林國輝 / 福建省計(jì)量科學(xué)研究院

直讀式測鈣儀的測試與檢定*

林國輝 / 福建省計(jì)量科學(xué)研究院

介紹了直讀式測鈣儀在施工現(xiàn)場的重要應(yīng)用，闡述了儀器測量原理以及在使用過程中電極的活化方法和性能測試方法，介紹了儀器毫伏檔和整機(jī)性能的檢定測試方法及指標(biāo)判定，簡述了氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法。

測鈣儀；原理；電極性能；測試；檢定

0 引言

直讀式測鈣儀主要用于測定石灰石中有效氧化鈣含量、石灰劑量和水泥劑量等。在工程施工中，水泥穩(wěn)定土或石灰穩(wěn)定土拌和均勻程度和摻入的劑量直接影響工程質(zhì)量。石灰的質(zhì)量取決于其中氧化鈣和氧化鎂的含量。在二氧化碳和水分的作用下，氧化鈣逐漸生成碳酸鈣，氧化鎂生成碳酸鎂，使得石灰中有效成分逐漸減少。快速有效地測定水泥或石灰劑量以及石灰中有效氧化鈣的含量對(duì)施工現(xiàn)場具有重要的指導(dǎo)作用。

1 測量原理

石灰中的主要成分氧化鈣與水作用生成氫氧化鈣，水泥中的主要成分有硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣及少量石膏，加水?dāng)嚢韬?，硅酸三鈣水化生成氫氧化鈣。然而氫氧化鈣難溶于水，但在氯化銨溶液中溶解度大大提高，氫氧化鈣游離出鈣離子。鈣離子的濃度與石灰中有效鈣的含量呈正比，鈣離子選擇電極可以快速測出溶液中游離的鈣離子含量，從而可以計(jì)算得知水泥或石灰的劑量當(dāng)量。

2 電極性能測試

2.1 電極活化

鈣離子選擇電極和參比電極的結(jié)構(gòu)如圖1所示。鈣電極首次使用應(yīng)提前一天向內(nèi)管中加入氯化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，將內(nèi)參比電極從套管中取出，滴加10-1mol/L氯化鈣溶液15滴左右。在每天測定前，鈣電極放入10-2mol/L氯化鈣溶液浸泡2 h，使電極充分活化。參比電極使用前，應(yīng)先檢查內(nèi)液面是否浸沒上部甘汞芯子，若液面偏低可以從加液口加入飽和氯化鉀溶液，測定時(shí)應(yīng)注意將加液口和下端的皮套取下。

圖1 鈣離子選擇電極和參比電極結(jié)構(gòu)

2.2 電極性能自查

對(duì)于新購置電極或電極較長時(shí)間未使用時(shí)，應(yīng)對(duì)電極性能進(jìn)行自查。觀察鈣電極底部的PVC薄膜是否為白色，若變黃或變黑，則需更換，必要時(shí)需進(jìn)一步自查。用0.1 mol/L的氯化鈉溶液代替蒸餾水配制10-1、10-2mol/L的氯化鈣溶液。將儀器置于毫伏檔下，將電極活化好后，分別測量兩種溶液的電位E1和E2。E1-E2應(yīng)大于25mV，若不滿足，則說明需要更換電極。

3 儀器檢定

3.1 毫伏檔檢定

圖2 毫伏檔檢定連接

根據(jù)圖2連接好線路后，將測鈣儀開關(guān)調(diào)節(jié)到毫伏檔，調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)電位發(fā)生裝置，使其輸出0mV電位信號(hào)，通過“校準(zhǔn)1”檔將儀器示值調(diào)到0mV；分別測量±1mV，±2mV，±5mV，±10mV，±20mV，±50mV，±100mV，… ，±m(xù)V滿量程。

△E—儀器示值誤差

儀器在測量鈣離子濃度時(shí)，通過鈣電極將溶液中的濃度值轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。只有保證儀器主機(jī)較高準(zhǔn)確度時(shí)，測量過程中示值誤差才能得到更好控制。參考JJG 757-2007《離子計(jì)檢定規(guī)程》對(duì)主機(jī)的要求，結(jié)合測鈣儀自身特點(diǎn)，認(rèn)為毫伏檔的示值誤差△E應(yīng)不超過±0.5%FS。

3.2 儀器整機(jī)檢定

3.2.1 氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

在本研究方法中，用中國計(jì)量科學(xué)研究院生產(chǎn)的碳酸鈣固體一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來配制氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液。已知碳酸鈣分子量為100，氧化鈣分子量為56，如需要10 g氧化鈣，根據(jù)反應(yīng)方程式CaCO3→CaO+CO2計(jì)算，需要17.857 g碳酸鈣。稱取上述碳酸鈣的量，加酸溶解后，用蒸餾水定容至1 000 mL，即可得到1%的氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液。稱取10 g石灰，加氯化銨溶解并定容至200 mL，則石灰的濃度為5%。用鈣電極測量上述兩個(gè)溶液的毫伏值，結(jié)果顯示相同。用同樣的方法配制4%的氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液和20%石灰濃度的溶液，其毫伏值也相同。可以得出1.0%氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于石灰中有效氧化鈣的當(dāng)量為20%；4%的氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)于石灰中有效氧化鈣的當(dāng)量為80%。

3.2.2 儀器配套檢定

將儀器調(diào)到氧化鈣校準(zhǔn)模式，把已活化的鈣電極和甘汞電極放入當(dāng)量濃度為20%的氧化鈣溶液中，通過“校準(zhǔn)1”將儀器數(shù)值調(diào)到20%。用當(dāng)量濃度為80%的溶液通過“校準(zhǔn)2”將儀器數(shù)值調(diào)到80%。儀器校準(zhǔn)完畢后，分別測量當(dāng)量濃度為20%，40%，60%和80%的氧化鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測量三次，按式（2）計(jì)算示值誤差：

△C—示值誤差

測量鈣離子濃度時(shí)較容易受到溶液中其他因素的影響，其測量的準(zhǔn)確度有所下降。參照J(rèn)TJ 057 -1994《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)施工現(xiàn)場氧化鈣濃度測量要求，考慮到測鈣儀實(shí)際應(yīng)用要求及鈣離子自身測量特點(diǎn)，認(rèn)為其示值誤差不應(yīng)超過±4%。

5 結(jié)語

直讀式測鈣儀能夠快速有效地測定石灰中有效氧化鈣含量，測得石灰劑量和水泥劑量，與蔗糖法等傳統(tǒng)試驗(yàn)方法相比，具有快速高效便捷等優(yōu)點(diǎn)。但目前部分儀器性能不是特別穩(wěn)定，為保證能為施工現(xiàn)場提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故需定期對(duì)儀器的電極和整機(jī)性能進(jìn)行測試和檢定。

[1]全國物理化學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJG 757-2007 [S].北京：中國計(jì)量出版社，2007.

[2]秦若云.用SG-6多功能直讀式測鈣儀快速測定石灰中有效鈣含量[J].公路交通科技，1998，15（4）:27-30.

[3]交通部公路科學(xué)研究所.JTJ 057-1994 [S].北京：人民交通出版社，1994.

The test and verification of direct reading meter for calcuim

Lin Guohui
（Fujian Metrology Institute）

The article introduces the important application of direct reading meter for calcuim at job location,and elaborates the instrument measuring principle and the method of ativation and performance testing of electrode.The paper introduces verification method and index judgment ofmV pigeonholes and apparatus performance,and summarize the method of preparation for CaO standard solution

direct reading meter for calcuim;principle;electrode performance;measurement;verification

福建省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局科研項(xiàng)目（FJQI2014017）