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深度分析電感型電導率傳感器的應用

時間:2019-02-13 14:34:18來源:不詳 作者:電子愛好者 點擊:
電導率傳感器技術是一個非常重要的工程技術研究領域 ,用于對液體的電導率進行測量 ,被廣泛應用于人類生產生活中 ,成為電力、 化工、 環保、 食品、 半導體工業、 海洋研究開

電導率傳感器技術是一個非常重要的工程技術研究領域 ,用于對液體的電導率進行測量 ,被廣泛應用于人類生產生活中 ,成為電力、 化工、 環保、 食品、 半導體工業、 海洋研究開發等工業生產與技術開發中必不可少的一種檢測與監測裝置。電導率傳感器主要對工業生產用水、 人類生活用水、 海水特性、 電池中電解液性質等進行測量與檢測。

電導率傳感器的種類

電導率傳感器根據測量原理與方法的不同可以分為電極型電導率傳感器、電感型電導率傳感器以及超聲波電導率傳感器。

電極型電導率傳感器根據電解導電原理采用電阻測量法對電導率實現測量,其電導測量電極在測量過程中表現為一個復雜的電化學系統;電感型電導率傳感器依據電磁感應原理實現對液體電導率的測量;超聲波電導率傳感器根據超聲波在液體中變化對電導率進行測量,其中以前2種傳感器應用最為廣。

電極型電導率傳感器

1、兩電極型電導率傳感器技術現狀與特點

兩電極型電導率傳感器電導池由一對電極組成,在電極上施加一恒定的電壓,電導池中液體電阻的變化導致測量電極的電流發生變化,并符合歐姆定律,用電導率代替電阻率,用電導代替金屬中的電阻,即用電導率和電導來表示液體的導電能力,從而實現液體電導率的測量。

目前,兩電極型電導率傳感器測量范圍為0~20000μS/cm,并電極常數不同具有不同的量程:電極常數為0.01/cm,測量范圍為0~20μS/cm;電極常數為0.1/cm,測量范圍為0.1-200μS/cm;電極常數為1.0/cm,測量范圍為10-20 000μS/cm。

傳統電極型電導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。這種電極結構簡單,制作工藝簡單,但這種電極存在電力線邊緣效應以及電極正對面積、電極間距難以確定等問題,電極常數不能通過尺寸測量計算得出,需要通過標準進行標定,最常用的一種標準溶液是0.010 0 mol/L氯化鉀標準溶液。結合電導池原理對平板電極進行改進,開發出了圓柱形電極、點電極、線電極、復合電極等。

電極型電導率傳感器具有以下特點:1)結構簡單、制造方便;2)后續處理電路簡單、容易實現;3)測量精度高;4)使用方便。

2、四電極電導率傳感器技術現狀與特點

四電極電導池由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,在液體介質里建立起電場,2個電壓電極感應產生電壓,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率呈線性關系。

為了滿足海洋研究開發的需要,中國國家海洋技術中心李建國對開放式四電極電導率傳感器展開了研究與開發,成功研制了用于海水電導率測量的四電極電導率傳感器,其性能指標達到了國際先進水平: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率傳感器其測量范圍為0—2S/cm,并且電極常數不同具有不同的測量范圍。

四電極電導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)四電極電導池具有超微結構、導流空間大、距離短,適于長期現場測量。

3、電極型電導率傳感器的應用

電極型電導率傳感器被廣泛應用在生產、生活以及軍事領域:1)人類飲用水水質的監測;2)工業用水水質監測;3)蓄電池電解液密度的監測;4)電解制氧、制氫裝置中水質的監測;5)海洋測量、海洋資源調查、海洋環境監測。

4、電極型電導率傳感器關鍵技術

1)電極極化效應的消除

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)電容效應的消除

為了消除電容效應,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;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)多電極電導池設計制作

多電極電導池要求每對電極保持嚴格對稱,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,二者膨脹系數存在較大差異,造成電極的燒結、封裝困難。通常采用中間溫度系數的過渡材料進行燒結,封裝,但效果不是十分理想。 

5、電極型電導率傳感器未來發展趨勢

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