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TECHNICAL ARTICLES常規(guī)電導(dǎo)率傳感器的測量原理基于物質(zhì)導(dǎo)電能力與離子濃度的關(guān)系,核心是通過測量溶液中離子對電流的傳導(dǎo)能力來間接反映電導(dǎo)率(單位:S/m 或 μS/cm)。以下是其具體原理的詳細(xì)解析:
一、基本原理:歐姆定律的應(yīng)用
電導(dǎo)率(σ)是衡量物質(zhì)導(dǎo)電能力的物理量,計算公式為:
σ = G × (L/A)
其中:
G 為電導(dǎo)(電阻的倒數(shù),單位 S),即溶液傳導(dǎo)電流的能力;
L/A 為電極常數(shù)(單位 m?1),由電極的幾何形狀決定(L 為兩電極間距,A 為電極面積)。
傳感器通過測量溶液的電導(dǎo)(G),結(jié)合已知的電極常數(shù)(L/A),即可計算出電導(dǎo)率(σ)。
二、核心測量方式:電極法
常規(guī)電導(dǎo)率傳感器主要采用兩極式電極,其測量過程如下:
施加交變電壓:向浸入溶液的兩個電極施加低頻交變電壓(通常 100~1000Hz)。
采用交變電壓的目的:避免直流電導(dǎo)致電極發(fā)生電解反應(yīng)(如水中 H?、OH?放電產(chǎn)生氣泡),影響測量精度。
測量電流:溶液中的離子(如 Na?、Cl?等)在電場作用下定向移動,形成電流。傳感器通過測量此時的電流大小,結(jié)合施加的電壓,根據(jù)歐姆定律(I=U/R)計算出溶液的電阻(R),進(jìn)而得到電導(dǎo)(G=1/R)。
計算電導(dǎo)率:根據(jù) σ = G × (L/A),代入測量得到的電導(dǎo)(G)和電極常數(shù)(出廠前校準(zhǔn)確定),最終輸出電導(dǎo)率值。
三、關(guān)鍵影響因素
離子濃度:濃度越高,離子數(shù)量越多,電導(dǎo)率越大(但高濃度時可能因離子間相互作用,電導(dǎo)率增長變緩)。
溫度:大多數(shù)溶液的電導(dǎo)率隨溫度升高而增大(離子運(yùn)動速率加快),因此傳感器通常內(nèi)置溫度探頭,通過補(bǔ)償算法將測量值修正為標(biāo)準(zhǔn)溫度(如 25℃)下的電導(dǎo)率。
電極污染:電極表面吸附雜質(zhì)(如有機(jī)物、沉淀)會增加接觸電阻,導(dǎo)致測量誤差,因此需定期清潔或校準(zhǔn)。
四、適用場景與局限性
適用場景:常用于水質(zhì)監(jiān)測(如飲用水、污水、泳池水)、化工生產(chǎn)中溶液濃度控制等。
局限性:對高純度水(如超純水,離子濃度極低)測量精度較低,需采用更靈敏的四電極法或電磁感應(yīng)法傳感器。
綜上,常規(guī)電導(dǎo)率傳感器通過測量溶液中離子的導(dǎo)電能力,間接反映其離子濃度,是一種基于電化學(xué)原理的經(jīng)典檢測技術(shù)。
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