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電導(dǎo)率傳感器的技術(shù)現(xiàn)狀與特點(diǎn)
電導(dǎo)率傳感器技術(shù)是一個(gè)非常重要的工程技術(shù)研究領(lǐng)域 ,用于對(duì)液體的電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)量 ,被廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)生活中 ,成為電力、 化工、 環(huán)保、 食品、 半導(dǎo)體工業(yè)、 海洋研究開(kāi)發(fā)等工業(yè)生產(chǎn)與技術(shù)開(kāi)發(fā)中*的一種檢測(cè)與監(jiān)測(cè)裝置。電導(dǎo)率傳感器主要對(duì)工業(yè)生產(chǎn)用水、 人類生活用水、 海水特性、 電池中電解液性質(zhì)等進(jìn)行測(cè)量與檢測(cè)。
1、兩電極型電導(dǎo)率傳感器技術(shù)現(xiàn)狀與特點(diǎn)
電導(dǎo)率傳感器電導(dǎo)池由一對(duì)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(cè)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(lái)表示液體的導(dǎo)電能力，從而實(shí)現(xiàn)液體電導(dǎo)率的測(cè)量。
傳統(tǒng)電極型電導(dǎo)率傳感器電極是由一對(duì)平板電極組成，電極的正對(duì)面積與距離決定了電極常數(shù)。這種電極結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作工藝簡(jiǎn)單，但這種電極存在電力線邊緣效應(yīng)以及電極正對(duì)面積、電極間距難以確定等問(wèn)題，電極常數(shù)不能通過(guò)尺寸測(cè)量計(jì)算得出，需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(duì)平板電極進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了圓柱形電極、點(diǎn)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(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便；2）后續(xù)處理電路簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)；3）測(cè)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(diǎn)
四電極電導(dǎo)池由2個(gè)電流電極和2個(gè)電壓電極組成，電壓電極和電流電極同軸，測(cè)量時(shí)被測(cè)液體在2個(gè)電流電極間的縫隙中通過(guò)，電流電極兩端施加了一個(gè)交流信號(hào)并通過(guò)電流，在液體介質(zhì)里建立起電場(chǎng)，2個(gè)電壓電極感應(yīng)產(chǎn)生電壓，使2個(gè)電壓電極兩端的電壓保持恒定，通過(guò)2個(gè)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(cè)量范圍為0—2S／cm，并且電極常數(shù)不同具有不同的測(cè)量范圍。
四電極電導(dǎo)率傳感器具有以下特點(diǎn)：1）電流電極同電壓電極分開(kāi)，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(qiáng)；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(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(cè)；2）工業(yè)用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)；3）蓄電池電解液密度的監(jiān)測(cè)；4）電解制氧、制氫裝置中水質(zhì)的監(jiān)測(cè)；5）海洋測(cè)量、海洋資源調(diào)查、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。
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(lái)的測(cè)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(cè)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(shí)現(xiàn)；二是提高頻率，降低電容容抗。但頻率的提高會(huì)受到一定的限制，一般是高阻時(shí)采用低頻，低阻采用高頻。
3）多電極電導(dǎo)池設(shè)計(jì)制作
多電極電導(dǎo)池要求每對(duì)電極保持嚴(yán)格對(duì)稱，并相對(duì)其他電極的距離固定，這對(duì)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(guò)渡材料進(jìn)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)
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(cè)量范圍、測(cè)量精度受到極大的限制，多電極體系電導(dǎo)率傳感器在測(cè)量范圍、測(cè)量精度方面均取得了突破。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)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(guó)國(guó)家海洋技術(shù)中心已經(jīng)開(kāi)展了七電極電導(dǎo)率傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，并已經(jīng)在電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jī)技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，電導(dǎo)率傳感器與單片機(jī)技術(shù)、微系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)測(cè)量的自動(dòng)化，使電導(dǎo)測(cè)量的適應(yīng)性和測(cè)量精度均得到提高。
3）優(yōu)化激勵(lì)信號(hào)的形式使測(cè)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(lì)順序，針對(duì)同一個(gè)電導(dǎo)率分布盡可能得到多的獨(dú)立測(cè)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(duì)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(cè)介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)會(huì)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(jià)格較高，在實(shí)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(jìn)步，一些新型的材料被用來(lái)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。