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深度分析电感型电导率传感器的应用

时间:2019-02-13 14:34:18来源: 作者:电子爱好者 点击:
电导率传感器技术是一个非常重要的工程技术研究领域 ,用于对液体的电导率进行测量 ,被广泛应用于人类生产生活中 ,成为电力、 化工、 环保、 食品、 半导体工业、 海洋研究开

电导率传感器技术是一个非常重要的工程技术研究领域 ,用于对液体的电导率进行测量 ,被广泛应用于人类生产生活中 ,成为电力、 化工、 环保、 食品、 半导体工业、 海洋研究开发等工业生产与技术开发中必不可少的一种检测与监测装置。电导率传感器主要对工业生产用水、 人类生活用水、 海水特性、 电池中电解液性质等进行测量与检测。

电导率传感器的种类

电导率传感器根据测量原理与方法的不同可以分为电极型电导率传感器、电感型电导率传感器以及超声波电导率传感器。

电极型电导率传感器根据电解导电原理采用电阻测量法对电导率实现测量,其电导测量电极在测量过程中表现为一个复杂的电化学系统;电感型电导率传感器依据电磁感应原理实现对液体电导率的测量;超声波电导率传感器根据超声波在液体中变化对电导率进行测量,其中以前2种传感器应用最为广。

电极型电导率传感器

1、两电极型电导率传感器技术现状与特点

两电极型电导率传感器电导池由一对电极组成,在电极上施加一恒定的电压,电导池中液体电阻的变化导致测量电极的电流发生变化,并符合欧姆定律,用电导率代替电阻率,用电导代替金属中的电阻,即用电导率和电导来表示液体的导电能力,从而实现液体电导率的测量。

目前,两电极型电导率传感器测量范围为0~20000μS/cm,并电极常数不同具有不同的量程:电极常数为0.01/cm,测量范围为0~20μS/cm;电极常数为0.1/cm,测量范围为0.1-200μS/cm;电极常数为1.0/cm,测量范围为10-20 000μS/cm。

传统电极型电导率传感器电极是由一对平板电极组成,电极的正对面积与距离决定了电极常数。这种电极结构简单,制作工艺简单,但这种电极存在电力线边缘效应以及电极正对面积、电极间距难以确定等问题,电极常数不能通过尺寸测量计算得出,需要通过标准进行标定,最常用的一种标准溶液是0.010 0 mol/L氯化钾标准溶液。结合电导池原理对平板电极进行改进,开发出了圆柱形电极、点电极、线电极、复合电极等。

电极型电导率传感器具有以下特点:1)结构简单、制造方便;2)后续处理电路简单、容易实现;3)测量精度高;4)使用方便。

2、四电极电导率传感器技术现状与特点

四电极电导池由2个电流电极和2个电压电极组成,电压电极和电流电极同轴,测量时被测液体在2个电流电极间的缝隙中通过,电流电极两端施加了一个交流信号并通过电流,在液体介质里建立起电场,2个电压电极感应产生电压,使2个电压电极两端的电压保持恒定,通过2个电流电极间的电流和液体电导率呈线性关系。

为了满足海洋研究开发的需要,中国国家海洋技术中心李建国对开放式四电极电导率传感器展开了研究与开发,成功研制了用于海水电导率测量的四电极电导率传感器,其性能指标达到了国际先进水平:测量范围为0~65 mS/cm;测量精度为±O.007 mS/cm。

目前成熟的四电极电导率传感器其测量范围为0—2S/cm,并且电极常数不同具有不同的测量范围。

四电极电导率传感器具有以下特点:1)电流电极同电压电极分开,电流电极上采用恒流源供电,有效的避免了极化阻抗的影响;2)灵敏度高、抗污染能力强;3)四电极电导池具有超微结构、导流空间大、距离短,适于长期现场测量。

3、电极型电导率传感器的应用

电极型电导率传感器被广泛应用在生产、生活以及军事领域:1)人类饮用水水质的监测;2)工业用水水质监测;3)蓄电池电解液密度的监测;4)电解制氧、制氢装置中水质的监测;5)海洋测量、海洋资源调查、海洋环境监测。

4、电极型电导率传感器关键技术

1)电极极化效应的消除

为降低电极极化带来的测量偏差,通常采取提高供电电源的频率、电极极板涂铂黑、加大极板面积等方法。

2)电容效应的消除

为了消除电容效应,提高测量灵敏度,通常采取2种方法:一是加大液体电阻,这种方法不容易实现;二是提高频率,降低电容容抗。但频率的提高会受到一定的限制,一般是高阻时采用低频,低阻采用高频。

3)多电极电导池设计制作

多电极电导池要求每对电极保持严格对称,并相对其他电极的距离固定,这对电极基座的加工提出了很高的要求。电极基座多采用高性能陶瓷材料制作,电极材料多采用高性能金属材料,二者膨胀系数存在较大差异,造成电极的烧结、封装困难。通常采用中间温度系数的过渡材料进行烧结,封装,但效果不是十分理想。 

5、电极型电导率传感器未来发展趋势

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