1、兩電極型電導(dǎo)率傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與特點

 

　　電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)池由一對電極組成，在電極上施加一恒定的電壓，電導(dǎo)池中液體電阻的變化導(dǎo)致測量電極的電流發(fā)生變化，并符合歐姆定律，用電導(dǎo)率代替電阻率，用電導(dǎo)代替金屬中的電阻，即用電導(dǎo)率和電導(dǎo)來表示液體的導(dǎo)電能力，從而實現(xiàn)液體電導(dǎo)率的測量。

 

　　傳統(tǒng)電極型電導(dǎo)率傳感器電極是由一對平板電極組成，電極的正對面積與距離決定了電極常數(shù)。這種電極結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝簡單，但這種電極存在電力線邊緣效應(yīng)以及電極正對面積、電極間距難以確定等問題，電極常數(shù)不能通過尺寸測量計算得出，需要通過標(biāo)準(zhǔn)進行標(biāo)定，常用的一種標(biāo)準(zhǔn)溶液是0.010 0 mol／標(biāo)準(zhǔn)溶液。結(jié)合電導(dǎo)池原理對平板電極進行改進，開發(fā)出了圓柱形電極、點電極、線電極、復(fù)合電極等。

 

　　電極型電導(dǎo)率傳感器具有以下特點：1）結(jié)構(gòu)簡單、制造方便；2）后續(xù)處理電路簡單、容易實現(xiàn)；3）測量精度高；4）使用方便。

 

　　2、四電極電導(dǎo)率傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與特點

 

　　四電極電導(dǎo)池由2個電流電極和2個電壓電極組成，電壓電極和電流電極同軸，測量時被測液體在2個電流電極間的縫隙中通過，電流電極兩端施加了一個交流信號并通過電流，在液體介質(zhì)里建立起電場，2個電壓電極感應(yīng)產(chǎn)生電壓，使2個電壓電極兩端的電壓保持恒定，通過2個電流電極間的電流和液體電導(dǎo)率呈線性關(guān)系。

 

 

　　目前成熟的電導(dǎo)率傳感器其測量范圍為0—2S／cm，并且電極常數(shù)不同具有不同的測量范圍。

 

　　四電極電導(dǎo)率傳感器具有以下特點：1）電流電極同電壓電極分開，電流電極上采用恒流源供電，有效的避免了極化阻抗的影響；2）靈敏度高、抗污染能力強；3）四電極電導(dǎo)池具有超微結(jié)構(gòu)、導(dǎo)流空間大、距離短，適于長期現(xiàn)場測量。

 

　　3、電極型電導(dǎo)率傳感器的應(yīng)用

 

　　電導(dǎo)率傳感器被廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)、生活以及軍事領(lǐng)域：1）人類飲用水水質(zhì)的監(jiān)測；2）工業(yè)用水水質(zhì)監(jiān)測；3）蓄電池電解液密度的監(jiān)測；4）電解制氧、制氫裝置中水質(zhì)的監(jiān)測；5）海洋測量、海洋資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測。

 

　　4、電極型電導(dǎo)率傳感器關(guān)鍵技術(shù)

 

　　1）電極極化效應(yīng)的消除

 

　　為降低電極極化帶來的測量偏差，通常采取提高供電電源的頻率、電極極板涂鉑黑、加大極板面積等方法。

 

　　2）電容效應(yīng)的消除

 

　　為了消除電容效應(yīng)，提高測量靈敏度，通常采取2種方法：一是加大液體電阻，這種方法不容易實現(xiàn)；二是提高頻率，降低電容容抗。但頻率的提高會受到一定的限制，一般是高阻時采用低頻，低阻采用高頻。

 

　　3）多電極電導(dǎo)池設(shè)計制作

 

　　多電極電導(dǎo)池要求每對電極保持嚴(yán)格對稱，并相對其他電極的距離固定，這對電極基座的加工提出了很高的要求。電極基座多采用高性能陶瓷材料制作，電極材料多采用高性能金屬材料，二者膨脹系數(shù)存在較大差異，造成電極的燒結(jié)、封裝困難。通常采用中間溫度系數(shù)的過渡材料進行燒結(jié)，封裝，但效果不是十分理想。

 

　　5、電極型電導(dǎo)率傳感器未來發(fā)展趨勢

 

　　1）多電極與微電極成為電極型電導(dǎo)率傳感器發(fā)展方向之一。兩電極型電導(dǎo)率傳感器由于存在電極極化，其測量范圍、測量精度受到極大的限制，多電極體系電導(dǎo)率傳感器在測量范圍、測量精度方面均取得了突破。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，目前，四電極結(jié)構(gòu)的電導(dǎo)率傳感器已經(jīng)研制成功，并成功商業(yè)化。中國國家海洋技術(shù)中心已經(jīng)開展了七電極電導(dǎo)率傳感器的研究與開發(fā)，并已經(jīng)在電極結(jié)構(gòu)設(shè)計、燒結(jié)、封裝等方面取得了一定的成就。

 

　　2）電導(dǎo)率傳感器與單片機技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，電導(dǎo)率傳感器與單片機技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)電導(dǎo)測量的自動化，使電導(dǎo)測量的適應(yīng)性和測量精度均得到提高。

 

　　3）優(yōu)化激勵信號的形式使測量數(shù)據(jù)精度更高，采用速度更快。

 

　　4）在電極數(shù)目增加受到限制的情況下，優(yōu)化激勵順序，針對同一個電導(dǎo)率分布盡可能得到多的獨立測量數(shù)據(jù)。

 

　　6、電極材料發(fā)展

 

　　由于電導(dǎo)率傳感器具有一定的特殊性，因此對用于制作電極的材料有一定的要求：1）良好的導(dǎo)電性能；2）由于電極與被測介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)會腐蝕電極表面，要求電極有穩(wěn)定的化學(xué)特性。

 

　　常用的電極材料有鉑、不銹鋼、銅、銀等。鉑是一種*的電極材料，但價格較高，在實際應(yīng)用中，一般采用不銹鋼和金屬銅做電極材料。

 

　　隨著材料科學(xué)的發(fā)展與進步，一些新型的材料被用來加工電導(dǎo)率傳感器電極，如導(dǎo)電陶瓷、鈦合金等，取得了較好的效果。