低濁度傳感器（用于測量濁度≤10 NTU 的低濁水體，如飲用水、超純水等）的工作原理基于光散射與透射定律，核心是通過精確捕捉水體中微小顆粒物對光線的散射信號，間接反映濁度水平。其設計需重點解決低濁環境下信號弱、干擾多的問題，以下是具體原理及關鍵技術細節：

一、核心原理：光與顆粒物的相互作用

濁度的本質是水體中懸浮顆粒物（粒徑通常 0.1~10 μm）對光線的散射能力。低濁度傳感器通過以下步驟實現測量：

光源發射：傳感器內置穩定光源（如紅外 LED、激光二極管），向水樣發射固定強度的單色光（波長多為 860 nm，避免水中天然色素如葉綠素的吸收干擾）。

光的散射與透射：

當光線穿過水樣時，大部分光線沿直線傳播（透射光），少量被顆粒物散射（散射光），散射方向與顆粒物大小、形狀相關：

小顆粒（<1 μm，如膠體）主要產生瑞利散射，散射光均勻分布在各個方向（前向、側向、后向）；

較大顆粒（1~10 μm，如微小泥沙）主要產生米氏散射，散射光集中在前向角度（與入射光方向夾角 0°~90°）。

信號接收：傳感器通過特定角度的光電探測器（如光電二極管、光電倍增管）捕捉散射光或透射光強度，再通過算法轉換為濁度值（NTU）。

二、關鍵測量方式：散射光法（低濁度核心）

低濁水體中顆粒物少，散射光信號極弱（通常 < 0.1% 的入射光強度），因此傳感器普遍采用散射光法（而非高濁度常用的透射 - 散射對比法），并通過角度優化提升靈敏度：

前向散射（90°±30°）：
低濁環境中，顆粒物以小粒徑膠體為主，前向散射光強度比側向（90°）或后向（180°）更強，更易被捕捉。例如，多數低濁傳感器采用25°、45° 或 90° 前向角，平衡靈敏度與抗干擾（如氣泡的后向散射干擾較小）。

雙通道補償：
部分高精度傳感器（如哈希 1720E）同時測量 “前向散射光" 和 “參考光"（未經過水樣的原始光），通過比值計算消除光源波動（如 LED 衰減）導致的誤差，確保低濁段（<0.1 NTU）測量穩定。

三、抗干擾設計：低濁測量的核心挑戰

低濁度測量易受環境光、氣泡、光學污染等干擾，傳感器通過以下設計抵消影響：

光學屏蔽：

測量腔采用遮光材料（如黑色聚四氟乙烯），避免環境光進入；流通池內壁做啞光處理，減少雜散光反射。

氣泡排除：

在線式傳感器的流通池設計為 “U 型" 或 “斜向進水"，利用重力排氣；便攜式傳感器需手動搖晃排除氣泡（氣泡會強烈散射光，導致濁度虛高）。

自動清潔：

膏端傳感器配備超聲波清潔或刮刀裝置，定期清除光學窗口的污染物（如生物膜、鈣垢），避免其成為 “假顆粒" 干擾散射信號。

溫度補償：

內置溫度傳感器，通過算法修正水溫變化對水體折射率的影響（水溫每變化 1℃，低濁測量誤差可能增加 0.01~0.05 NTU）。

四、校準基準：濁度單位（NTU）的溯源

傳感器的測量結果需基于標準濁度溶液校準，以確保準確性：

福爾馬肼標準液：國際通用基準，通過硫酸肼與六次甲基四胺反應生成的膠體顆粒，其散射特性穩定，作為 0 NTU（超純水）、1 NTU、5 NTU 等校準點。

低濁校準技巧：校準 0 NTU 時需用 “超純水"（電阻率≥18.2 MΩ?cm），避免水中溶解的微小顆粒物影響零點；校準后需驗證線性（如 0.5 NTU 標準液的測量偏差應≤±0.02 NTU）。

總結

低濁度傳感器的核心是 **“精準捕捉微弱散射光信號，并通過抗干擾設計抵消環境影響"**：通過優化光源波長、散射角度提升靈敏度，通過光學屏蔽、溫度補償、自動清潔減少誤差，最終將散射光強度轉化為穩定的 NTU 值。其設計難點在于低濁段（<0.1 NTU）的信號放大與噪聲抑制，這也是區分傳感器精度的關鍵（如高精度傳感器可分辨 0.001 NTU 的變化，適用于制藥用水；常規傳感器精度為 0.01 NTU，適用于飲用水）。