《流程工业》水处理专刊于2013 年特别策划“水质监测检测仪表论坛”，上两期专刊中我们分别对“ pH仪”和“浊度仪”进行了大讨论，本期专刊中我们将围绕“电导率仪”展开讨论，海水淡化、工业超纯水、工业废水等水处理领域，都需要监测检测电导率值，用以反应和监控水处理工程项目和水处理设备的运行状况。

本期论坛特邀梅特勒- 托利多过程分析部项目经理王伟和首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部自动化系统工程师王建东，即电导率仪的知名生产厂商代表和电导率仪的终端用户共同探讨电导率仪的技术发展和工程应用中存在的问题。

“电导率仪”厂商之声

访梅特勒-托利多过程分析部项目经理王伟

PROCESS：王经理，请您介绍一下电导率分析技术在水处理应用领域中的发展情况？

王伟：电导率作为应用最为普及的水质分析参数之一，已经广泛应用于工业领域的各种水质和液体分析检测。梅特勒-托利多作为一家全球领先的水质分析仪表制造商，积极推动包括电导率在内的各种水质分析技术的创新和变革。纵观整个水质电导率分析技术发展历史，1964年是一个关键节点，这一年，梅特勒- 托利多的Richard Thornton博士发明了全球第一根同轴两电极的钛合金电导率传感器，在这之前，电导率传感器采用玻璃/ 铂的平行板结构，该结构的电导率传感器测量精度差、需要频繁进行校准、不能适应工业领域的各种苛刻应用环境。Thornton博士发明同轴两电极电导率传感器后，上述问题迎刃而解，电导率分析技术变得非常可靠、便捷，应用场所也从实验室里迅速发展延伸至各种工业应用场合，即便是今天，我们非常自豪地讲：水处理领域的绝大多数工业电导率传感器依旧沿用这种同轴两电极的结构设计。伴随着全球电子半导体工业的飞速发展，梅特勒- 托利多又于上世纪八十年代推出了第一台集成自动温度补偿的电导率分析仪，并对外公布了精确的超纯水温度补偿曲线（light84ASTM1125），即便在科学技术发展日新月异的今天，该温度补偿曲线依旧被各个电导率分析仪制造商所广泛采用。精确的温度补偿使得电导率测量精度得到大幅提高，为电导率分析仪器成功应用于水处理工业领域的各种水质监测和自动化控制提供了有力保障。

王伟，梅特勒- 托利多过程分析部项目经理，2000年毕业于华东理工大学，化学工程与工艺专业，2007年加入梅特勒- 托利多，至今负责过程检测部水处理和电力行业的市场开发和推广

PROCESS ：梅特勒- 托利多在水处理特别是超纯水制备领域享有盛誉，梅特勒- 托利多电导率分析产品在该领域具有哪些核心竞争优势？

王伟：伴随着工业技术的发展进步，特别是上世纪八、九十年代源于美国的半导体产业技术革命，工业超纯水水处理技术在过去的三十多年里发生了翻天覆地的变化，一方面是反渗透、超滤、EDI等新型水处理技术在各个工业水处理领域被广泛应用，水处理技术及其产业在世界范围内经历了飞速发展的黄金二十年；另一方面是半导体、制药等工业领域对超纯水品质的要求不断提高，有些特定工业领域的超纯水水质要求甚至已经非常接近理论的超纯水水质（25℃时，电导率为0.0554μS/cm）；广大工业超纯水用户对水质监测近乎苛刻，因此应用于超纯水领域的电导率分析仪在准确性和稳定性方面面临巨大挑战。梅特勒- 托利多作为享誉全球的超纯水电导率分析仪器供应商，核心技术竞争优势在于：

电导率传感器：电导率传感器作为电导率分析仪器中的核心部件，对于超纯水电导率测量而言非常关键，对于电导率测量而言，准确的电极常数非常关键，梅特勒- 托利多的每根电导率传感器在出厂时都会利用我们独有的gold points和gold loop系统（标准电导率传感器和标准超纯水系统）在不同的操作温度条件下进行严格的出厂校准和电极常数标定，从而确保每根电导率传感器针对超纯水测量都具备最精确的电极常数以及最稳定的测量性能。

温度补偿： 对于应用于超纯水测量的电导率分析仪而言，由于超纯水电导率受温度影响较大，通常而言，超纯水电导率随温度的变化系数约为3~7%/℃ , 因此，对于准确的超纯水电导率测量而言，其前提是能够及时、准确地测量温度并进行精确的超纯水电导率温度补偿，这就要求超纯水电导率传感器必须内置有准确的温度传感器，可以及时准确测量样品的温度变化以便仪器系统可以进行精准的超纯水温度补偿，进而消除温度变化对电导率测量的影响。梅特勒- 托利多的电导率分析系统内置有精确温度传感器以及全球最精准的温度补偿计算模型，可以对超纯水电导率测量进行精确的温度补偿。

信号传输：在传统的电导率测量过程中，电导率传感器到变送器的电缆长度、实际测量范围、周围环境电磁干扰、变送器、传感器和测量介质接地等一些列因素都会或多或少地影响测量信号的准确传输，从而最终影响电导率测量结果的准确性。梅特勒- 托利多的Unicond电导率测量技术采用数字信号进行测量信号传输，彻底消除上述因素导致电导率测量准确性下降。

PROCESS：请您介绍一下贵公司最先进的电导率测量技术？他们相对于其他产品有哪些技术突破？

王伟：我们现在拥有全球最为先进的智能传感器技术和Unicond 电导率测量系统，智能传感器技术采用相对全新的理念将测量回路、校准数据记忆存储、模拟至数字转换和预判式诊断数学模型集成至电导率传感器本体里。和其他电导率测量系统相比较其主要优势在于：测量回路内置于传感器内部只有固定的区区几个毫米的传输距离，因此可以更好地加以控制，进而极大地改善了测量条件确保电导率测量回路稳定不变；传感器的校准数据储存于传感器本体里的存储器中，因此杜绝了和变送器之间的错误匹配现象；稳定的数字信号可以在绝对不影响精度的条件下进行长距离传输；内置的存储记忆装置还可以提供传感器温度和测量范围随时间变化的实时记录，因此可以真实预测传感器的维护和更换需求。

电导率测量通过交流电压对传感器电极供电，并且含有一个温度测量。将电极和测量回路集成在一起的一个明显优势在于二者之间的接线距离缩减至几毫米并且固定密封至传感器体内。相比之下，传统的过程电导率测量必须处理从传感器到变送器之间各种长度的模拟信号电缆，通常为 5~50m。（当然，也有必要通过相同的距离获得信号，但是采用集成的传感器，数字形式更为稳定。）通过非常短并且固定的模拟信号布线，电缆电容问题迎刃而解。这不仅可以防止低电导率时由于交流电通过电缆容抗漏电问题导致测量误差，而且还有助于对测量参数进行更紧密的控制。对于极化效应处理的大幅改善，电导率传感器的测量上限得到大幅延伸。凭借该技术，电导率量程范围突破先前限制得以大幅拓展，单款集成电导率传感器采用全面的自动内部量程调节，现在可以精确测量从超纯水到50000μS/cm的电导率范围。对于传统的电导率测量系统，传感器和变送器的测量回路单独进行出厂校准，分别赋予一定的精度或者误差极限。这两个误差极限加在一起来确定最糟糕场合的测量误差。此外，由于非常长的电缆、糟糕的接线经验或者电气干扰等安装条件也可能会导致误差产生。但是，对于集成传感器而言，传感器和测量回路是不可分离的，它们作为一个整体系统同时进行出厂校准，只有一个误差极限，如同一个传统的模拟传感器。数字化的显示仪表将实现零误差。此外，由于现场没有任何额外变化导致性能下降，惟一的出厂校准精度和安装精度一致。

梅特勒- 托利多全新的UniCond 电导率检测技术使得一款电导率传感器可以涵盖从海水到超纯水的宽广有效量程范围，同时测量结果精确度比传统的模拟电导率传感器提升至少33%， 更加稳定，操作也更加便捷、人性化。

PROCESS ：未来，电导率仪的发展趋势是怎样的？

王伟：首先，未来的电导率仪性能应该更加卓越并可以覆盖更广阔的量程范围，比如，今天，我们测量纯水、海水、酸碱溶液、有机溶剂，需要选择不同型号和结构的电导率仪，但未来一款电导率就可以满足上述所有测量范围要求，就像我们的Unicond 电导率传感器，在保证测量准确性的条件下，可用于测量从海水到超纯水的广阔量程范围。

另外，未来的电导率仪对于用户而言，功能性和兼容性会更好，一台电导率仪能够同时监测多个不同样品的电导率，也可以一台电导率仪同时监测样品的电导率、pH、ORP、TOC、DO等不同水质参数。今天，我们通过多参数和多通道仪表平台来实现上述功能，但未来的电导率仪会发展变成“水质分析仪”，他可以根据用户需要，测量显示用户需要的任意参数和结果。

最后，未来的电导率仪人机界面会更加友好，用户可以从电导率仪了解任意感兴趣的信息，例如，仪器可以告诉用户过去任意时间段被测介质电导率的变化趋势；提醒用户什么时间需要对仪器进行校准和维护；对帮助用户测量结果的准确性，告知用户测量结果的不确定度是多少，是什么导致的测量不确定因素，应该如何加以修正等。总之，未来的电导率仪会非常关注用户体验，加强人机交互通功能。

“电导率仪”用户之声

访首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部自动化系统工程师王建东

PROCESS ：唐山曹妃甸海水淡化工艺流程中的哪些地方需要监测检测电导率？

王建东：首钢京唐公司海水淡化采用的是热法工艺，即低温多效蒸馏法来制取除盐水，供给整个厂区除盐水管网，以满足公司各部门对除盐水的需求。在该工艺流程中，海水淡化装置（也称主体）以来自发电机组锅炉的蒸汽作为汽源，蒸汽通过海淡主体各效时与海水进行热量交换，使蒸发- 冷凝过程在所有效段中反复进行，每一效产出相当量的蒸馏水，第一效的蒸馏水被收集返回蒸汽发生地即锅炉系统，称作冷凝水；其他各效产生的蒸馏水自流至末效冷凝器，与其中的蒸馏水被共同收集得到产品水，用于对蒸汽进行减温的减温水称为服务水。

京唐公司目前共建海水淡化装置4套，在每套淡化装置上装有3 个电导率分析仪，一个装在蒸馏水出口用于监测蒸馏水，即产品水的电导率；一个装在冷凝水的出口，用于测量蒸汽冷凝水的电导率；一个装在减温水水箱上，监测服务水的电导率。

PROCESS ：监测检测到的电导率值对于海水淡化工程运行与维护起到哪些作用？

王建东：京唐公司的除盐水管网设计要求电导率＜ 10μS/cm，且国家规定纯水的电导率也要求＜ 10μS/cm。产品水电导率是产品水的重要质量指标，根据工艺要求，产品水电导率要求＜ 10μS/cm，监测产品水电导率起到如下作用：

●监测产品水电导率可及时发现泄漏点，防止海水进入产品水，确保产品水质量；

●保证除盐水管网水质，保证除盐水用户如炼铁、炼钢、轧钢等部门产品质量和设备安全；

●保证锅炉用户对水质的要求，防止锅炉管壁、汽包结垢，保证锅炉安全和热交换效率；

●对于海水淡化装置本身而言，电导率过高，也影响闪蒸时的效果，降低造水比，保证电导率合格，同时也保证了主体设备的稳定运行。

冷凝水是返回到电站锅炉的，对水的电导率要求较高。海淡主体产出的冷凝水也必须保证不超过10μS/cm 才能送回锅炉实现循环利用，否则锅炉结垢，一是浪费热能，另外影响出气量，也容易引起事故。当满足要求＜ 10μS/cm时冷凝水回收，大于时则要排出，防止事故发生。

而作为对蒸汽减温的服务水，同样来自除盐水管网，减温后的蒸汽直接进入主体的第一效，参加闪蒸，服务水的电导率高，也将影响冷凝水的电导率，因此监测服务水的电导率也是必要的。

海水淡化的正常运行，可发挥京唐公司靠海的优势，对公司的降本增效、循环经济等都具有重要意义。监测电导率对于海水淡化运行与维护起着重要作用。电导率是否正常直接关系着海淡主体是否能够正常稳定运行，进而关系到发电、锅炉系统及各用户能否正常稳定运行。因此在生产运行中必须实时对成品水、冷凝水、服务水电导率进行监测，及时调整工况，使电导率符合要求，进而保证产量、质量，满足用户需求。

PROCESS：目前，唐山曹妃甸海水淡化厂使用哪种品牌的电导率仪，该品牌电导率仪给海水淡化厂一线工程人员带来哪些良好的应用体验？

王建东：目前，在海水淡化中主要使用的是美国Hach公司的电导率分析仪。此品牌型号的电导率分析仪在海水淡化厂中经过了近五年的使用，能够快速准确地检测出产品水、冷凝水和服务水的电导率，为海淡的生产运行和设备维护提供了准确的电导率数据，保证了整个海水淡化系统的安全稳定生产，也为公司的除盐水用水安全提供了保证。

该电导率分析仪运行稳定，利用标准电导率溶液可以实现自动化标定，而且在运行过程中没有发生过重大设备故障，日常维护简单，防水密封性能好，带给海淡设备维护人员很大的方便。

PROCESS ：您觉得水处理用电导率仪在哪些方面还有待提高？

王建东：电导率分析仪也有需要进一步改善和提高的地方。电导率分析仪探头是易损件，需要重点检查或更换，增加了设备维护成本，而且还可能会影响到电导率检测的准确度，甚至会影响生产，因此需要开发寿命更长、性能更可靠的电导率传感器探头。

电导率的测量受温度的影响，主要的温度补偿办法有恒温法、手动温度补偿法、自动温度补偿法，由于海水淡化的管道较多，对电导率的测量电极有严重的污染，所以我们认为在以后的电导率在线仪表开发中，其温度的自动补偿、频率法的高精度测量、电极的自清洗、电导率的自动定期标定将是电导率在线仪表发展开发的重点。