pHセンサは、pH感度ガラス電極と安定した参照電極間の電圧を測定します。 その電圧は続きます Nernstの式 お問い合わせ 25 °CのpH単位ごとの59.16 mV — pH 値に変換され、産業送信機は読み込みをそのまま出力します。 4〜20 mAまたはRS485。このガイドは働く主義、電極のタイプ、Nernstの斜面、口径測定および産業選択をカバーします。
技術的な精度を検証 柴田 宏, アプリケーションエンジニア, KCSensor; KCSensor のテクニカルチームによって公開.
実際にpHが何を対策するのか
pHは表現します 水素イオン(H+)の活動 単に集中力ではなく、ソリューションで。 定義は、負のベース-10 logarithm です。
pH = −10 a(H+)
1つのpH単位の変更は、logarithmicであるため、 10 倍の変更 水素イオン活動 身近な0〜14スケールでは、pH 7はニュートラルで、7以下の値は酸性であり、7を超える値はアルカリ性です。 実際のソリューションでは、特に産業および天然水 - 活性は、測定された信号が既知のpHの緩衝に対して較正しなければならない理由である、生の濃度と異なる。
水と排水検査では、pH 判定のための国際基準法は ISOの10523:2008年 (水質 — pH の決定)、米国EPAなどの規制当局は、同じ規模でpH制限を設定しました。 したがって、pHは、プロセスの利便性だけでなく、コンプライアンスパラメータです。
pHセンサーの仕組み:ガラス電極対参考電極
電気化学式pHセンサーは電池のような細胞から成っていることです 2つのハーフセル:pHに敏感な測定の電極および安定した参照の電極。 それらの間の潜在的な違いは、楽器が読み込まれているものです。
ガラス(測定)電極
測定の電極はあります 薄いpHに敏感なガラス膜 管に密封される。 没入すると、ガラス表面は、水素イオンがガラス格子と交換する水和層を形成します。 このイオン交換は、サンプルの水素イオン活性に依存する可能性がある - より多くのH +、より大きな可能性を生成します。 潜在的なpHに比例して、Nernstの式に従う。
参照電極
参照電極は、 既知の定の潜在的な pHに反応しない。 それは普通です Ag/AgClの特長 塩化カリウム(KCl)の要素は、多孔性の接合を介してサンプルに接続されます。 その安定性は全測定の正確さを置きます。
電圧からpHまで
- ガラス電極は、試料の水素イオン活性に比例する可能性があります。
- 参照電極は固定の可能性に貢献します。
- A 高インピーダンス電圧計 メートルまたは送信機では、2つの潜在的な違いを測定します。
- 機器は、Nernst 式を使用して pH 値に電圧を変換し、4-20 mA / RS485 として表示または出力します。
ほとんどの産業センサーおよび実験室センサーはあります コンビネーション電極: 測定および参照の半細胞は単一のボディに、取付けおよび維持を簡素化します造られます。
NernstのEquationおよび温度補償
測定電極によって生成される電圧は、 Nernstの式. pHの測定のために、実用的な形態はあります:
E = E° −(2.303・R・T・F)・pH
- E =測定および参照の電極(mV)間の測定潜在的な
- ツイート = 細胞の定数(口径測定の間に置かれるpH 7の潜在的な)
- R =普遍的なガス一定、 T =絶対温度(K)、 F = ファラデーの定数
- 2.303 R T/F =理論的 電極の斜面、pH単位ごとのmVで
斜面が含まれているため T、サンプルの温度は直接1つのpHの単位が作り出す何のミリボルトを変えます。 共通の温度の理論的な斜面はあります:
| 温度（°C） | 理論的な斜面(pH単位ごとのmV) |
|---|---|
| 0 | 54.2 |
| 25 | 59.16 |
| 50 | 64.1 |
| 100 | 74.0 |
工業用pHメーターの使用理由 自動温度補償(ATC) Pt100、Pt1000、またはNTCプローブで、速度が補正されない限り、25°Cで校正されたセンサーが60 °Cプロセスで誤って読み込まれる理由。 区別に注意: ATCは正しい 電極の斜面 温度のため;それはプロセスの化学に依存するサンプル自体の実際のpH変化を修正しません。
ガラス、ISFET、ソリッドステートpHセンサーの比較。
すべての3人の家族は同じ測定の原則を使用していますが、pHを従う電極の潜在性は、材料、速度、過酷な条件の許容度が異なる。
| タイプ | センシング原理 | フィードバック | 強み | 制限事項 | 典型的な使用 |
|---|---|---|---|---|---|
| ガラス電極(組み合わせ含む) | pHに敏感なガラス膜+ Ag/AgClの参照 | セカンド | 最もよい正確さおよび長期安定性;ISO 10523の緩衝に追跡可能 | 壊れ目;水和および規則的な口径測定を必要とします;コーティングおよびHFの攻撃に傾向がある | 実験室および一般産業水/廃水 |
| ISFETシリーズ | イオン感度フィールド効果トランジスタ(ソリッドステート) | 非常に高速 | 小さい、険しい、壊れるガラス無し;低いサンプル容積 | 軽いおよび電気騒音への敏感;粗い化学薬品への限られた抵抗 | 食糧、生物医学、携帯用およびクイック チェックの塗布 |
| ソリッドステート(酸化金属/アンチモン) | 固体金属酸化物かアンチモン電極 | モデレート | ガラスが失敗する研磨剤とHF含有媒体を存続 | より低い正確さ、より多くの漂流は、より多くの頻繁な口径測定を必要とします | 化学薬品および高固体プロセスの流れを堅くして下さい |
スペックシートよりも2つの制限事項が示唆されています。 ガラス電極は、 アルカリ(ナトリウム)の間違い アルカリ金属イオンが豊富で、 酸の間違い 非常に低いpH;両方はガラス膜自体の特性です、従って読書は鮮やかに目盛り付けられたセンサーで、それらは植物がスケールの端で読書を信頼することを止める実質の理由です。 ISFETはより速く、ガラスを壊さないが、イオン感受性の層は軽いおよび電気騒音に敏感です、強いアルカリおよび水溶性の酸によって攻撃され、水素以外のイオンに応答できます。 ニザー技術は、校正の必要性を取り除きます。キャリブレーションの頻度と、体が生き残ることができるストリームの深さだけを変更します。
キャリブレーション: 4.00 / 6.86 / 9.18バッファ付き2ポイントメソッド
完全な電極の漂流でさえ、従ってpHの測定は口径測定としてだけよいです。 ほとんどの水および廃水の仕事のための企業の標準はあります 2点校正 期待されるプロセスpHをブラケットで締めて下さい、証明された緩衝解決を使用して–一般に pH 4.00, 6.86, 9.18 (または 7.00 および 10.01)
- 脱イオンされた水で電極を洗い流し、乾かします。ガラス電球を拭くことはありません。
- 最初のバッファにそれを浸します(通常 pH 6.86 / 7.00の) 読みは安定します。
- 最初のバッファ値を入力し、ゼロ/オフセットポイントを確認します。
- 再び洗い流します。, その後、2番目のバッファに浸します ()日 時 時 酸性サンプルのためにまたは 9.18 アルカリサンプル用
- メートルが電極を計算するので、2番目の値を入力してください スロープ (pH単位ごとのmV)。
- 勾配がメーカーの’s ウィンドウ内にある場合にのみ、キャリブレーションを受け入れます。そうでなければ、電極をきれいにするか、または交換してください。
- 日付を記録し、使用するバッファ、およびスロープ、およびアプリケーションが要求するスケジュールで再較正します。
2番目のバッファの項目を選択する:実際に測定するpHの周りの校正。 pH 7–8で働く水植物は、6.86と9.18を使用するべきであるが、酸性プロセスは4.00と6.86を使用するべきである。
一般的な校正ミス
- バッファソリューションを再利用 — ハンドオーバーはそれを汚染し、すべての読み込みをシフトします。
- バッファ間のすすぎをスキップします。
- ATCなしでサンプルから異なる温度でバッファをキャリブレーションします。
- ガラスの球根を乾燥するか、またはそれを拭くようにし、水和した層を傷つけます。
- 幅広い測定範囲の単一ポイント校正に依存します。
- 範囲外の斜面を無視する - 低い斜面は通常、葉状または高齢者の電極を意味します。
- 期限切れまたは未認証バッファを使用して、参照値自体が間違っています。
適用による典型的なpHの範囲
以下の範囲は、ソース列で引用された標準にトレース可能です。 化学物質、医薬品、農業プロセスは、単一の公開範囲を持たない:それらのpHウィンドウは、特定のプロセスまたは作物によって固定されるため、一般的なテーブルではなく、独自のプロセス仕様から来なければならない。
| 申し込み | 典型的なpHの範囲 | ソース |
|---|---|---|
| 飲料水の水 | 6.5 - 8.5 | 米国EPA(二次飲料水規格) |
| 淡水水水水生 | 6.5 – 9.0 | 米国EPA(水産物基準) |
| 海洋/estuarine 水生 | 6.5 - 8.5 | 米国EPA(水産物基準) |
| 排水処理 | 6.0 – 9.0 | 40 CFR 133.102(二次治療) |
| 食品&飲料(認定食品) | 4.6以下 | 21 CFR 114.3(平衡pH) |
飲料水および水生の限界が中立に近いので、±0.5 pHだけに正確であるセンサーは順守を示すことができません。 これは、 電極の正確さ、表示決断無し、決定の指定になります。
産業選択ガイド:正確さ対の決断、出力およびIPの評価
工業用pHセンサーの購入は仕様演習です。 以下の5点は、測定が練習に有用かどうかを決定します。
1. 精度対解像度 — 彼らは同じではありません
表示するメートル 0.01 pHの決断 最後の数字だけを表示しています。 ±0.01 pH に正確ではありません。 産業用オンライン分析装置は通常、 ±0.1 pHの正確さ. 私達自身 KPH300オンラインpH分析装置 よい参照です: 0–14 pHの範囲、 ≤ ±0.1 pHの正確さ、≤ ±0.1 pH の反復性、0.01 pH の決断、≤ 10 s の応答、≤ ±0.1 pH の漂流、ガラス電極、浸水可能なボディおよび 0–60 °C 操作。
2. 出力信号:4-20 mAかRS485
4～20 mA 古典的なアナログ ループ、PLC またはチャートのレコーダーにワイヤーで縛ること容易なです。 RS485 (バス) 数値をデジタルで運ぶので、複数のセンサーは1つのバスを共有でき、読書はアナログの漂流に苦しまない。 制御システムに合った出力を選択します。 KPH300 オファー RS485.
3. 温度補償
内蔵温度要素(Pt100 / Pt1000 / NTC)を指定し、解析者がKPH300で最大60 °Cまでのフルプロセス温度範囲でATCを適用していることを確認します。
4.エンクロージャおよび保護
マッチする IP等級 取付けへのボディ材料: 溝および開いたチャネルのための浸水可能および積極的な流れのための化学的に抵抗力があるボディ。 センサーが水槽やチャンネルの深さに没入できることを確認してください。 ザ・オブ・ザ・ KPH300、例えば、評価されるステンレス鋼の場合で供給されます IP68 連続的な液浸のため。
5. 口径測定間隔および維持費
お問い合わせ 校正間隔 (参考) 6ヶ月 KPH300のクリーンなプロセスのために)は完全です 2点校正 周期、規則的な週単位の緩衝点検;それは予想される漂流の行動を告げます。 ファイリングストリームは、より短いサイクルが必要になります. バッファと交換電極のコストを、購入価格だけでなく、選択に要因します。
固定取付けと携帯用確認のために、私達ののような手持ち型の単位 ハイドロpHのメートル カバー 0.00～14.00 pH ～と 0.01 pHの決断 そして ±0.1 pHの正確さ 0〜60 °C以上、1〜2ポイントの校正。
設置とメンテナンス
- 流れが代表的であるセンサーを取付けて下さい — デッドゾーンやエアポケットを避け、不安定な読書を引き起こします。
- ガラスの球根を保って下さい 常に湿った;脱イオンされた水で決してKClの貯蔵の解決で貯えて下さい。
- センサーの最大浸入深さと温度制限を調べます。
- 電極をきれいにする 定期的に: 洗剤、適した溶媒が付いている油性のフィルムが付いている柔らかい沈殿物および希釈された酸の洗浄が付いている炭酸塩スケールは、それから再水します。
- 洗浄後の再校正 読書が疑われる時はいつでも。
- 埋込式電極の電解液を上下に交換し、洗浄後の範囲外に斜面が残っているときに電極を交換します。
- ログキャリブレーション・スロープとドリフトで、故障した電極をバッチにコストをかける前に探すことができます。
よくある質問
pHセンサーはどのように機能しますか?
pHセンサーは、ガラス測定電極と安定した参照電極の潜在的な違いを測定します。 その電圧は、Nernstの式に従います - およそ25 °CでpH単位あたり59.16 mV - メートルはpH値に変換します。
pHセンサーとpHメーターの違いは何ですか?
センサー(電極)は、サンプルに触れる測定要素です。メートルまたは送信機は、電圧を読み取り、校正を適用し、温度を補正し、pH値を表示または出力する装置です。 完全な測定は両方を必要とします。
pHセンサーを校正する頻度は?
これらは2つの異なるクロック上の2つの異なるタスクです。 クイック 認証 重要な測定が連続サービスで少なくとも週に最低1回の定期的な練習である前に、バッファに対してチェックします。 全部で 2点校正 プロセス要求の間隔で行われる: KPH300 のようなきれいな取付けのために、それはについての指定されます 6ヶ月、泡立つか高温流れがより短い周期を必要としている間、。
pH解像度とpH精度の違いは何ですか?
解像度は、最も小さい表示されたステップ(例えば、0.01 pH)です。 精度は、読みが真の値にどれだけ近いかです(産業オンライン分析装置は通常、±0.1 pH)。 0.01 pH表示はセンサーが±0.01 pHに正確であるという意味ではありません。
pH測定に必要な温度補償はなぜですか?
Nernst の斜面は温度に依存します — 約 54.2 mV/pH に 0 °C と 74.0 mV/pH に 100 °C. 自動温度補償は試料温度の電極の斜面を補正しますので、計算された pH は正しいままになります。
プロセスに適したpHセンサーを選択します。
飲料水、食糧および飲料ライン、または廃水排出を監視しているかどうかは、センサーをアプリケーションに合わせることは、測定の信頼性を高めるものです。 ブラウザ pHセンサーの範囲 工業用および実験室モデルについては、pH制御の動作方法を参照してください。 食品・飲料の生産 お問い合わせ 排水処理、または仲間の記事を読んでください。 pHセンサーがあらゆる環境で動作する方法.
ソース
- ISO 10523:2008 - pHの水質 - 決定、標準化のための国際機関。
- 二次飲料水規格:ニュアンス化学品のご案内米国EPA
- 国民の推薦された水質基準:水生の生命基準のテーブル米国EPA
