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电导率传感器的技术现状与特点

来源：化工仪器网2022/4/23 10:40:051001

导读:

　　电导率传感器技术是一个非常重要的工程技术研究领域 ,用于对液体的电导率进行测量 ,被广泛应用于人类生产生活中 ,成为电力、化工、环保、食品、半导体工业、海洋研究开发等工业生产与技术开发中*的一种检测与监测装置。电导率传感器主要对工业生产用水、人类生活用水、海水特性、电池中电解液性质等进行测量与检测。

　　1、两电极型电导率传感器技术现状与特点

　　电导率传感器电导池由一对电极组成，在电极上施加一恒定的电压，电导池中液体电阻的变化导致测量电极的电流发生变化，并符合欧姆定律，用电导率代替电阻率，用电导代替金属中的电阻，即用电导率和电导来表示液体的导电能力，从而实现液体电导率的测量。

　　传统电极型电导率传感器电极是由一对平板电极组成，电极的正对面积与距离决定了电极常数。这种电极结构简单，制作工艺简单，但这种电极存在电力线边缘效应以及电极正对面积、电极间距难以确定等问题，电极常数不能通过尺寸测量计算得出，需要通过标准进行标定，常用的一种标准溶液是0.010 0 mol／标准溶液。结合电导池原理对平板电极进行改进，开发出了圆柱形电极、点电极、线电极、复合电极等。

　　电极型电导率传感器具有以下特点：1）结构简单、制造方便；2）后续处理电路简单、容易实现；3）测量精度高；4）使用方便。

　　2、四电极电导率传感器技术现状与特点

　　四电极电导池由2个电流电极和2个电压电极组成，电压电极和电流电极同轴，测量时被测液体在2个电流电极间的缝隙中通过，电流电极两端施加了一个交流信号并通过电流，在液体介质里建立起电场，2个电压电极感应产生电压，使2个电压电极两端的电压保持恒定，通过2个电流电极间的电流和液体电导率呈线性关系。

　　目前成熟的电导率传感器其测量范围为0—2S／cm，并且电极常数不同具有不同的测量范围。

　　四电极电导率传感器具有以下特点：1）电流电极同电压电极分开，电流电极上采用恒流源供电，有效的避免了极化阻抗的影响；2）灵敏度高、抗污染能力强；3）四电极电导池具有超微结构、导流空间大、距离短，适于*现场测量。

　　3、电极型电导率传感器的应用

　　电导率传感器被广泛应用在生产、生活以及军事领域：1）人类饮用水水质的监测；2）工业用水水质监测；3）蓄电池电解液密度的监测；4）电解制氧、制氢装置中水质的监测；5）海洋测量、海洋资源调查、海洋环境监测。

　　4、电极型电导率传感器关键技术

　　1）电极极化效应的消除

　　为降低电极极化带来的测量偏差，通常采取提高供电电源的频率、电极极板涂铂黑、加大极板面积等方法。

　　2）电容效应的消除

　　为了消除电容效应，提高测量灵敏度，通常采取2种方法：一是加大液体电阻，这种方法不容易实现；二是提高频率，降低电容容抗。但频率的提高会受到一定的限制，一般是高阻时采用低频，低阻采用高频。

　　3）多电极电导池设计制作

　　多电极电导池要求每对电极保持严格对称，并相对其他电极的距离固定，这对电极基座的加工提出了很高的要求。电极基座多采用高性能陶瓷材料制作，电极材料多采用高性能金属材料，二者膨胀系数存在较大差异，造成电极的烧结、封装困难。通常采用中间温度系数的过渡材料进行烧结，封装，但效果不是十分理想。

　　5、电极型电导率传感器未来发展趋势

　　1）多电极与微电极成为电极型电导率传感器发展方向之一。两电极型电导率传感器由于存在电极极化，其测量范围、测量精度受到*的限制，多电极体系电导率传感器在测量范围、测量精度方面均取得了突破。经过多年的研究开发，目前，四电极结构的电导率传感器已经研制成功，并成功商业化。中国海洋技术中心已经开展了七电极电导率传感器的研究与开发，并已经在电极结构设计、烧结、封装等方面取得了一定的成就。

　　2）电导率传感器与单片机技术、微系统技术结合，电导率传感器与单片机技术、微系统技术结合，实现电导测量的自动化，使电导测量的适应性和测量精度均得到提高。

　　3）优化激励信号的形式使测量数据精度更高，采用速度更快。

　　4）在电极数目增加受到限制的情况下，优化激励顺序，针对同一个电导率分布尽可能得到多的独立测量数据。

　　6、电极材料发展

　　由于电导率传感器具有一定的特殊性，因此对用于制作电极的材料有一定的要求：1）良好的导电性能；2）由于电极与被测介质之间发生化学或电化学反应会腐蚀电极表面，要求电极有稳定的化学特性。

　　常用的电极材料有铂、不锈钢、铜、银等。铂是一种*的电极材料，但价格较高，在实际应用中，一般采用不锈钢和金属铜做电极材料。

　　随着材料科学的发展与进步，一些新型的材料被用来加工电导率传感器电极，如导电陶瓷、钛合金等，取得了较好的效果。

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