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1、pH传感器 pH Sensors,Part 1: 我们生活周围的pH测量 Part 2: pH传感器的结构 Part 3: pH的计算以及影响pH测量的因素 Part 4: pH传感器维护 Part 5: E+H的pH探头 Part 6: Memosens 测量技术的一场革命 The End,内容目录,2020/6/1,pH测量覆盖我们生活的各个方面: 清洗液: 肥皂, 漂白, 等 食品: 酸奶, 可乐, 啤酒, 水,等 污水: 工业污水, 市政污水 化工生产: 杀虫剂, TiO2, 合成染料, 环氧树脂 塑料生产: PVC, PP, 等。 制药: 胰岛素, 青霉素, 抗体, 等。 纸浆& 造
2、纸 : 造纸机入口,pH测量的应用领域,2020/6/1,pH的定义,pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14,Range,100 10-1 10-2 . . . 10-14,alkaline,acid,neutral,H+-concentration mol/l 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 0,000001 0,0000001 0,00000001 0,000000001 0,0000000001 0,00000000001 0,000000000001 0,00000000000001 0,000000000000001
3、,2020/6/1,Coca Cola 2,5,Fanta 3,0,Apple juice 3,5,Beer 4,1 - 4,6,Butter 4,8 - 4,9,Human skin 4,8 - 5,8,Fresh milk 6,7 - 7,1,Human blood 7,4,Albumen 7,6 - 8,0,Soap,Drain pipe cleaner 11-12,Sodium hydroxide (1 mol/l) 14,常见介质的pH值,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14,Back,2020/6/1,pH测量需要具备的条件,利用电化学原理进行pH测
4、量的传感器 温度传感器. 连接到过程的安装支架 把传感器mV信号转化为4- 20 mA 信号的变送器。,2020/6/1,pH电极电路,替代产品:复合式电极,测量电极与参比电极分开的分离式电极,2020/6/1,pH电势链,2020/6/1,测量电极的工作原理,如果 “内部” pH = “外部” pH - no potential difference = 0 mV (= pH 7) “外部” H+-离子过量 = 正电荷 “外部” H+-离子较少 = 负电荷 结果: potential difference,2020/6/1,参比电极结构,Ag-AgCl-KCl ”盐桥“防止金属与过程介质直接
5、接触 Junction 防止过程介质进入电极 AgCl storage for saturation during temperature changes Saturation provides constant potential,2020/6/1,参比电极的隔膜(diaphragms)类型,2020/6/1,IsFET-传感器 (TopHit),工作原理:,Gate insulator: 厚度: 约0,1 mm 材料: Ta2O5 (氧化钽),参比电极,IsFETs 也遵循 NERNSTs law!,2020/6/1,IsFET-传感器示意图,1 gate insulator with s
6、emiconductor phase 2 ceramic board 3 special flat sealing 4 温度传感器 5 隔膜 6 参比电极 7 elastic fixing 8 PEEK body,1,2,3,4,5,6,7,8,2020/6/1,pH计算,U . Sensor voltage Uo . Voltage at pH=7.00 R . Gas constant T . Temperature in Kelvin F . Faraday constant H+ . Activity of H+-ions n . Load of the ion (H+=1),Nern
7、st Formula,2020/6/1,pH电极的斜率: 54,20 mV/pH at 0 C 59,16 mV/pH at 25 C 74,04 mV/pH at 100 C,温度对pH信号的影响,pH7不受温度影响 各电势之和构成偏置,2020/6/1,电极上发生了什么?,2020/6/1,pH电极的清洗,before,after,Food industry, mustard coating,时间间隔? 清洗间隔与测量介质有关。 响应速度变慢、斜率变小、测量值不稳定等预示着电极受污。 每次标定前须进行清洗。 清洗方法? 用合适的清洗液,去除电极上的小沉积物。 使用软刷或者合适的清洗液,以去
8、除黏附性污垢。 把电极浸放如清洗液中,以去除顽固污垢。,2020/6/1,为什么需要定期标定?,通过标定,修正变送器中的测量误差。而这些测量误差是由于电势链中的电势变化而引起。 当电极被污染引起某个或某些电势变化时,需要进行标定。 良好测量状态下的电极不需标定 (除非电极长时间工作,老化).,2020/6/1,pH Buffer性价比高,经济性: 标定液容量可选 5000 ml 罐 用于 TopCal S,维护量小。 100 ml 和 1000 ml 瓶 标准应用 20 ml 瓶 用于食品、制药行业的一次性使用。,Puffer CPY 20,2020/6/1,pH Buffer准确性高,使用E
9、+H的标定液标定,pH测量更准确。 Certified traceability to international standards (DIN/NIST) 有效性: 24 months Easy: E+H transmitters的标定液自动识别 经济性: 适合不同工况的容量选择,2020/6/1,pH电极的储存,电极保存时须保持湿润。 最好的储存溶液是pH 7或3mol的KCl溶液. 禁止把电极放入去离子水或碱液中储存。 如果传感器在储存阶段变干了,可以把传感器浸放到pH 7或3mol的KCl溶液中一段时间。 KCl将会恢复含水玻璃膜和参比隔膜。,2020/6/1,pH-electrode
10、s,2020/6/1,pH玻璃电极 CPS11 / CPF81,Orbisint W CPS 11 (standard electrode) 凝胶填充 - 参比系统长时间稳定 PTFE 隔膜 - 抗污性好、维护小 响应速度慢 Orbipac W CPF 81 凝胶填充,PTFE隔膜 电极带电缆, 前后都有 NPT “的螺纹连接 - 适合浸入或插入式安装 双接液参比系统, KNO3盐桥 -防毒化性能更高 如S2-或CN-离子 可选内置前置放大器 -测量值传输无干扰 可选扁平玻璃膜 - 适用于快速流量或者含纤维介质,2020/6/1,pH玻璃电极 CPS41,Ceraliquid P CPS 41
11、 (带3A证书) 液态KCl电解液, 陶瓷隔膜 - 适用于低电导率介质 ( 0.1 S/cm) - 响应速度极快 - 测量准确度最高 - 抗毒化性能最好 加压液态KCl电解液 - 适用于易堵塞电极的介质 操作较复杂,2020/6/1,pH玻璃电极 CPS71,Ceragel P CPS 71 (带3A证书 和 生物适应性) 双接液参比电极系统 - 毒性物质扩散距离长,抗毒性强 陶瓷隔膜 - 响应速度快 陶瓷的精细透水孔防止细菌在透水孔中生存 - 3A证书 两腔室中的凝胶不含致癌的丙烯酰胺 - 生物适应性,用于食品、制药、发酵等行业 耐高压加热Autoclavable, SIP + CIP清洗。
12、 蛋白质沉淀,染料等可能堵塞陶瓷隔膜,2020/6/1,CPS 71 双接液参比电极结构,2020/6/1,pH玻璃电极 CPS91/CPF201,OrbiPore CPS 91: 开孔隔膜,极其稳定的凝胶电解液 -适用于悬浮液,乳状液,高沉淀等易堵塞电极的介质 - 受温度和压力波动的影响小 - 响应速度很快,维护小 PuriSys CPF 201 专门为高纯水pH测量设计 316不锈钢流量支架 - pH读数稳定 -消除流量对pH测量的影响,2020/6/1,应用领域,含有大量污垢、泥浆的介质 抗污Teflon隔膜 介质易造成电极中毒 双接液参比系统 介质含有大量易造成参比电极 中毒、污染(如
13、油脂)的物质 液体电解液参比系统 pH变化快速且频繁的介质 陶瓷隔膜,CPS 11 CPF 81 / CPS 71 CPS 41,电极的选择,2020/6/1,Memosens converts the glass electrode into a digital sensor,Memosens pH测量技术的革命,2020/6/1,Memosens工作原理,电极与电缆之间采用感应式连接。 电极plug-in连接头中含有芯片。能量通过感应式连接对该芯片供电。 电极plug-in连接头与电缆coupling之间的双向感应式信号传输。,2020/6/1,Memosens的高安全性,Memosens
14、主要消除了如下问题: 腐蚀 接触不良 盐桥 潮湿 泄漏 高阻抗连接 接地,2020/6/1,Memosens使高阻抗变得无关紧要,Memosens: pH 信号被数字化后采用非接触传输 。 = 不再存在潮湿问题,UpH,带plug-in 连接头 的电极,电缆coupling,电缆,变送器,标准探头: 低阻抗成分将导致电极斜率下降。原因是电极、电缆内部电阻上的分压。,2020/6/1,如果传感器与变送器之间的连接断开,则数字通讯断开,变送器上的报警灯将变亮。安全性提高。,Memosens的其他优点,传感器主动故障报警功能,内置数据存储功能,生产数据 生产日期, 订货号, 序列号 当前特征 工作总
15、时间, 消毒次数, max/min pH / T(预防性维护) 标定数据 标定日期, 零点, 斜率, 等温点(支持离线实验室标定) 传感器信息 位号,2020/6/1,现场标定 v.s. 离线实验室标定,Past,Today,在理想环境下进行标定和维护,2020/6/1,The many-sided OrbiPore CPS 91 D,The most copied OrbiSint CPS 11 D,The hygienic CeraGel CPS 71 D,Memosens电极,2020/6/1,The End,Thank you for Your Attendance,2020/6/1,CPF 81结构,Fixed cable,Reference,lead,1. electrolyte,chamber,filled with KCl,PTFE,diaphragm,2. electrolyte chamber,filled with KNO3,(detoxification chamber),Pt 100,pH-sensitive,glass membrane,PTFE diaphragm (double junction),2020/6/1,
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