pH傳感器的長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)原理

pH傳感器采用特殊成分的、對(duì)pH值具有敏感特性的玻璃材料，當(dāng)其與被測(cè)溶液接觸時(shí)，玻璃電極產(chǎn)生與被測(cè)溶液pH值成比例的電極電位（毫伏電壓信號(hào)）。市場(chǎng)上也有非玻璃材質(zhì)的pH傳感器，但是，在溫度，這種傳感器通常測(cè)量不準(zhǔn)確，而且，如果用于酸堿液在線清洗工藝過(guò)程，其壽命縮短。與有些食品飲料行業(yè)不同，由于在整個(gè)啤酒釀造工藝中，有多個(gè)過(guò)濾步驟，所以，啤酒釀造要使用玻璃傳感器。

pH值測(cè)量還取決于參比電極，參比電極的作用是在某一給定溫度下，維持恒定的參比電位。玻璃電極和參比電極共同構(gòu)成pH測(cè)量電路，玻璃電極和參比電極的電位差（毫伏電壓信號(hào)）與被測(cè)溶液的pH值成比例。

此外，pH值隨被測(cè)溶液的溫度不同而變化，溫度會(huì)加速電極的老化，導(dǎo)致電極頂部的填充液凍結(jié)或沸騰，從而使玻璃破裂。玻璃老化進(jìn)而使傳感器響應(yīng)遲緩。

通常，參比電極是銀-氯化銀電極，即在銀絲上鍍上一層氯化銀，然后懸吊在氯化鉀溶液中。要得到的pH值測(cè)量，氯化鉀填充液就必須不能被污染，同時(shí)，參比電極要通過(guò)被測(cè)溶液，與玻璃電極連接，形成測(cè)量電路。如果被測(cè)溶液粘稠或者含有一定濃度的離子，則上述兩個(gè)條件就很容易得不到滿足，從而在參比電極液體接界（電解液滲透膜）形成沉淀的覆著物，毒化填充的電解液。

長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)

新的長(zhǎng)壽命傳感器設(shè)計(jì)沒(méi)有改變pH傳感器的基本測(cè)量原理，而是對(duì)每個(gè)易損壞的部件進(jìn)行了改進(jìn)。科研人員首先在高溫工況下，研究pH敏感玻璃材料的老化機(jī)理。有趣的是他們發(fā)現(xiàn)：絕大多數(shù)老化出現(xiàn)在pH敏感玻璃的凝膠層，根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，科研人員離析、研制出耐高溫的凝膠層。這一研究成果使他們開(kāi)發(fā)出超常耐高溫（高達(dá)155?C）的pH玻璃電極，將由于熱應(yīng)力或撞擊產(chǎn)生的玻璃破損因素降到zui低，并且，改善傳感器的響應(yīng)速度。通常，這種長(zhǎng)壽命的傳感器在溫度工況下使用數(shù)個(gè)月后，還能保持地測(cè)量。此外，艾默生還增加了一些保護(hù)設(shè)計(jì)，如在玻璃電極下端球膜處，設(shè)計(jì)了一個(gè)帶槽的卡環(huán)，其作用是保護(hù)玻璃球膜免受過(guò)程流體（含顆粒物）的直接沖擊。以上對(duì)玻璃電極的設(shè)計(jì)改進(jìn)，使督威啤酒廠深刻感受到pH傳感器性能的變化。

pH傳感器的絕大多數(shù)故障都是前面提到的、由于參比電極的電解液被污染、或參比電極的液體接界（電解液滲透膜）被堵塞所造成的。長(zhǎng)壽命傳感器的設(shè)計(jì)解決了這個(gè)問(wèn)題，該傳感器使用特殊設(shè)計(jì)的多孔Teflon液體接界，液體接界的表面積較大，孔隙率較高，從而保證參比電極與被測(cè)溶液具有良好的接觸，且抗堵塞能力強(qiáng)，即使傳感器用在比較污濁的液體，其也能保持穩(wěn)定的參比信號(hào)。其次，參比電極的電解液是氯化鉀凝膠液，具有一定的化學(xué)粘滯阻力，可以抵抗由于溫度、壓力變化造成的參比路徑堵塞現(xiàn)象。此外，內(nèi)參比電極的液體接界（電解液滲透膜）是陶瓷材質(zhì)，孔徑小，孔隙率低，所以抗中毒能力強(qiáng)，從而降低對(duì)主參比電極液體接界（電解液滲透膜）的損耗，延長(zhǎng)傳感器的整體壽命?？傊?，長(zhǎng)壽命pH傳感器設(shè)計(jì)綜合了參比電極液體接界的兩個(gè)特性，即高孔隙率液體接界的測(cè)量精度（高）和低孔隙率的液體接界的使用壽命（長(zhǎng)）。

為了進(jìn)一步延長(zhǎng)傳感器的使用壽命，在設(shè)計(jì)上還考慮了可以更換被堵塞的參比電極液體接界（電解液滲透膜），重新填充電解液，這樣能夠使絕大多數(shù)失效的傳感器得以再生。重要的是傳感器還配制了多種特殊的電解液，以便在一些特定應(yīng)用中，能夠優(yōu)化傳感器的性能，如：抗生物膜電解液；抗油脂電解液；抗結(jié)垢電解液等。此外，傳感器的護(hù)套是抗化學(xué)腐蝕的、耐熱的Ryton和鈦材。

武漢航天星科技有限公司
：