Bir pH sensörü bir pH hassas cam elektrot ile stabil bir referans elektrot arasındaki gerilimi ölçer. Bu gerilim takip eder Nernst denklemi - hakkında - 25 °C'de pH ünitesi başına 59.16 mV - ve bir pH değerine dönüştürülür; endüstriyel vericiler sonra okumayı bir kez daha basır 4-20 mA veya RS485Bu kılavuz çalışma prensibini, elektrot türlerini, Nernst eğimi, kalibrasyonu ve endüstriyel seçimi kapsar.
Teknik doğruluk için yorumlandı SHI SHENTONG, Uygulama Mühendisi, KCSensor; KCSensor teknik ekip tarafından yayınlandı.
pH Aslında Önlemleri Nedir
pH, pH'ı ifade eder Hidrojen iyonlarının aktivitesi (H+) Bir çözümde, sadece konsantrasyonları değil. Tanım negatif bir baz-10 logarithm:
pH = -log10 a(H+)
Çünkü logarithmik, bir pH ünitesinin bir değişikliği bir pH ünitesi anlamına gelir on kat değişim Hidrojen iyon aktivitesi. Bilinen 0-14 ölçeğinde, pH 7 tarafsız, 7'nin altındaki değerler asittir ve 7'nin üzerindeki değerler alkalidir. Gerçek çözümlerde - özellikle endüstriyel ve doğal sular - aktivite ham konsantrasyondan farklıdır, bu yüzden ölçülen sinyal bilinen pH tamponlarına karşı kalibre edilmelidir.
Su ve atık su testleri için, pH kararlılığı için uluslararası referans yöntemidir ISO 10523:2008 (Su kalitesi - pH'ı BelirlemeABD ve EPA gibi düzenleyiciler aynı ölçekde pH sınırlarını belirlediler. Bu nedenle bir uyumluluk parametresi, sadece bir işlem rahatlığı değil.
Bir pH Sensöri Nasıl Çalışır: Cam elektrotları
Bir elektrokimyasal pH sensörü, batarya benzeri bir hücredir İki yarı hücre: Bir pH hassas bir elektrot ve istikrarlı bir referans elektrode. Aralarındaki potansiyel fark, enstrümanın okuduğu şeydir.
Cam (measuring) elektrode
Ölçüm elektrode bir şeydir İnce pH - hassas cam membranı Bir tüpü mühürle. Toplandığında, cam yüzeyi, hidrojen iyonlarının cam lattice ile değiştiği bir hidratlanmış tabaka oluşturur. Bu iyon değişimi, örneğin hidrojen iyon aktivitesine bağlı bir potansiyel yaratır - daha fazla H+, daha büyük potansiyel. Potansiyel, Nernst denklemini takip eden pH ile orantılıdır.
Referans elektrode
Referans elektrode bir ada sunar Bilinen, sürekli potansiyel Bu pH'a cevap vermez. Genellikle bir şeydir Ag/AgCl Bir potasyum klorür (KCl) elektrolit, bir göz ardı edilebilir bir kavim aracılığıyla örnekle bağlantılıdır. Onun istikrarı tüm ölçümlerin doğruluğunu ayarlar.
Gürültüden pH'a
- Cam elektrode, numunenin hidrojen iyon aktivitesi için potansiyel bir orantılı geliştirir.
- Referans elektrode sabit bir potansiyele katkıda bulunur.
- A Yüksek hacimli voltmeter metre veya verici iki arasındaki potansiyel farkı ölçer.
- Araç, Nernst denklemi kullanarak bu gerilimi bir pH değerine dönüştürür, sonra 4-20 mA / RS485 olarak gösterir.
Çoğu endüstriyel ve laboratuvar sensörleridir kombinasyon elektrotlar: Ölçü ve referans yarı hücreleri tek bir bedene inşa edilir, bu da tesisatı ve bakımı basitleştirir.
Nernst Equation ve Sıcaklık Açıklama
Ölçüm elektrot tarafından üretilen gerilim, tarafından tarif edilir Nernst denklemipH ölçümü için, pratik form şu:
E = E° - (2.303 · R · T / F) · pH
- E = ölçüm ve referans elektrotları arasındaki potansiyel (mV)
- E° = hücre sabiti ( pH 7'deki potansiyel, kalibrasyon sırasında ayarlanmış)
- R = evrensel gaz sürekli, T = mutlak sıcaklık (K) F Faraday sabiti
- 2.303 R T / F = Teorik Teorik elektrode yamaç, pH ünitesi başına mV
Çünkü eğim içerir TAncak, numunenin sıcaklığı doğrudan kaç milivolts bir pH ünitesinin nasıl ürettiğini değiştirir. Ortak sıcaklıklardaki teorik eğim:
| Sıcaklık (°C) | Teorik eğim ( pH ünitesi için V) |
|---|---|
| 0 | 54.2 |
| 25 | 59.16 |
| 50 | 64.1 |
| 100 | 74.0 |
Bu yüzden endüstriyel pH metre kullanımı Otomatik sıcaklık tazminatı (ATC) Bir Pt100, Pt1000 veya NTC Pro ile ve 25 °C'de bir sensör neden eğimi telafi olmadıkça 60 °C sürecinde yanlış okuyacaktır. Farkı not edin: ATC doğruları doğruluyor elektrode yamaç Sıcaklık için; örneğin gerçek pH değişimini doğrulamıyor, bu da sürecin kimyasına bağlı.
Cam, ISFET ve Solid-State pH Sensörleri Karşılaştırmalı.
Tüm üç aile aynı ölçüm prensibini kullanır - pH'ı takip eden bir elektrot potansiyeli - ancak hassas malzeme, hız ve sert koşullar toleransında farklıdır.
| Tür | Sensing prensibi | Yanıt | Güçlüler | Sınırlamalar | Tipik Kullanım |
|---|---|---|---|---|---|
| Cam elektrode (incl. kombinasyon) | pH duyarlı cam membran + Ag/AgCl referans | İkincisi | En iyi doğruluk ve uzun vadeli istikrar; ISO 10523 buffers'a izlenebilir | Fragile; hidrasyona ve düzenli kalibrasyona ihtiyaç duyar; kaplamaya ve HF saldırıya eğilimlidir | Laboratuvar ve genel endüstriyel su / su |
| ISFET | Ion-sensitive field- effects transistör (solid-state) | Çok hızlı | Küçük, sağlam, kırılmak için cam yok; düşük örnek hacmi | Işık ve elektrik gürültüsüne karşı hassas; sert kimyasallarla sınırlı direniş | Gıda, biyomedikal, taşınabilir ve hızlı kontrol uygulamaları |
| Solid-state (metal oksit/antimony) | Katı metal-oksit veya antimony elektrode | Orta | Camın başarısız olduğu kör ve HF ile yeten medyaya devam ediyor | Aşağı doğruluk, daha fazla sürüklenme, daha sık kalibrasyona ihtiyaç duyar | Harsh kimyasal ve yüksek katı proses akışları |
Spec sayfasının önerdiğinden iki sınırlama. Bir cam elektrode bir gösterir alkalin (sodium) hatası Yüksek pH'da alkali-metal iyonları bol olduğunda ve bir asit hatası Çok düşük pH'da; her ikisi de cam membranın kendi özellikleridir, bu yüzden okuma taze bir şekilde kalibre edilmiş bir sensör üzerinde bile değişir ve bir bitkinin ölçeklerde bir okumayı durdururlar. Bir ISFET daha hızlı ve kırılmak için cam yoktur, ancak iyona duyarlı tabaka ışığa ve elektrik gürültüye duyarlıdır, güçlü alkaliler ve hidroflorik asit tarafından saldırıya uğrar ve hidrojenden iyonlara cevap verebilir. Ne teknoloji kalibrasyon ihtiyacını ortadan kaldırır; sadece sık sık kalibrasyonun gerekli olduğunu ve vücudun ne kadar sert hayatta kalabileceğini değiştirir.
Kalibrasyon: 2Point Method with 4.00 / 6.86 / 9.18 Buffers
Mükemmel bir elektrot bile sürükler, bu yüzden pH ölçümü sadece kalibrasyonu kadar iyidir. Çoğu su ve atık su işi için endüstri standardı bir şeydir iki noktalı kalibrasyon Beklenilen süreci pH'ı, sertifikalı buffer çözümleri kullanarak - yaygın olarak pH 4.00, 6.86 ve 9.18 (veya 7.00 ve 10.01).
- elektrotları boşanmış su ve blot ile kurutun - asla cam yumruyu sil.
- İlk tamponta (genellikle) pH 6.86 / 7.00) ve okuma stabilizasyonuna izin verin.
- İlk tampon değeri girin ve sıfır / başlangıç noktasını doğrulayın.
- Rinse tekrar, sonra ikinci tampona dalın.pH 4.00 Asitli örnekler veya 9.18 alkali örnekleri için).
- İkinci değeri girin, böylece metre elektrode hesaplar eğim ( pH ünitesi için V).
- Kalibrasyonu kabul et sadece eğim üretici ve #8217 içindeyse; pencere; aksi takdirde, temiz veya elektrot yerini değiştirir.
- Tarih kayıt, kullanılan tamponlar ve eğim, ve uygulamanızın gerektirdiği programda yeniden tanımlanabilir.
İkinci tampon meselelerini seçmek: aslında ölçtüğün pH etrafında kalibre etmek. pH 7-8'de çalışan bir su bitkisi 6.86 ve 9.18 kullanmalıdır, asitli bir süreç 4.00 ve 6.86 kullanmalıdır.
Yaygın kalibrasyon hataları
- Buffer çözümü tekrarlamak - onu kirletmek ve her okumayı değiştiriyor.
- Buffers arasındaki çamaşırları atlayın.
- ATC olmadan örnekten farklı bir sıcaklıktaki tamponlarla Kalibrating.
- Cam bulb'i kurutun veya onu wiping edelim, bu da hidratd tabakasına zarar verir.
- Geniş bir ölçüm aralığı için tek nokta kalibrasyonuna dayanarak.
- Bir dışsal eğimi görmezden gelir - düşük bir eğim genellikle bir fouled veya yaşlı elektrode anlamına gelir.
- Sınırsız veya tanınmayan tamponları kullanarak, bu nedenle referans değerleri kendileri yanlış.
Uygulama ile tipik pH aralıkları
Aşağıdaki her aralığı, Source sütununda yayınlanan bir standarda izlenebilir. Kimyasal, farmasötik ve tarımsal süreçler tek yayınlanmamış bir aralığı yoktur: pH pencereleri belirli işlem veya ürün tarafından sabitlenir, bu nedenle kendi süreç spesifik bir tablodan ziyade kendi süreç özelliklerinizden gelmelidir.
| Başvuru | Tipik pH aralığı | Kaynak |
|---|---|---|
| İçme suyu içmek | 6.5 – 8.5 | ABD EPA (ikinci içme suyu standardı) |
| Freshwater su hayatı | 6.5 – 9.0 | ABD EPA (aquatic-life kriter) |
| Marine/estuarine su hayatı | 6.5 – 8.5 | ABD EPA (aquatic-life kriter) |
| Atık su deşarjı | 6.0 – 9.0 | 40 CFR 133.102 (ikinci tedavi) |
| Gıda & içecek (asitleştirilmiş yiyecekler) | 4.6 veya aşağıda | 21 CFR 114.3 (parça pH) |
Çünkü içme suyu ve su-yaşam sınırları tarafsıza yakın, sadece ±0.5 pH'a doğru olan bir sensör uyum gösteremez. İşte burası nerede elektrode doğruluk, karar vermeAncak karar verme özellikleri haline gelir.
Industrial Selection Guide: Çözüm, Çıktılar ve IP Rating
Endüstriyel bir pH sensörü satın almak, belirli bir egzersizdir. Aşağıdaki beş nokta, ölçümün pratikte yararlı olup olmadığına karar verir.
1. Çözüm vs – aynı değiller
Gösteren bir metre 0.0 Sadece son sayısalı gösteriyor; ±0.01 pH'a doğru değil. Endüstriyel online analizörler tipik olarak belirtilir ±0.1 pH doğrulukKendimiz KPH300 Online pH analizörü İyi bir referans: 0-14 pH aralığı, ≤ ±0.1 pH doğruluk≤ ±0.1 pH tekrarlanabilirlik, 0.01 pH çözünürlüğü, ≤ 10 s yanıt, ≤ ±0.1 pH sürükle, cam elektrot, submersible body ve 0–60 °C operasyonu.
2. Çıkış sinyali: 4-20 mA veya RS485
4–20 mA Klasik analog döngü, bir PLC veya grafik kaydına kablolamak kolaydır. RS485 (Modbus) Dijital olarak değeri taşır, bu yüzden birkaç sensör bir otobüs paylaşabilir ve okuma analog sürüklenmez. Kontrol sisteminizle oynayan çıktıyı seçin; KPH300 teklifleri RS485.
3. Sıcaklık tazminatı
yerleşik sıcaklık elementini (Pt100 / Pt1000 / NTC) açın ve analiz cihazı tam işlem sıcaklık aralığınızda ATC uygular - KPH300'de 60 °C'ye kadar.
4.
Maç IP sınıfı Montaja vücut materyali: özetler ve açık kanallar için submersible ve agresif akışlar için kimyasal olarak dirençli bir vücut. Sensörin tankınızın veya kanalınızın gerektirdiği derinliğine dalabileceğini onaylayın. The The The The The The The The KPH300Örneğin, paslanmaz çelik bir durumda verilen IP68 Sürekli immersion için.
5. Kalibrasyon aralığı ve bakım maliyeti
De ki: " kalibrasyon aralığı (yaklaşık 6 ay KPH300'de temiz bir işlem için) tam dolu iki noktalı kalibrasyon döngüsü, rutin haftalık tampon kontrol değil; beklenen sürüklenme davranışını anlatıyor. Fouling akışları daha kısa çevrimlere ihtiyaç duyacaktır. Buffer ve yedek-electrode'nin seçimine maliyeti, sadece satın alma fiyatı değil.
Sabit bir yüklemenin yanı sıra taşınabilir doğrulama için, bizim gibi bir el birimi Hydro pH Ölçümü kapaklar 0.00-14.00 pH ile 0.0 ve ±0.1 pH doğruluk 0–60 °C, bir ve iki nokta kalibrasyonu ile.
Kurulum ve Bakım
- Akışın temsil ettiği sensör Dağı - ölü bölgeler ve hava ceplerinden kaçının, bu da kararsız okumalara neden olur.
- Pencereyi tut Her zaman ıslakKCl depolama çözümünde depolayın, asla boşanmış su.
- En yüksek immersion derinliğine ve sensörün sıcaklık sınırına saygı gösterin.
- Elektrodeyi Temizleyin Düzenli olarak: deterjan, petrol filmleri uygun bir çözücü ile yumuşak yataklar ve bir dilsel asitle karbonat ölçeği, sonra tekrarhidrat.
- Her temizlemeden sonra Ve ne zaman okuma şüpheli olur.
- Top up veya referans elektrolyte'yi yeniden depolanabilir elektrotlar üzerinde değiştirin ve eğim temizlikten sonra aralıktan çıkarıldığında elektrodyu değiştirir.
- Log kalibrasyon eğimi ve sürüklenme, böylece sizi bir toplu maliyetinden önce başarısız bir elektrot lekeleyebilirsiniz.
Sık Sorulan Sorular
Bir pH sensörü nasıl çalışır?
Bir pH sensörü, bir cam ölçüm elektrot ve istikrarlı bir referans elektrode arasındaki potansiyel farkı ölçer. Bu gerilim Nernst denklemi takip eder - 25 °C'de pH ünitesi başına yaklaşık 59.16 mV - ve metre onu bir pH değerine dönüştürür.
Bir pH sensörü ve pH metre arasındaki fark nedir?
Sensör (electrode), numuneye dokunan ölçüm elemanıdır; metre veya verici, gerilimi okuyan enstrümandır, kalibrasyonu uygular, sıcaklık için telafi eder ve pH değerini gösterir. Tam bir ölçüm her ikisine de ihtiyaç duyar.
Bir pH sensörü ne sıklıkta kalibre edilmelidir?
Bunlar iki farklı saat üzerinde iki farklı görevdir. Hızlı bir şekilde doğrulama doğrulama doğrulama Kritik bir ölçümden önce bir tampona karşı kontrol, sürekli hizmette en az haftalık rutin uygulamadır. Tam bir dolu iki noktalı kalibrasyon Sürecinizin talep ettiği her türlü noktada yapılır: KPH300 gibi temiz bir kurulum için, belirtilmiştir. altı ay altı ayAncak fouling veya yüksek sıcaklık akışlarının daha kısa çevrimlere ihtiyacı olduğunda.
pH çözünürlüğü ve pH doğruluk arasındaki fark nedir?
Karar en küçük görüntülenen adımdır (örneğin, 0.01 pH); doğruluk, okumanın gerçek değere ne kadar yakın olduğudur (endüstri online analizörler genellikle ±0.1 pH). Bir 0.01 pH ekranı sensörün ±0.01 pH için doğru olduğu anlamına gelmez.
Neden pH ölçümü için gerekli olan sıcaklık tazminatı?
Nernst eğim ısıya bağlıdır - yaklaşık 54.2 mV/pH 0 °C'de 74.0 mV/pH 100 °C'ye karşı. Otomatik sıcaklık tazminatı, hesaplanan pH'nın doğru kalmasını sağlar.
Süreçiniz için doğru pH sensörü seçin.
İçme suyu, bir gıda ve içecek hattını veya bir atık su deşarjını izlemek, uygulamanın sensörünü eşleştirmek ölçüm güvenilir kılan şeydir. Gözümüze göz atın pH sensör aralığı Endüstriyel ve laboratuvar modelleri için, pH kontrolünün nasıl çalıştığını görün Yiyecek ve içecek üretimi ve içinde atık su arıtımı, ya da arkadaş makalesini oku Tüm ortamlarda pH sensörleri nasıl çalışır.
Kaynaklar
- ISO 10523:2008 - Su kalitesi - pH BelirlenmesiUluslararası Standartlaşma Örgütü.
- Orta İçme Suyu Standartları: Nuisance Kimyasalları için RehberlikABD EPA.
- Ulusal Önerilen Su Kalite Kriterleri: Aquatic Life Kriterleri MasaABD EPA.
