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複雜的電化學係統；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liang電dian極ji型xing電dian導dao率lv傳chuan感gan器qi電dian導dao池chi由you一yi對dui電dian極ji組zu成cheng，在zai電dian極ji上shang施shi加jia一yi恒heng定ding的de電dian壓ya，電dian導dao池chi中zhong液ye體ti電dian阻zu的de變bian化hua導dao致zhi測ce量liang電dian極ji的de電dian流liu發fa生sheng變bian化hua，並bing符fu合he歐ou姆mu定ding律lv
，用yong電dian導dao率lv代dai替ti電dian阻zu率lv，用yong電dian導dao代dai替ti金jin屬shu中zhong的de電dian阻zu，即ji用yong電dian導dao率lv和he電dian導dao來lai表biao示shi液ye體ti的de導dao電dian能neng力li，從cong而er實shi現xian液ye體ti電dian導dao率lv的de測ce量liang。

 

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

 

傳(chuan)統(tong)電(dian)極(ji)型(xing)電(dian)導(dao)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)極(ji)是(shi)由(you)一(yi)對(dui)平(ping)板(ban)電(dian)極(ji)組(zu)成(cheng)，電(dian)極(ji)的(de)正(zheng)對(dui)麵(mian)積(ji)與(yu)距(ju)離(li)決(jue)定(ding)了(le)電(dian)極(ji)常(chang)數(shu)。這(zhe)種(zhong)電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，製(zhi)作(zuo)工(gong)藝(yi)簡(jian)單(dan)
，但(dan)這(zhe)種(zhong)電(dian)極(ji)存(cun)在(zai)電(dian)力(li)線(xian)邊(bian)緣(yuan)效(xiao)應(ying)以(yi)及(ji)電(dian)極(ji)正(zheng)對(dui)麵(mian)積(ji)、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
、複合電極等。

 

電極型電導率傳感器具有以下特點：1)結構簡單、製造方便
；2)後續處理電路簡單、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並通過電流，在液體介質裏建立起電場，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係。

 

weilemanzuhaiyangyanjiukaifadexuyao

，zhongguoguojiahaiyangjishuzhongxinlijianguoduikaifangshisidianjidiandaolvchuanganqizhankaileyanjiuyukaifa

，chenggongyanzhileyongyuhaishuidiandaolvceliangdesidianjidiandaolvchuanganqi，qixingnengzhibiaodadaoleguojixianjinshuiping：測量範圍為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範圍為0—2S／cm，並且電極常數不同具有不同的測量範圍。

 

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、抗汙染能力強；3)四電極電導池具有超微結構
、導流空間大、距離短，適於長期現場測量。

 

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)電解製氧
、製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、電極極板塗鉑黑、加大極板麵積等方法。

 

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製
，一般是高阻時采用低頻，低阻采用高頻。

 

3)多電極電導池設計製作

 

多duo電dian極ji電dian導dao池chi要yao求qiu每mei對dui電dian極ji保bao持chi嚴yan格ge對dui稱cheng，並bing相xiang對dui其qi他ta電dian極ji的de距ju離li固gu定ding，這zhe對dui電dian極ji基ji座zuo的de加jia工gong提ti出chu了le很hen高gao的de要yao求qiu。電dian極ji基ji座zuo多duo采cai用yong高gao性xing能neng陶tao瓷ci材cai料liao製zhi作zuo，電dian極ji材cai料liao多duo采cai用yong高gao性xing能neng金jin屬shu材cai料liao，二er者zhe膨peng脹zhang係xi數shu存cun在zai較jiao大da差cha異yi，造zao成cheng電dian極ji的de燒shao結jie、封裝困難。通常采用中間溫度係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

 

1)多電極與微電極成為電極型電導率傳感器發展方向之一。兩電極型電導率傳感器由於存在電極極化，其測量範圍、測量精度受到極大的限製，多電極體係電導率傳感器在測量範圍、測(ce)量(liang)精(jing)度(du)方(fang)麵(mian)均(jun)取(qu)得(de)了(le)突(tu)破(po)。經(jing)過(guo)多(duo)年(nian)的(de)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)，目(mu)前(qian)
，四(si)電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)的(de)電(dian)導(dao)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)經(jing)研(yan)製(zhi)成(cheng)功(gong)

，並(bing)成(cheng)功(gong)商(shang)業(ye)化(hua)。中(zhong)國(guo)國(guo)家(jia)海(hai)洋(yang)技(ji)術(shu)中(zhong)心(xin)已(yi)經(jing)開(kai)展(zhan)了(le)七(qi)電(dian)極(ji)電(dian)導(dao)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)研(yan)究(jiu)與(yu)開(kai)發(fa)
，並(bing)已(yi)經(jing)在(zai)電(dian)極(ji)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)、燒結、封裝等方麵取得了一定的成就。

 

2)電導率傳感器與單片機技術、微係統技術結合，電導率傳感器與單片機技術、微係統技術結合，實現電導測量的自動化，使電導測量的適應性和測量精度均得到提高。

 

3)優化激勵信號的形式使測量數據精度更高，采用速度更快。

 

4)在電極數目增加受到限製的情況下，優化激勵順序
，針對同一個電導率分布盡可能得到最多的獨立測量數據。

 

6
、電極材料發展

 

由於電導率傳感器電導電極具有一定的特殊性，因此對用於製作電極的材料有一定的要求：1)良好的導電性能
；2)由於電極與被測介質之間發生化學或電化學反應會腐蝕電極表麵，要求電極有穩定的化學特性。

 

常用的電極材料有鉑
、不鏽鋼
、銅
、銀等。鉑是一種極好的電極材料
，但價格較高，在實際應用中，一般采用不鏽鋼和金屬銅做電極材料。

 

隨著材料科學的發展與進步，一些新型的材料被用來加工電導率傳感器電極
，如導電陶瓷
、鈦合金等，取得了較好的效果。

 

電感型電導率傳感器

 

1、電感型電導率傳感器技術現狀與特點

 

 

電感型電導率傳感器采用電磁感應原理對電導率進行測量
，液體的電導率在一定範圍內與感應電壓／激磁電壓呈正比關係，激磁電壓保持不變，電導率與感應電壓成正比。

 

電(dian)感(gan)型(xing)電(dian)導(dao)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)檢(jian)測(ce)器(qi)不(bu)直(zhi)接(jie)與(yu)被(bei)測(ce)液(ye)體(ti)接(jie)觸(chu)，因(yin)此(ci)
，不(bu)存(cun)在(zai)電(dian)極(ji)極(ji)化(hua)與(yu)電(dian)極(ji)被(bei)汙(wu)染(ran)的(de)問(wen)題(ti)。電(dian)感(gan)型(xing)電(dian)導(dao)率(lv)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)原(yuan)理(li)決(jue)定(ding)了(le)這(zhe)類(lei)傳(chuan)感(gan)器(qi)僅(jin)適(shi)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)具(ju)有(you)高(gao)電(dian)導(dao)率(lv)的(de)液(ye)體(ti)：測量範圍為1000-2000000μS／cm。

 

電感型電導率傳感器具有以下特點：1)極強的抗汙染能力與耐腐蝕性
；2)不存在電極極化、電容效應，可以用於高電導率液體測量；3)結構簡單，使用方便；4)製作工藝簡單。

 

2
、電感型電導率傳感器的應用

 

電感型電導率傳感器多用於高電導率液體的測量與檢測：1)海洋開發與研究，對海水的鹽度進行測量分析(深海溫鹽深剖麵自記儀)；2)生活廢水
、工業廢水水質的檢測；3)化工生產過程中單一組分溶液濃度的監測分析
；4)用於強酸、強堿濃度的測量。

 

3、電感型電導率傳感器關鍵技術

 

1)傳感器檢測器製作封裝

 

激(ji)磁(ci)線(xian)圈(quan)與(yu)感(gan)應(ying)線(xian)圈(quan)需(xu)要(yao)嚴(yan)格(ge)在(zai)同(tong)一(yi)軸(zhou)線(xian)，為(wei)了(le)提(ti)高(gao)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)
，線(xian)匝(za)需(xu)要(yao)緊(jin)密(mi)排(pai)列(lie)，並(bing)且(qie)線(xian)匝(za)之(zhi)間(jian)需(xu)要(yao)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)屏(ping)蔽(bi)，降(jiang)低(di)幹(gan)擾(rao)性(xing)耦(ou)合(he)的(de)產(chan)生(sheng)。

 

2)激勵電壓、頻率

 

激勵電壓、頻率決定了電感型電導率傳感器的靈敏度與線性度，在傳感器結構確定的基礎上，通過試驗確定激勵電壓、頻率等參數，使傳感器獲得最佳的靈敏度與線性。

 

3)檢測器微型化

 

電感型電導率傳感器檢測由線圈構成
，檢測器微型化就是將線圈直徑減小
、減少匝數

，線圈直徑過小
、匝數過少將會影響傳感器測量的靈敏度以及測量範圍。

 

4、電感型電導率傳感器未來發展趨勢

 

1)傳chuan感gan器qi微wei型xing化hua成cheng為wei電dian感gan型xing電dian導dao率lv傳chuan感gan器qi發fa展zhan方fang向xiang之zhi一yi。材cai料liao加jia工gong製zhi備bei技ji術shu的de發fa展zhan使shi得de檢jian測ce器qi有you可ke能neng實shi現xian微wei型xing化hua，從cong而er使shi傳chuan感gan器qi實shi現xian微wei型xing化hua。

 

2)電感型電導率傳感器與單片機、微係統技術結合，實現電導率測量的自動化。通過采用這些技術實現激勵信號可調控性，從而使測量精度、線性度得到提高。

 

隨著電導率測量技術的發展，電導率傳感器已由最初的兩電極型、電感型電導率傳感器發展到多電極
、微電極電導率傳感器
，可以看出：多電極
、微電極、微結構已經成為電導率傳感器發展方向，並與單片機、微係統等技術相結合，實現電導率測量的自動化、精密化。

 

 

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