩壓電源，一定要常通風并保持干燥、無塵。

（3）無樣品觀測時，儀器一定要斷電，并用專用套蓋好。

（4）安裝儀器或測量樣品時，一定要注意保持復合電極插頭的清潔與干燥，不得用手觸摸，復合電極的玻璃探頭不能與任何硬物接觸。

（5）酸雨觀測儀器要保持清潔，觀測前后要堅持用純水清洗探頭并用干凈濾紙擦干，用潔凈的塑料袋套好。

（6）觀測儀器安放務必平穩，勿振動。

（7）清洗電極時勿將蒸餾水噴灑到PH計上，保持機器干燥。

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

2012-2-1

王 榮（1972-），女，黑龍江省寶清縣人，東北農業大學，本科生，工程師.