電導(dǎo)率傳感器技術(shù)是一個非常重要的工程技術(shù)研究領(lǐng)域 ,用于對液體的電導(dǎo)率進(jìn)行測量 ,被廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)生活中 ,成為電力、 化工、 環(huán)保、 食品、 半導(dǎo)體工業(yè)、 海洋研究開發(fā)等工業(yè)生產(chǎn)與技術(shù)開發(fā)中必不可少的一種檢測與監(jiān)測裝置。電導(dǎo)率傳感器主要對工業(yè)生產(chǎn)用水、 人類生活用水、 海水特性、 電池中電解液性質(zhì)等進(jìn)行測量與檢測。
電導(dǎo)率傳感器的種類
電導(dǎo)率傳感器根據(jù)測量原理與方法的不同可以分為電極型電導(dǎo)率傳感器、電感型電導(dǎo)率傳感器以及超聲波電導(dǎo)率傳感器。
電極型電導(dǎo)率傳感器根據(jù)電解導(dǎo)電原理采用電阻測量法對電導(dǎo)率實現(xiàn)測量,其電導(dǎo)測量電極在測量過程中表現(xiàn)為一個復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng);電感型電導(dǎo)率傳感器依據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對液體電導(dǎo)率的測量;超聲波電導(dǎo)率傳感器根據(jù)超聲波在液體中變化對電導(dǎo)率進(jìn)行測量,其中以前2種傳感器應(yīng)用最為廣。
電極型電導(dǎo)率傳感器
1、兩電極型電導(dǎo)率傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與特點
兩電極型電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)池由一對電極組成,在電極上施加一恒定的電壓,電導(dǎo)池中液體電阻的變化導(dǎo)致測量電極的電流發(fā)生變化,并符合歐姆定律,用電導(dǎo)率代替電阻率,用電導(dǎo)代替金屬中的電阻,即用電導(dǎo)率和電導(dǎo)來表示液體的導(dǎo)電能力,從而實現(xiàn)液體電導(dǎo)率的測量。
目前,兩電極型電導(dǎo)率傳感器測量范圍為0~20000μS/cm,并電極常數(shù)不同具有不同的量程:電極常數(shù)為0.01/cm,測量范圍為0~20μS/cm;電極常數(shù)為0.1/cm,測量范圍為0.1-200μS/cm;電極常數(shù)為1.0/cm,測量范圍為10-20 000μS/cm。
傳統(tǒng)電極型電導(dǎo)率傳感器電極是由一對平板電極組成,電極的正對面積與距離決定了電極常數(shù)。這種電極結(jié)構(gòu)簡單,制作工藝簡單,但這種電極存在電力線邊緣效應(yīng)以及電極正對面積、電極間距難以確定等問題,電極常數(shù)不能通過尺寸測量計算得出,需要通過標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)定,最常用的一種標(biāo)準(zhǔn)溶液是0.010 0 mol/L氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液。結(jié)合電導(dǎo)池原理對平板電極進(jìn)行改進(jìn),開發(fā)出了圓柱形電極、點電極、線電極、復(fù)合電極等。
電極型電導(dǎo)率傳感器具有以下特點:1)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便;2)后續(xù)處理電路簡單、容易實現(xiàn);3)測量精度高;4)使用方便。
2、四電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與特點
四電極電導(dǎo)池由2個電流電極和2個電壓電極組成,電壓電極和電流電極同軸,測量時被測液體在2個電流電極間的縫隙中通過,電流電極兩端施加了一個交流信號并通過電流,在液體介質(zhì)里建立起電場,2個電壓電極感應(yīng)產(chǎn)生電壓,使2個電壓電極兩端的電壓保持恒定,通過2個電流電極間的電流和液體電導(dǎo)率呈線性關(guān)系。
為了滿足海洋研究開發(fā)的需要,中國國家海洋技術(shù)中心李建國對開放式四電極電導(dǎo)率傳感器展開了研究與開發(fā),成功研制了用于海水電導(dǎo)率測量的四電極電導(dǎo)率傳感器,其性能指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平:測量范圍為0~65 mS/cm;測量精度為±O.007 mS/cm。
目前成熟的四電極電導(dǎo)率傳感器其測量范圍為0—2S/cm,并且電極常數(shù)不同具有不同的測量范圍。
四電極電導(dǎo)率傳感器具有以下特點:1)電流電極同電壓電極分開,電流電極上采用恒流源供電,有效的避免了極化阻抗的影響;2)靈敏度高、抗污染能力強;3)四電極電導(dǎo)池具有超微結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流空間大、距離短,適于長期現(xiàn)場測量。
3、電極型電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用
電極型電導(dǎo)率傳感器被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活以及軍事領(lǐng)域:1)人類飲用水水質(zhì)的監(jiān)測;2)工業(yè)用水水質(zhì)監(jiān)測;3)蓄電池電解液密度的監(jiān)測;4)電解制氧、制氫裝置中水質(zhì)的監(jiān)測;5)海洋測量、海洋資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測。
4、電極型電導(dǎo)率傳感器關(guān)鍵技術(shù)
1)電極極化效應(yīng)的消除
為降低電極極化帶來的測量偏差,通常采取提高供電電源的頻率、電極極板涂鉑黑、加大極板面積等方法。
2)電容效應(yīng)的消除
為了消除電容效應(yīng),提高測量靈敏度,通常采取2種方法:一是加大液體電阻,這種方法不容易實現(xiàn);二是提高頻率,降低電容容抗。但頻率的提高會受到一定的限制,一般是高阻時采用低頻,低阻采用高頻。
3)多電極電導(dǎo)池設(shè)計制作
多電極電導(dǎo)池要求每對電極保持嚴(yán)格對稱,并相對其他電極的距離固定,這對電極基座的加工提出了很高的要求。電極基座多采用高性能陶瓷材料制作,電極材料多采用高性能金屬材料,二者膨脹系數(shù)存在較大差異,造成電極的燒結(jié)、封裝困難。通常采用中間溫度系數(shù)的過渡材料進(jìn)行燒結(jié),封裝,但效果不是十分理想。
5、電極型電導(dǎo)率傳感器未來發(fā)展趨勢
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