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什么是電導(dǎo)率傳感器，電導(dǎo)率傳感器有什么特點(diǎn)？

編輯：小伍    發(fā)布時(shí)間：2022-06-28 09:32:03

摘要：由于導(dǎo)電率測(cè)量技術(shù)的開發(fā)，電導(dǎo)率傳感器從原來的感應(yīng)性和2電極電導(dǎo)率傳感器變更為多電極和微電極電導(dǎo)率傳感器。成為電導(dǎo)率傳感器的開發(fā)方向，結(jié)合單片機(jī)、微系統(tǒng)和其他技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率測(cè)量的自動(dòng)化和精度。

什么是電導(dǎo)率傳感器？


電導(dǎo)率傳感器技術(shù)是工程技術(shù)研究的一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，用于測(cè)量液體的電導(dǎo)率，廣泛用于人類的生產(chǎn)和生活。生產(chǎn)和技術(shù)開發(fā)中不可缺少的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)裝置。電導(dǎo)率傳感器主要用于測(cè)量和檢測(cè)工業(yè)用水、人類家庭用水、海水特性和電池電解質(zhì)特性。

什么是電導(dǎo)率傳感器？

電導(dǎo)率傳感器種類


根據(jù)各種原理和測(cè)量方法，電導(dǎo)率傳感器可分為電極型電導(dǎo)率傳感器、感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器和超聲波電導(dǎo)率傳感器。

電極式電導(dǎo)率傳感器，使用電阻測(cè)定法按照電解傳導(dǎo)的原理測(cè)定導(dǎo)電率，其導(dǎo)電率測(cè)定電極，在測(cè)定過程中作為復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)工作。超聲波電導(dǎo)率傳感器根據(jù)液體中超聲波的變化來測(cè)量導(dǎo)電率。前兩個(gè)傳感器使用最廣泛。

電極式電導(dǎo)率傳感器


1.2電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀與特性

1.2電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的現(xiàn)狀與特性

2電極電導(dǎo)率傳感器的導(dǎo)電率單元由1對(duì)電極構(gòu)成。電極被施加了恒定電壓。改變導(dǎo)電率單元內(nèi)液體的電阻時(shí)，測(cè)量電極的電流會(huì)發(fā)生變化，符合歐姆定律。電導(dǎo)率將被金屬電導(dǎo)率所取代。也就是說，電導(dǎo)率和電導(dǎo)率用來表示液體的電導(dǎo)率，以實(shí)現(xiàn)對(duì)液體電導(dǎo)率的測(cè)量。

目前，雙電極電導(dǎo)率傳感器測(cè)定范圍為0～20000μS/cm，如果單元格常數(shù)不同，則范圍也不同。單元常數(shù)為0.01/cm，范圍測(cè)定范圍為0～20μS/cm。單元常數(shù)為0.1/cm，測(cè)量范圍為0.1-200μS/cm，晶胞常數(shù)1.0/cm，測(cè)量范圍10-20000μS/cm。

傳統(tǒng)的電極型電導(dǎo)率傳感器的電極由一對(duì)平坦的電極構(gòu)成，電極常數(shù)由面的面積和電極的距離決定。這種電極的結(jié)構(gòu)和制造工序都很簡(jiǎn)單，但存在電力線的邊緣效應(yīng)、面向電極的面積和電極間隔的決定困難等問題。氯化鉀標(biāo)準(zhǔn)液0.0100 mol/L。通過與導(dǎo)電率單元的原理組合，平面電極被改良，圓筒形電極，點(diǎn)電極，線電極，復(fù)合電極等被改良。正在開發(fā)。

電極式電導(dǎo)率傳感器的特征如下。1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便。2）簡(jiǎn)單的后處理電路和簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。3）高測(cè)量精度。4）使用方便。

2.4電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的狀況和特性

電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的狀況和特性

4電極導(dǎo)電率單元由2個(gè)電流電極和2個(gè)電壓電極構(gòu)成。電壓電極和電流電極同軸。在測(cè)量過程中，測(cè)量的液體通過兩個(gè)電流電極之間的間隙。交流信號(hào)適用。通過電流電極的兩端和電流，在液體介質(zhì)上建立電場(chǎng)，兩個(gè)電壓電極感應(yīng)電壓，使兩個(gè)電壓電極之間的電壓保持一定。流過兩個(gè)電流電極的電流與液體的導(dǎo)電率呈線性關(guān)系。

為了滿足海洋研究開發(fā)的需要，中國(guó)國(guó)立海洋技術(shù)中心的李建國(guó)，實(shí)施了開放式4電極電導(dǎo)率傳感器的研究開發(fā)，成功開發(fā)了海水導(dǎo)電率測(cè)定用的4電極電導(dǎo)率傳感器。性能指數(shù)達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。高級(jí)：測(cè)量范圍為0?65mS/cm。測(cè)量精度為±O。007mS/cm。

現(xiàn)在成熟的4電極電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量范圍為0～2S/cm，如果單元常數(shù)不同，測(cè)量范圍也不同。

4電極電導(dǎo)率傳感器具有以下特征。1）電流電極與電壓電極分離，電流電極由恒流源供電，可有效避免偏置阻抗的影響。2）高靈敏度和強(qiáng)污染防治能力。3）4電極導(dǎo)電率電池具有超細(xì)結(jié)構(gòu)、較大的引線空間和短距離，適合長(zhǎng)時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

3.電極型電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用

電極型電導(dǎo)率傳感器廣泛用于生產(chǎn)、生活和軍事領(lǐng)域。1）飲用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)。2）工業(yè)用水質(zhì)監(jiān)測(cè)。3）電池電解質(zhì)密度監(jiān)測(cè)。4）電解氧及氫發(fā)生裝置5）海洋測(cè)量、海洋資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。

4.電極電導(dǎo)率傳感器的主要技術(shù)

1）電極極化效應(yīng)的排除

為了降低電極偏壓引起的測(cè)量偏差，一般采用提高電源頻率、用鉑黑涂層電極板、增大板的表面等方法。

2）消除容量效應(yīng)

為了消除電容的影響，提高測(cè)量的靈敏度，一般采用兩種方法。另一種是提高頻率以減少電容性電抗。但是，提高頻率有一定的限制。一般來說，低頻用于高阻，高頻用于低阻。

3）多電極導(dǎo)電率電池的設(shè)計(jì)與制造

多電極導(dǎo)電率單元需要各對(duì)電極，以保持嚴(yán)密的對(duì)稱性和與其他電極的一定距離，對(duì)電極基座的處理提出了很高的要求。電極基部以高性能陶瓷材料為主要成分，電極材料以高性能金屬材料為主要成分，因此膨脹系數(shù)有很大差異，電極的燒結(jié)、填充很困難。通常，燒結(jié)和封裝使用中間溫度系數(shù)的過渡材料，但效果不太令人滿意。

5.電極電導(dǎo)率傳感器今后的開發(fā)動(dòng)向

1）多電極及微電極是電極型電導(dǎo)率傳感器的開發(fā)軸之一。由于電極極化的存在，2電極電導(dǎo)率傳感器的測(cè)量范圍和測(cè)量精度受到很大限制。多電極系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器在測(cè)量范圍和測(cè)量精度上取得了飛躍性的進(jìn)步。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，成功開發(fā)了4電極結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率傳感器和商品化。中國(guó)國(guó)立海洋技術(shù)中心實(shí)施了7電極電導(dǎo)率傳感器的研究開發(fā)，在電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、燒結(jié)、封裝等方面取得了一些成果。

2）將電導(dǎo)率傳感器與單片機(jī)技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，將電導(dǎo)率傳感器與單片機(jī)技術(shù)和微系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率測(cè)量的自動(dòng)化，提高電導(dǎo)率的適應(yīng)性和測(cè)量精度。

3）優(yōu)化激勵(lì)信號(hào)的形狀，使測(cè)量數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更迅速地采用。

4）如果電極的數(shù)量受到限制，則優(yōu)化激發(fā)序列以獲得相同導(dǎo)電率分布下盡可能最獨(dú)立的測(cè)量數(shù)據(jù)。

6.電極材料的開發(fā)

根據(jù)電導(dǎo)率傳感器導(dǎo)電率電極的特異性，電極的制造使用的材料有特定的必要條件。1）良好的電導(dǎo)率。2）電極與測(cè)量介質(zhì)之間的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)會(huì)腐蝕。電極表面必須具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。

通常使用的電極材料有鉑、不銹鋼、銅、銀等。白金是一種優(yōu)秀的電極材料，但價(jià)格昂貴，在實(shí)際用途中，不銹鋼和金屬銅通常被用作電極材料。

隨著材料科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步，一些新材料被用來處理導(dǎo)電傳感器的電極，如導(dǎo)電陶瓷、鈦合金等，并取得了良好的結(jié)果。

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器


1.感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的狀況和特性

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器技術(shù)的狀況和特性

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器使用電磁感應(yīng)原理測(cè)量電導(dǎo)率。液體的導(dǎo)電率與特定范圍內(nèi)的感應(yīng)電壓/激勵(lì)電壓成正比，激勵(lì)電壓不變，導(dǎo)電率與感應(yīng)電壓成正比。

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的檢測(cè)器與測(cè)量的液體沒有直接接觸，因此沒有電極極化或電極污染的問題。根據(jù)感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的原理，這種類型的傳感器只適合于導(dǎo)電率高的液體的測(cè)量。測(cè)量范圍為1000?2000000μS/cm。

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器具有以下特性：。1）強(qiáng)力的耐污染性和耐腐蝕性。2）不受極化和電極電容的影響，可用于高導(dǎo)電率的液體測(cè)量。3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單。4）生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。

2.感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器主要用于測(cè)量和檢測(cè)高電導(dǎo)率液體。1）海洋開發(fā)與研究，海水鹽分濃度的測(cè)定與分析（溫度、鹽分、深海深度分布的標(biāo)志）。2）生活排水、工業(yè)排水質(zhì)量3）化學(xué)品生產(chǎn)工藝中單組分溶液濃度的監(jiān)測(cè)與分析。4）用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的濃度測(cè)定。

3.感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的主要技術(shù)

1）傳感器檢測(cè)器制造封裝

激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈必須嚴(yán)格地配置在同一軸上。為了提高測(cè)量精度，必須密集放置匝道，在匝道之間設(shè)置適當(dāng)?shù)钠帘?，以減少產(chǎn)生的寄生耦合。

2）激勵(lì)電壓、頻率

激勵(lì)電壓和頻率決定感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的靈敏度和線性。根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)的確定，通過實(shí)驗(yàn)確定電壓和激勵(lì)頻率等參數(shù)，傳感器可以實(shí)現(xiàn)最高的靈敏度和線性。

3）檢測(cè)器的小型化

感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器的檢測(cè)由線圈構(gòu)成。檢測(cè)器的小型化在于減小線圈的直徑，減少卷數(shù)。線圈直徑太小，卷數(shù)太小的話，會(huì)影響傳感器的靈敏度和測(cè)量范圍。

4.感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器今后的開發(fā)動(dòng)向

1）傳感器的小型化是感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器開發(fā)的軸心之一。隨著材料加工和制備技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)器，因此傳感器的小型化成為可能。

2）感應(yīng)電導(dǎo)率傳感器結(jié)合單片機(jī)微機(jī)及微系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率測(cè)量的自動(dòng)化。通過采用這些技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)信號(hào)的可控性，提高了測(cè)量的精度和線性。

由于導(dǎo)電率測(cè)量技術(shù)的開發(fā)，電導(dǎo)率傳感器從原來的感應(yīng)性和2電極電導(dǎo)率傳感器變更為多電極和微電極電導(dǎo)率傳感器。成為電導(dǎo)率傳感器的開發(fā)方向，結(jié)合單片機(jī)、微系統(tǒng)和其他技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率測(cè)量的自動(dòng)化和精度。
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