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TECHNICAL ARTICLES常規電導率傳感器的測量原理基于物質導電能力與離子濃度的關系,核心是通過測量溶液中離子對電流的傳導能力來間接反映電導率(單位:S/m 或 μS/cm)。以下是其具體原理的詳細解析:
一、基本原理:歐姆定律的應用
電導率(σ)是衡量物質導電能力的物理量,計算公式為:
σ = G × (L/A)
其中:
G 為電導(電阻的倒數,單位 S),即溶液傳導電流的能力;
L/A 為電極常數(單位 m?1),由電極的幾何形狀決定(L 為兩電極間距,A 為電極面積)。
傳感器通過測量溶液的電導(G),結合已知的電極常數(L/A),即可計算出電導率(σ)。
二、核心測量方式:電極法
常規電導率傳感器主要采用兩極式電極,其測量過程如下:
施加交變電壓:向浸入溶液的兩個電極施加低頻交變電壓(通常 100~1000Hz)。
采用交變電壓的目的:避免直流電導致電極發生電解反應(如水中 H?、OH?放電產生氣泡),影響測量精度。
測量電流:溶液中的離子(如 Na?、Cl?等)在電場作用下定向移動,形成電流。傳感器通過測量此時的電流大小,結合施加的電壓,根據歐姆定律(I=U/R)計算出溶液的電阻(R),進而得到電導(G=1/R)。
計算電導率:根據 σ = G × (L/A),代入測量得到的電導(G)和電極常數(出廠前校準確定),最終輸出電導率值。
三、關鍵影響因素
離子濃度:濃度越高,離子數量越多,電導率越大(但高濃度時可能因離子間相互作用,電導率增長變緩)。
溫度:大多數溶液的電導率隨溫度升高而增大(離子運動速率加快),因此傳感器通常內置溫度探頭,通過補償算法將測量值修正為標準溫度(如 25℃)下的電導率。
電極污染:電極表面吸附雜質(如有機物、沉淀)會增加接觸電阻,導致測量誤差,因此需定期清潔或校準。
四、適用場景與局限性
適用場景:常用于水質監測(如飲用水、污水、泳池水)、化工生產中溶液濃度控制等。
局限性:對高純度水(如超純水,離子濃度極低)測量精度較低,需采用更靈敏的四電極法或電磁感應法傳感器。
綜上,常規電導率傳感器通過測量溶液中離子的導電能力,間接反映其離子濃度,是一種基于電化學原理的經典檢測技術。