在介紹水質(zhì)分析儀的三個(gè)測量參數(shù)溶氧、PH、鹽份的傳感器原理和要求之前，我們先介紹一下直接電位法和直接電導(dǎo)分析法。
直接電位法也稱離子選擇性電極法，是利用膜電極（專用的指示電極）把被測離子的活度（或濃度）表現(xiàn)為電極電位值，通過測定電極電位來確定溶液中離子濃度的方法。其基本原理是將指示電極、參比電極插入待測溶液中組成原電池（也有廠家將兩支電極做在一起），參比電極是電極電位已知并恒定的電極，如甘汞電極，指示電極電位與待測離子的活度之間服從能斯特方程。將所構(gòu)成的原電池連接于測量設(shè)備，求出指示電極的電位，即可按能斯特方程確定待測離子的活度或濃度。
能斯特方程： E=E0+（2.303RT/Zf）lgA
E——在試樣中指示電極和參比電極之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；
E0— 標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)。其值決定于指示電極傳感膜的種類和構(gòu)造、參比電極的種類，與
試樣中待測離子的活度無關(guān)；
2.303RT/Zf—— 能斯特常數(shù)，又稱電極斜率。在25度時(shí)，1價(jià)離子為59.16mv，2價(jià)離子為29.58mv；
A——離子活度（mol/l）；
直接電導(dǎo)分析法是將試液放在由固定面積和距離的兩個(gè)鉑電極構(gòu)成的電導(dǎo)池中，通過測量試液的電導(dǎo)來確定被測物含量的方法。電解質(zhì)溶液和金屬導(dǎo)體一樣，能夠?qū)щ姴⒆袷貧W姆定律。在一定溫度下，一定濃度的電解質(zhì)溶液的電阻R與電極間距離、電極截面積A的關(guān)系為：R=ρ*l/A
電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)，電導(dǎo)率是電阻率ρ的倒數(shù)，單位為S/cm。在一定的濃度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率與電解質(zhì)溶液的濃度成正比。
具體傳感器電極簡介如下：
一、PH電極：
PH電極采用直接電位法，我們?cè)跇?biāo)定時(shí)用4.01、9.18標(biāo)準(zhǔn)溶液測量算出電極斜率。在實(shí)際測量時(shí)，根據(jù)能斯特方程即可求出實(shí)際PH值。
目前市場上要求的PH測量范圍為4-11、精度±0.1，現(xiàn)有供應(yīng)商基本上能滿足電極要求。對(duì)該電極的要求：每支電極的測量重復(fù)性要好、電極斜率能達(dá)到59.16±98%。
二、鹽份電極：
鹽份電極采用直接電導(dǎo)分析法。因?yàn)殡妼?dǎo)率隨溫度變化而變化，我們根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式作出溫度補(bǔ)償：kt=Ks[1+0.022（t-25）]。
目前市場上要求的鹽份測量范圍為0.2—50‰，精度為±0.5‰。
對(duì)該電極的要求：
1、每支電極的測量重復(fù)性要好；
2、測量時(shí)對(duì)于電極所形成的電導(dǎo)率與電解質(zhì)溶液濃度的線性關(guān)系，我們?cè)试S有兩種解決方案：
① 在0.2-50‰的范圍內(nèi)，電導(dǎo)率與電解質(zhì)溶液濃度均成線性關(guān)系；
② 允許在不同的濃度范圍內(nèi)，電導(dǎo)率與電解質(zhì)溶液濃度成不同的線性關(guān)系，但必須保證每支電極良好的測量重復(fù)性和所有供貨電極的電極常數(shù)均在±0.1范圍內(nèi)。
三、溶氧電極：
溶氧電極的測試原理是在KOH溶液中浸入兩電極，溶解氧經(jīng)隔膜滲透進(jìn)入電解液后，發(fā)生電極反應(yīng)，產(chǎn)生反應(yīng)電流。電流的大小即與試液中溶解氧的活度成正比。因?yàn)楦裟?duì)溶解氧的透過率隨溫度而有很大變化，因而在電極或在儀器中必須對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)在海水養(yǎng)殖中，還要考慮到鹽份對(duì)其的影響。
目前市場上要求的測量范圍為0-15mg/l，精度達(dá)到±0.5mg/l。
對(duì)該電極的要求：測量無氧溶液，每支電極輸出電壓穩(wěn)定在0±1mv、每支電極的測量重復(fù)性要好、每支電極在不同溫度下在飽和溶解氧環(huán)境下測出的電壓信號(hào)變化值和溫度的變化值成恒定的線性關(guān)系，且要保證所有供貨電極的一致性。
注：峰值因數(shù)為1.9的畸變波。
三相有功功率P=P1+P2=-O.54+1.98=1.44 kW
氣體分析儀是測量氣體成分的流程分析儀表，在很多生產(chǎn)過程中，特別是在存在化學(xué)反應(yīng)的生產(chǎn)過程中，僅僅根據(jù)溫度、壓力、流量等物理參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制常常是不夠的。由于被分析氣體的千差萬別和分析原理的多種多樣，氣體分析儀的種類繁多。氣體分析儀五種常用的類型：
1、熱導(dǎo)式
一種物理類的氣體分析儀表。它根據(jù)不同氣體具有不同熱傳導(dǎo)能力的原理，通過測定混合氣體導(dǎo)熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡單可靠,適用的氣體種類較多,是一種基本的分析儀表。但直接測量氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比較困難，所以實(shí)際上常把氣體導(dǎo)熱系數(shù)的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，再用電橋來測定。熱導(dǎo)式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導(dǎo)體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導(dǎo)體敏感元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數(shù)大,所以靈敏度高,時(shí)間滯后小。在鉑線圈上燒結(jié)珠形金屬氧化物作為敏感元件，再在內(nèi)電阻、發(fā)熱量均相等的同樣鉑線圈上繞結(jié)對(duì)氣體無反應(yīng)的材料作為補(bǔ)償用元件。這兩種元件作為兩臂構(gòu)成電橋電路，即是測量回路。半導(dǎo)體金屬氧化物敏感元件吸附被測氣體時(shí)，電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率即發(fā)生變化，元件的散熱狀態(tài)也隨之變化。元件溫度變化使鉑線圈的電阻變化，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測氣體的濃度。熱導(dǎo)式氣體分析儀的應(yīng)用范圍很廣，除通常用來分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可作為色譜分析儀中的檢測器用以分析其他成分。
2、熱磁式
其原理是利用煙氣組分中氧氣的磁化率特別高這一物理特性來測定煙氣中含氧量。氧氣為順磁性氣體(氣體能被磁場所吸引的稱為順磁性氣體)，在不均勻磁場中受到吸引而流向磁場較強(qiáng)處。在該處設(shè)有加熱絲，使此處氧的溫度升高而磁化率下降，因而磁場吸引力減小，受后面磁化率較高的未被加熱的氧氣分子推擠而排出磁場，由此造成“熱磁對(duì)流”或“磁風(fēng)”現(xiàn)象。在一定的氣樣壓力、溫度和流量下，通過測量磁風(fēng)大小就可測得氣樣中氧氣含量。由于熱敏元件(鉑絲)既作為不平衡電橋的兩個(gè)橋臂電阻，又作為加熱電阻絲，在磁風(fēng)的作用下出現(xiàn)溫度梯度，即進(jìn)氣側(cè)橋臂的溫度低于出氣側(cè)橋臂的溫度。不平衡電橋?qū)㈦S著氣樣中氧氣含量的不同，輸出相應(yīng)的電壓值。
熱磁式氧分析儀具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制造和調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。
3、電化學(xué)式
一種化學(xué)類的。它根據(jù)化學(xué)反應(yīng)所引起的離子量的變化或電流變化來測量氣體成分。為了提高選擇性，防止測量電極表面沾污和保持電解液性能，一般采用隔膜結(jié)構(gòu)。常用的電化學(xué)式分析儀有定電位電解式和伽伐尼電池式兩種。定電位電解式分析儀的工作原理是在電極上施加特定電位，被測氣體在電極表面就產(chǎn)生電解作用，只要測量加在電極上的電位，即可確定被測氣體特有的電解電位，從而使儀表具有選擇識(shí)別被測氣體的能力。伽伐尼電池式分析儀是將透過隔膜而擴(kuò)散到電解液中的被測氣體電解，測量所形成的電解電流，就能確定被測氣體的濃度。通過選擇不同的電極材料和電解液來改變電極表面的內(nèi)部電壓從而實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不同電解電位的氣體的選擇性。
4、紅外線吸收式
根據(jù)不同組分氣體對(duì)不同波長的紅外線具有選擇性吸收的特性而工作的分析儀表。測量這種吸收光譜可判別出氣體的種類;測量吸收強(qiáng)度可確定被測氣體的濃度。紅外線分析儀的使用范圍寬，不僅可分析氣體成分，也可分析溶液成分，且靈敏度較高，反應(yīng)迅速,能在線連續(xù)指示,也可組成調(diào)節(jié)系統(tǒng)。工業(yè)上常用的的檢測部分由兩個(gè)并列的結(jié)構(gòu)相同的光學(xué)系統(tǒng)組成。
一個(gè)是測量室，一個(gè)是參比室。兩室通過切光板以一定周期同時(shí)或交替開閉光路。在測量室中導(dǎo)入被測氣體后，具有被測氣體特有波長的光被吸收，從而使透過測量室這一光路而進(jìn)入紅外線接收氣室的光通量減少。氣體濃度越高，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量就越少;而透過參比室的光通量是一定的，進(jìn)入到紅外線接收氣室的光通量也一定。因此，被測氣體濃度越高，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。這個(gè)光通量差值是以一定周期振動(dòng)的振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內(nèi)封有濃度較大的被測組分氣體，在吸收波長范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部吸收，從而使脈動(dòng)的光通量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兓?，再可根?jù)氣態(tài)方程使溫度的變化轉(zhuǎn)換為壓力的變化，然后用電容式傳感器來檢測，經(jīng)過放大處理后指示出被測氣體濃度。除用電容式傳感器外，也可用直接檢測紅外線的量子式紅外線傳感器，并采用紅外干涉濾光片進(jìn)行波長選擇和配以可調(diào)激光器作光源，形成一種嶄新的全固體式紅外氣體分析儀。這種分析儀只用一個(gè)光源、一個(gè)測量室、一個(gè)紅外線傳感器就能完成氣體濃度的測量。此外，若采用裝有多個(gè)不同波長的濾光盤，則能同時(shí)分別測定多組分氣體中的各種氣體的濃度。
與紅外線分析儀原理相似的還有紫外線分析儀、光電比色分析儀等，在工業(yè)上也用得較多。
5、非分散紅外分析
非分散紅外分析同時(shí)采用窄帶濾光片和氣體過濾相關(guān)法兩種非色散光譜分析技術(shù)結(jié)合，適合于氣體不同的測量范圍要求。過濾相關(guān)法能夠測量低量程氣體并有效避免交叉干擾，這種獨(dú)特技術(shù)能消除弱吸收氣體如CO和高吸收氣體CO2交叉干擾。
熱源發(fā)出的紅外光被旋轉(zhuǎn)過濾器過濾，導(dǎo)致系列脈沖信號(hào)直接通過包含樣本氣體的單元，當(dāng)過濾器輪旋轉(zhuǎn)時(shí)固態(tài)檢測器反映出信號(hào)變化并將信號(hào)放大輸出以及顯示。
449717568
