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電導率傳感器的技術現(xiàn)狀與特點
電導率傳感器技術是一個非常重要的工程技術研究領域 ,用于對液體的電導率進行測量 ,被廣泛應用于人類生產生活中 ,成為電力、 化工、 環(huán)保、 食品、 半導體工業(yè)、 海洋研究開發(fā)等工業(yè)生產與技術開發(fā)中*的一種檢測與監(jiān)測裝置。電導率傳感器主要對工業(yè)生產用水、 人類生活用水、 海水特性、 電池中電解液性質等進行測量與檢測。
1、兩電極型電導率傳感器技術現(xiàn)狀與特點
電導率傳感器電導池由一對電極組成，在電極上施加一恒定的電壓，電導池中液體電阻的變化導致測量電極的電流發(fā)生變化，并符合歐姆定律，用電導率代替電阻率，用電導代替金屬中的電阻，即用電導率和電導來表示液體的導電能力，從而實現(xiàn)液體電導率的測量。
傳統(tǒng)電極型電導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)。這種電極結構簡單，制作工藝簡單，但這種電極存在電力線邊緣效應以及電極正對面積、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，需要通過標準進行標定，常用的一種標準溶液是0.010 0 mol／標準溶液。結合電導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、復合電極等。
電極型電導率傳感器具有以下特點：1）結構簡單、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、四電極電導率傳感器技術現(xiàn)狀與特點
四電極電導池由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，在液體介質里建立起電場，2個電壓電極感應產生電壓，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率呈線性關系。
目前成熟的電導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）四電極電導池具有超微結構、導流空間大、距離短，適于長期現(xiàn)場測量。
3、電極型電導率傳感器的應用
電導率傳感器被廣泛應用在生產、生活以及軍事領域：1）人類飲用水水質的監(jiān)測；2）工業(yè)用水水質監(jiān)測；3）蓄電池電解液密度的監(jiān)測；4）電解制氧、制氫裝置中水質的監(jiān)測；5）海洋測量、海洋資源調查、海洋環(huán)境監(jiān)測。
4、電極型電導率傳感器關鍵技術
1）電極極化效應的消除
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）電容效應的消除
為了消除電容效應，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）多電極電導池設計制作
多電極電導池要求每對電極保持嚴格對稱，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、封裝困難。通常采用中間溫度系數(shù)的過渡材料進行燒結，封裝，但效果不是十分理想。
5、電極型電導率傳感器未來發(fā)展趨勢
1）多電極與微電極成為電極型電導率傳感器發(fā)展方向之一。兩電極型電導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，多電極體系電導率傳感器在測量范圍、測量精度方面均取得了突破。經過多年的研究開發(fā)，目前，四電極結構的電導率傳感器已經研制成功，并成功商業(yè)化。中國國家海洋技術中心已經開展了七電極電導率傳感器的研究與開發(fā)，并已經在電極結構設計、燒結、封裝等方面取得了一定的成就。
2）電導率傳感器與單片機技術、微系統(tǒng)技術結合，電導率傳感器與單片機技術、微系統(tǒng)技術結合，實現(xiàn)電導測量的自動化，使電導測量的適應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，針對同一個電導率分布盡可能得到多的獨立測量數(shù)據。
6、電極材料發(fā)展
由于電導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）良好的導電性能；2）由于電極與被測介質之間發(fā)生化學或電化學反應會腐蝕電極表面，要求電極有穩(wěn)定的化學特性。
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，在實際應用中，一般采用不銹鋼和金屬銅做電極材料。
隨著材料科學的發(fā)展與進步，一些新型的材料被用來加工電導率傳感器電極，如導電陶瓷、鈦合金等，取得了較好的效果。