AL4040P石墨平面二電極電導(dǎo)率傳感器的技術(shù)原理和應(yīng)用

  石墨平面二電極電導(dǎo)率傳感器是一種采用石墨電極和平面測量面設(shè)計(jì)的接觸式電導(dǎo)率傳感器。它通過測量溶液中離子的總濃度來反映電導(dǎo)率，具有耐腐蝕、抗污染、易清潔、極化效應(yīng)小等突出優(yōu)勢，特別適合在惡劣水質(zhì)環(huán)境中進(jìn)行長期在線監(jiān)測

一、什么是電導(dǎo)率

     電導(dǎo)率是衡量溶液傳導(dǎo)電能力的指標(biāo)。為了傳導(dǎo)電流，溶液必須含有帶電粒子，即離子。大多數(shù)電導(dǎo)率測量是在水溶液中進(jìn)行的，負(fù)責(zé)電導(dǎo)的離子來自溶解在水中的電解質(zhì)。鹽類（如氯化鈉和硫酸鎂）、酸類（如鹽酸和乙酸）以及堿類（如NaOH和氨）都是電解質(zhì)。盡管水本身不是電解質(zhì)，但它確實(shí)具有非常小的電導(dǎo)率，這意味著至少存在一些離子。這些離子是氫離子和氫氧根離子，它們來源于分子水的解離。電導(dǎo)率沒有選擇性。它測量的是溶液中離子的總濃度。它無法區(qū)分不同的電解質(zhì)或離子。并非所有水溶液都有電導(dǎo)率。例如，非電解質(zhì)的溶液，如糖或酒精，沒有電導(dǎo)率，因?yàn)樘呛途凭疾缓x子，也不會(huì)在溶解于水時(shí)生成離子。

 電導(dǎo)率的單位是西門子每厘米（S/cm）。派生單位有µS/cm（S/cm 的百萬分之一）和 mS/cm（S/cm 的千分之一）。S/cm 與以前使用的單位摩/厘米（mho/cm）相同。一些高純度水行業(yè)，主要是半導(dǎo)體和制藥行業(yè)，使用電阻率而不是電導(dǎo)率。電阻率是電導(dǎo)率的倒數(shù)，單位為兆歐·厘米（MΩ·cm）。圖示一些典型電解質(zhì)溶液的近似電導(dǎo)率。

二、 電導(dǎo)率的測量原理

   大多數(shù)接觸式電導(dǎo)率傳感器由兩個(gè)金屬電極組成，通常是不銹鋼或鈦，與電解質(zhì)溶液接觸。分析儀向電極施加交流電壓。電場使離子來回移動(dòng)產(chǎn)生電流。由于電荷載體是離子，該電流被稱為離子電流。分析儀測量電流并使用歐姆定律計(jì)算溶液的電阻（電阻 = 電壓/電流）。

    溶液的電導(dǎo)率是電阻的倒數(shù)。離子電流取決于溶液中離子的總濃度以及電流流經(jīng)溶液的長度和面積。電流路徑由傳感器的幾何形狀或電池常數(shù)定義，其單位為1/cm（長度/面積）。將電導(dǎo)率乘以電池常數(shù)可以校正傳感器幾何對測量的影響。結(jié)果就是電導(dǎo)率，它僅取決于離子濃度。雖然電導(dǎo)池常數(shù)有幾何解釋（長度除以面積），但它很少通過尺寸測量來計(jì)算。在大多數(shù)設(shè)計(jì)中，電場并不局限于電極之間，因此實(shí)際長度和面積大于預(yù)期。在實(shí)踐中，電導(dǎo)池常數(shù)是通過已知電導(dǎo)率的溶液測量得到的。電導(dǎo)池常數(shù)是已知電導(dǎo)率（µS/cm）與測得電導(dǎo)（µS）的比值。接觸式傳感器的常規(guī)電導(dǎo)率范圍為0.01到50,000 µS/cm。由于給定的電池常數(shù)只能在有限的范圍內(nèi)使用，因此可能需要兩個(gè)或三個(gè)電池常數(shù)來覆蓋整個(gè)范圍。常見的電池常數(shù)有0.01/cm、0.10/cm、1.0/cm和10/cm。電導(dǎo)率較高的樣品需要更大的電池常數(shù)。通常，電池常數(shù)在原廠測量，用戶在傳感器使用時(shí)在分析儀中輸入該值。電池常數(shù)在傳感器的使用壽命中變化很??；然而，應(yīng)定期檢查電池常數(shù)，如有必要應(yīng)重新校準(zhǔn)傳感器。一些接觸式傳感器有四個(gè)電極。在四電極測量中，分析儀通過外電極注入交流電流，并測量內(nèi)電極之間的電壓。分析儀根據(jù)電流和電壓計(jì)算電解液溶液的電導(dǎo)率。由于電壓測量電路幾乎不吸收電流，因此在四電極傳感器中，金屬-液體界面的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)基本不存在。因此，單一的四電極傳感器相比兩電極傳感器具有更寬的動(dòng)態(tài)范圍，大約為1到14,000,000 µS/cm。與兩電極傳感器一樣，四電極傳感器也有電池常數(shù)，其值取決于電流和電壓電極的面積、間距及排列。

三、平面石墨電導(dǎo)率電極的優(yōu)點(diǎn)

1、耐腐蝕好：

  石墨材料具有很強(qiáng)的耐化學(xué)腐蝕能力，能長期穩(wěn)定工作于工業(yè)廢水、海水甚至部分酸堿介質(zhì)中

2、抗污染，容易清潔

  平面式的設(shè)計(jì)是它的一大亮點(diǎn)。光滑的表面不易附著污染物，即使有輕微污垢，也只需簡單擦拭即可清潔，大大降低了人工維護(hù)成本

3、極化效應(yīng)小

   相比于傳統(tǒng)的金屬電極，石墨電極能有效減小電化學(xué)極化效應(yīng)，保證了測量信號(hào)的長期穩(wěn)定

4、堅(jiān)固耐用

四、平面石墨電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用

1)   水質(zhì)監(jiān)測與地表水監(jiān)控：

 這是石墨平面二電極傳感器重要的應(yīng)用領(lǐng)域。它被大量部署于。如河道、湖泊、水庫，用于常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握水體中離子總濃度的變化趨勢。如飲用水源地：監(jiān)測原水水質(zhì)，為水廠處理工藝提供預(yù)警信息。地表水考核斷面：配合其他水質(zhì)傳感器，構(gòu)建網(wǎng)格化自動(dòng)監(jiān)測站。其平面設(shè)計(jì)使電極表面不易被藻類、生物膜附著，大大降低了野外長期監(jiān)測的維護(hù)頻率。 

2)   工業(yè)廢水與環(huán)保水處理

  在工業(yè)廢水和環(huán)保水處理領(lǐng)域，該傳感器憑借強(qiáng)耐腐蝕性和寬量程優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用。

實(shí)時(shí)監(jiān)控電鍍、印染、化工等行業(yè)廢水排放的電導(dǎo)率變化，確保達(dá)標(biāo)排放。在污水處理廠，監(jiān)測各工藝段的電導(dǎo)率，輔助判斷污染物去除效果和藥劑投加控制。環(huán)保水處理設(shè)施：用于過程控制和出水水質(zhì)監(jiān)控 

3）工業(yè)過程與化學(xué)工程

  在化工生產(chǎn)、制藥、食品飲料等行業(yè)，該傳感器用于過程監(jiān)控和質(zhì)量控制。如

化學(xué)過程監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測反應(yīng)釜、混合槽中的離子濃度變化，輔助工藝控制。用于清洗水、工藝用水的水質(zhì)監(jiān)控等等。也有兩種液體電導(dǎo)率的差異，檢測液-液界面位置，廣泛應(yīng)用于化工和食品飲料行業(yè) 

4） 海水淡化與高鹽介質(zhì)

在海水淡化領(lǐng)域，電導(dǎo)率監(jiān)測貫穿整個(gè)工藝流程：反滲透（RO）系統(tǒng)：監(jiān)控原水、產(chǎn)水和濃水的電導(dǎo)率，評(píng)估膜分離效率熱法淡化廠：監(jiān)測蒸發(fā)過程中的水質(zhì)變化。咸淡水處理：評(píng)估脫鹽效果