비저항(Resistivity) 측정과 전기 전도도(Conductivity)

비저항(Resistivity) 측정과 전기 전도도(Conductivity)

전기적인 전도도와 저항은 비교적 순도가 높은 물에 대한 패러미터로서 일반적으로 사용되고 있다. 전도는 microsimens per centimeterr(uS/cm)로 표현되며 원수 및 일차 정제수의 수질 측정에 사용된다. 저항은 전도도의 역수이며 megohm-centimeters(㏁․ cm)로 표현된다. 물 속에서 무기염은 양이온과 음이온으로 구성되어 있으며 물 속 개의 전극에 전압을 가하면 전류를 발생시킨다 이 때 물속에 이온이 많을수록 전류가 많아지며 따라서 전도도가 커지게 되고 반대로 저항은 작아지게 된다. Conductivity values of less than 2 uS/cm 이하의 전도도값은 반드시 온라인으로 측정되어야 한다. 그렇지 않으면 고순도의 물은 주위 환경으로부터, 특히 이산화탄소와 같은 불순물을 급속도로 흡수하게 되어 결과적으로 전도도가 급속하게 올라가게 된다.

온도의 중요성

전도도와 저항은 온도에 영향을 받는다. 25℃에서 완전히 순수한 물은 수소 이온(H+) 과 수산이온(OH-) 의 존재 때문에 18.2㏁․cm(전도도 환산하면 0.055 uS/cm)의 저항을 가진다. 수온이 올라가면 전도도는 올라가고, 저항은 떨어진다.이것은 정제된 물이 오염되어서 그런것이 아니다.

수온이 1℃ 올라가게 되면 일반적인 물의 전도도는 약 2%올라가고, 반면 초순수의 경우에는 6% 까지 올라간다. 따라서 일반적으로 모든 전도도와 저항 값은 수온이 25℃에서의값으로 보정하여 나타낸다. 이것은 정교한 전도도계일 경우에는 자동적으로 보정되며 이것은 실제적인 모든 업무에서 필수불가결한 것이다. D/I(Deionized) Water 란 물리적 또는 화학적 메카니즘을 이용하여 수중에 존재하는 금속이온 및 비금속이온 등의 전해질을 제거한 물을 말하고 있으며, 그러므로 미량 잔류된 전해질을 각 이온별로 ppm으로 표기하기는 어려움이 따르고 그 측정 오차 범위가 크다. 따라서 D/I Water의 순도 표기에 있어서 다음과 같은 두 가지의 단위가 적용된다.

(Resistivity, : ㎲/cm) 저항값 단위 메가오옴

D/I Water 에 특정한 간극을 유지하고 전류를 가하여 이때 발생되는 부도전율을 저항값 (㏁/cm : 메가오옴) 으로 표기함으로서 전해질의 제거 정도를 판단하는 방법이다.​

(Conductivity, :㎲/cm) 전도도 단위 마이크로시멘스

D/I Water에 특정한 간극을 유지하고 전류를 가하여 이때 발생되는 도전율을 전도도 (㎲/cm : 마이크로시멘스)로 표기함으로서 전해질의 함유 정도를 판단하는 방법이다 그러므로 저항 값과 전도도는 서로 역수 관계가 성립되며 그 수치의 환산에 있어 다음과 같은 등식이 주어진다.

참고:

1 ㏁ /cm((1,000,000 Ω/cm) = 1㎲/cm가 표준 환산 지표로 여기서 부터 역수 관계가 성립됨.

전도도를 저항값으로 환산할 경우.

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표준저항값 전도도 저항값 (1,000,000 Ω/cm) ÷ (㎲ /cm) = ( Ω/cm)

ex) 전도도 0.1㎲ /cm 일때,

1,000,000Ω /cm÷ 0.1 ㎲/cm = 10,000,000 /cm (10 ㏁/cm)

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저항값을 전도도로 환산할 경우.

표준저항값 (1,000,000 Ω/cm) ÷ 저항값( Ω/cm) = 전도도 (㎲/cm)

ex) 저항값10 ㏁/cm (10,000,000 Ω/cm)일때,

1,000,000 Ω/cm ÷ 10,000,000 Ω/cm = 0.1( ㎲/cm)

​※ ㏁ D/I Water 순도의 최대치는 저항값으로18.2 ㏁/cm 정도이며 이를 전도도로 환산하면 0.055㎲/cm 임을 참고하시기 바랍니다. 따라서 D/I Water의 사용 용도에 따라 적용되는 순도가 다소차이가 있을수 있습니다.

 

​ Resistivity(㏁․cm) ​	0.1	1.0	10.0	15.0	18.2
​ Conductivity(㎲/cm) ​	10.0	1.0	0.1	0.067	0.055

 

측정원리

전기전도도는 용액이 전류를 운반할 수 있는 정도를 말하며 용액중의 이온세기를 신속하게 평가할 수 있는 항목으로서 전기저항의 역수 ohm -1 또는 mho로 나타내나 현재는 국제적으로 S(Siemens)단위가 통용되고 있다. 측정원리는 용액에 담겨있는 2개의 전극에 일정한 전압을 가해주면 가한 전압이 전류를 흐르게 하며,이때 흐르는 전류의 크기는 용액의 전도도에 의존한다는 사실을 이용한 것으로 어떤 전도체에 저항 R은 

​

R(Ω ) = ( ρ · ℓ ) / A

과 같은 식으로 표시할 수 있는데 여기에서 ρ는 저항도(Ω·㎝)이고 ℓ은 두 전극간의 거리(㎝),A는 단면적(㎠) 이므로 전기전도도L은 

​

L = 1/R = (A / ℓ ) K 

가 된다 여기에서 K(= 1/ρ )는 비전도도 (mho.㎝)이며 동일 측정계를 사용할 경우 셀의 규격은 일정하므로 두 전극간의 거리와 단면적은 무시할 수 있다.

 

따라서 측정결과는 측정된 시료의 전기전도도 값(mho) 에 셀정수(㎝-1)를 곱하여 시료의 전기 전도도값 (μ mhos/㎝) 으로 표시한다.

그러나 현재는 국제단위계인 mS/m (millisimens/meter) 또한 μS/ ㎝ (microsimens/centimeter) 단위로 측정결과를 표기하고 있으며 여기에서 mS/m= 10 μ S/㎝ (또는10 μ mhos/㎝)이다. 또한 전기전도도는 온도차에 의한 영향 (약 2%/℃) 이 크므로 측정결과 값의 통일을 기하기 위하여 25 ℃ 에서의 값으로 환산하여 기록한다

 

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