一、輸入阻抗
用pH計(jì)測(cè)量溶液的酸度時(shí)，玻璃電極和甘汞電極在溶液中組成了化學(xué)原電池。它具有電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r。因此，pH計(jì)的輸入阻抗和原電池的內(nèi)阻就可以等效，如圖1所示。
<CTSM>圖1等效電路圖</CTSM>
圖1中，E表示原電池的電動(dòng)勢(shì)，它的數(shù)值同被測(cè)溶液pH值等有關(guān)；r表示原電池的內(nèi)阻，它由3部分組成，主要由pH計(jì)玻璃電極的內(nèi)阻(108Ω左右)所決定；甘汞電極的內(nèi)阻為104Ω左右；被測(cè)溶液的內(nèi)阻為(103～105)Ω。R表示pH計(jì)的輸入阻抗，它是pH計(jì)輸入端各部分元器件電阻的并聯(lián)值。
從圖1中可以看出，原電池內(nèi)阻r同輸入阻抗R是串聯(lián)關(guān)系。根據(jù)串聯(lián)電阻分壓原理可知，當(dāng)原電池內(nèi)阻r為109Ω時(shí)，pH計(jì)的輸入阻抗應(yīng)比原電池內(nèi)阻大1000倍以上，也就是在1012Ω以上。因此，就能忽略原電池r上壓降的影響，使得進(jìn)入pH計(jì)輸入端的電壓接近原電池電動(dòng)勢(shì)E。
當(dāng)pH計(jì)的輸入阻抗不夠大時(shí)，如果其輸入阻抗同原電池內(nèi)阻相等，原電池中就會(huì)有一半壓降降在內(nèi)阻上，pH計(jì)上顯示的數(shù)值僅為原電池電動(dòng)勢(shì)的一半。即使pH計(jì)輸入阻抗比原電池內(nèi)阻大一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，pH計(jì)在測(cè)量時(shí)也還會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)的現(xiàn)象。這是因?yàn)閜H計(jì)的輸入阻抗和原電池的內(nèi)阻并非都是一個(gè)完全穩(wěn)定的常數(shù)，它們是隨著環(huán)境溫度和濕度等變化的。
所謂pH計(jì)的輸入阻抗，就是從pH計(jì)的兩個(gè)輸入端看進(jìn)去所呈現(xiàn)的阻抗。pH計(jì)的輸入阻抗不僅與其輸入端高阻抗管有關(guān)，還與輸入端的讀數(shù)開關(guān)、玻璃電極插孔、輸入屏蔽線的絕緣電阻和輸入端濾波電容漏電阻有關(guān)。因?yàn)閺脑砩险f，它們的絕緣電阻都與輸入端高阻抗管是并聯(lián)關(guān)系。如讀數(shù)開關(guān)和玻璃電極插孔都安裝在pH計(jì)的機(jī)殼中，它們和機(jī)殼之間都有一個(gè)漏電阻。電極上的電壓信號(hào)是通過屏蔽線進(jìn)入到高阻抗管的輸入端的，輸入端濾波電容也是接地的，因此，它們的絕緣電阻或漏電阻起碼要比高阻抗管的阻抗大兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上。如果上述元器件中有一個(gè)絕緣電阻達(dá)不到要求，就會(huì)影響pH計(jì)的輸入阻抗。
如果上述元器件受污染，就要進(jìn)行清洗。清洗溶劑應(yīng)用乙醚而不是乙醇，清洗后要用電吹風(fēng)將它們烘干，通過清洗后的元器件絕緣電阻一般都能達(dá)到要求。
二、pH計(jì)輸入阻抗的測(cè)量方法
pH計(jì)的輸入阻抗無法直接測(cè)量，可用間接測(cè)量法得到。測(cè)量線路如圖2所示。
<CTSM>圖2測(cè)量線路圖</CTSM>
R取1000MΩ，從電位差計(jì)向pH計(jì)輸入電壓E0，在開關(guān)K接通(R短路)的情況下，用pH計(jì)測(cè)得的毫伏值為E0；再斷開開關(guān)K，R接通，pH計(jì)測(cè)得的毫伏值為Ei，則可得到下列公式:
Ei=(Ri×E0)/(R+Ri)(1)
式中:Ri——pH計(jì)的輸入電阻。
由式(1)可得到
Ri=(R×Ei)/(E0-Ei)(2)
三、計(jì)算實(shí)例
選一臺(tái)0.01級(jí)pH計(jì)，按圖2所示接線。R取1000MΩ，從電位差計(jì)向pH計(jì)輸入電壓300mV，在開關(guān)K接通(R短路)的情況下，pH計(jì)的示值為300.0mV；再斷開開關(guān)K(R接通)，pH計(jì)的示值為299.8mV。將測(cè)得的數(shù)據(jù)代入式(2)，可得
Ri=(R×Ei)/(E0-Ei)，Ri=1.50×1012Ω
注：華南標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)-國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采購(gòu)平臺(tái)
