E+H-PH计传感器培训资料.pps

1、pH传感器 pH Sensors Part 1: 我们生活周围的pH测量 Part 2: pH传感器的结构 Part 3: pH的计算以及影响pH测量的因素 Part 4: pH传感器维护 Part 5: E+H的pH探头 Part 6: Memosens 测量技术的一场革命 The End 内容目录 2020/5/19 pH测量覆盖我们生活的各个方面：测量覆盖我们生活的各个方面： 清洗液清洗液: 肥皂, 漂白, 等 食品食品: 酸奶, 可乐, 啤酒, 水，等 污水污水: 工业污水, 市政污水 化工生产化工生产: 杀虫剂, TiO2, 合成染料, 环氧树脂 塑料生产塑料生产: PVC, PP,

2、 等。 制药制药: 胰岛素, 青霉素, 抗体, 等。 纸浆纸浆& 造纸造纸 : 造纸机入口 pH测量的应用领域 2020/5/19 pH的定义 pHpH 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1010 1111 1212 1313 1414 RangeRange 10100 0 1010- -1 1 1010- -2 2 . . . . . . 1010-14 alkaline acid neutral H H+ +- -concentrationconcentration mol/lmol/l 1 1 0,10,1 0,010,01 0,0010,0

3、01 0,00010,0001 0,000010,00001 0,0000010,000001 0,00000010,0000001 0,000000010,00000001 0,0000000010,000000001 0,00000000010,0000000001 0,000000000010,00000000001 0,0000000000010,000000000001 0,000000000000010,00000000000001 0,0000000000000010,000000000000001 2020/5/19 Coca Cola 2,5 Fanta 3,0 Apple

4、juice 3,5 Beer 4,1 - 4,6 Butter 4,8 - 4,9 Human skin 4,8 - 5,8 Fresh milk 6,7 - 7,1 Human blood 7,4 Albumen 7,6 - 8,0 Soap Drain pipe cleaner 11-12 Sodium hydroxide (1 mol/l) 14 常见介质的pH值 0 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1010 1111 1212 1313 1414 BackBack 2020/5/19 pH测量需要具备的条件 利用电化学原理进行pH测量的传感器

5、 温度传感器. 连接到过程的安装支架 把传感器mV信号转化为4- 20 mA 信号的变送器。 2020/5/19 pH电极电路 替代产品:复合式电极 测量电极与参比电极分开的分离式电极 2020/5/19 pH电势链 测量电极 3 mol KCl + 内部缓冲液 3 mol KCl pH 变送器 参比电极 2020/5/19 测量电极的工作原理 如果如果 “内部”“内部” pH = “pH = “外部”外部” pH pH - no potential difference no potential difference = 0 mV (= pH 7)= 0 mV (= pH 7) “外部” H

6、+-离子过量 = 正电荷 “外部”外部” H+-离子较少 = 负电荷 - 结果结果: : potential difference + + + + - - - - 内部 缓冲液 酸溶液 pH 7 凝胶层: 0,0001 mm 玻璃膜 厚度: 0.2-0.5 mm pH 7 H+ H+ 2020/5/19 参比电极结构 Ag-AgCl-KCl ”盐桥“防止 金属与过程介质直接接触 Junction 防止过程介质进入 电极 AgCl storage for saturation during temperature changes Saturation provides constant pote

7、ntial 2020/5/19 参比电极的隔膜(diaphragms)类型 Open aperture开孔 ： 响应速度很快 容易受污 容易被毒化 Ceramic陶瓷： 响应速度快 容易受污 生物适合 PTFE/Teflon 多空透水材料： 鲁棒性好 (robust) 响应速度较慢 抗污性好 2020/5/19 IsFET-传感器 (TopHit) 工作原理：工作原理： IsFET H H+ + - - - - - - H H+ + H H+ + Gate insulator:Gate insulator: 厚度厚度: : 约约0,1 mm0,1 mm 材料材料: Ta: Ta2 2O O5

8、5 ( (氧化 氧化钽钽) ) 参比电极参比电极 IsFETs IsFETs 也遵循也遵循 NERNSTs law!NERNSTs law! 2020/5/19 IsFET-传感器示意图 1 gate insulator with semiconductor phase 2 ceramic board 3 special flat sealing 4 温度传感器温度传感器 5 隔膜隔膜 6 参比电极参比电极 7 elastic fixing 8 PEEK body 1 2 3 4 5 6 7 8 2020/5/19 pH计算 U . Sensor voltage Uo . Voltage at

9、 pH=7.00 R . Gas constant T . Temperature in Kelvin F . Faraday constant H+ . Activity of H+-ions n . Load of the ion (H+=1) Nernst Formula 2020/5/19 pH电极的斜率: 54,20 mV/pH at 0 C 59,16 mV/pH at 25 C 74,04 mV/pH at 100 C 温度对pH信号的影响 pH 1pH 7pH 13 0 C- 0,40- 0,4 20 C000 40 C+ 0,40+ 0,4 60 C+ 0,810+ 0,81

10、 80 C+ 1,230+ 1,23 pH7不受温度影响 各电势之和构成偏置 2020/5/19 电极上发生了什么？ 2020/5/19 pH电极的清洗 Food industry, mustard coating 时间间隔时间间隔? 清洗间隔与测量介质有关。 响应速度变慢、斜率变小、测量值不稳定等预示着电 极受污。 每次标定前须进行清洗。 清洗方法清洗方法? 用合适的清洗液，去除电极上的小沉积物。 使用软刷或者合适的清洗液，以去除黏附性污垢。 把电极浸放如清洗液中，以去除顽固污垢。 2020/5/19 为什么需要定期标定? 通过标定，修正变送器中的测量误差。而这 些测量误差是由于电势链中的电

11、势变化而引起 。 当电极被污染引起某个或某些电势变化时， 需要进行标定。 良好测量状态下的电极不需标定 (除非电极长时间工作，老化). 2020/5/19 pH Buffer性价比高 经济性经济性: 标定液容量可选 5000 ml 罐 用于 TopCal S，维护量小。 100 ml 和 1000 ml 瓶 标准应用 20 ml 瓶 用于食品、制药行业的一次性使用。 Puffer CPY 20 2020/5/19 pH Buffer准确性高 使用E+H的标定液标定，pH测量更准确。 Certified traceability to international standards (DIN/N

12、IST) 有效性: 24 months Easy: E+H transmitters的标定液自动识别 经济性: 适合不同工况的容量选择 2020/5/19 pH电极的储存 电极保存时须保持湿润。 最好的储存溶液是pH 7或3mol的KCl溶液. 禁止把电极放入去离子水或碱液中储存。 如果传感器在储存阶段变干了,可以把传感器浸放到pH 7或3mol的KCl溶液 中一段时间。 KCl将会恢复含水玻璃膜和参比隔膜。 2020/5/19 pH-electrodes CPS 71 CPS 11 CPS 41 CPF 81 Orbisint Ceraliquid 2020/5/19 pH玻璃电极 CPS1

13、1 / CPF81 Orbisint W CPS 11 (standard electrode) 凝胶填充 - 参比系统长时间稳定 PTFE 隔膜 - 抗污性好、维护小 响应速度慢 Orbipac W CPF 81 凝胶填充，PTFE隔膜 电极带电缆, 前后都有 NPT “的螺纹连接 - 适合浸入或插入式安装 双接液参比系统, KNO3盐桥 -防毒化性能更高 如S2-或CN-离子 可选内置前置放大器 -测量值传输无干扰 可选扁平玻璃膜 - 适用于快速流量或者含纤维介质 2020/5/19 pH玻璃电极 CPS41 Ceraliquid P CPS 41 (带带3A证书证书) 液态KCl电解液,

14、 陶瓷隔膜 - 适用于低电导率介质 ( 0.1 S/cm) - 响应速度极快 - 测量准确度最高 - 抗毒化性能最好 加压液态KCl电解液 - 适用于易堵塞电极的介质 操作较复杂 2020/5/19 pH玻璃电极 CPS71 Ceragel P CPS 71 (带带3A证书证书 和和 生物适应性生物适应性) 双接液参比电极系统 - 毒性物质扩散距离长，抗毒性强 陶瓷隔膜 - 响应速度快 陶瓷的精细透水孔防止细菌在透水孔中生存 - 3A证书 两腔室中的凝胶不含致癌的丙烯酰胺 - 生物适应性，用于食品、制药、发酵等行业 耐高压加热Autoclavable, SIP + CIP清洗。 蛋白质沉淀，染

15、料等可能堵塞陶瓷隔膜 2020/5/19 CPS 71 双接液参比电极结构 pH 玻璃膜 陶瓷隔膜 盐桥电解液 (viscous gel) 参比电解液 (fixed gel) Ag/AgCl 温度传感器 双接液参比 / 盐桥 电解液 开放环接液 独特保护的 Ag/Pt 引线 2020/5/19 pH玻璃电极 CPS91/CPF201 OrbiPore CPS 91: 开孔隔膜，极其稳定的凝胶电解液 -适用于悬浮液，乳状液，高沉淀等易堵塞电极的介质 - 受温度和压力波动的影响小 - 响应速度很快，维护小 PuriSys CPF 201 专门为高纯水pH测量设计 316不锈钢流量支架 - pH读数

16、稳定 -消除流量对pH测量的影响 2020/5/19 应用领域应用领域 含有大量污垢、泥浆的介质含有大量污垢、泥浆的介质 抗污抗污Teflon隔膜隔膜 介质易造成电极中毒介质易造成电极中毒 双接液参比系统双接液参比系统 介质含有大量易造成参比电极介质含有大量易造成参比电极 中毒、污染（如油脂）的物质中毒、污染（如油脂）的物质 液体电解液参比系统液体电解液参比系统 pH变化快速且频繁的介质变化快速且频繁的介质 陶瓷隔膜陶瓷隔膜 CPS 11 CPF 81 / CPS 71 CPS 41 电极的选择 2020/5/19 Memosens converts the glass electrode i

17、nto a digital sensor Memosens pH测量技术的革命 2020/5/19 Memosens工作原理 电极与电缆之间采用感应式连接。 电极plug-in连接头中含有芯片。能量通过感应式连接对该芯片供电。 电极plug-in连接头与电缆coupling之间的双向感应式信号传输。 2020/5/19 Memosens的高安全性 Memosens主要消除了如下问题： 腐蚀 接触不良 盐桥 潮湿 泄漏 高阻抗连接 接地 2020/5/19 Memosens使高阻抗变得无关紧要 Memosens: pH 信号被数字化后采用非接 触传输 。 = 不再存在潮湿问题不再存在潮湿问题 U

18、pH 带带plug-in 连接头连接头 的电极的电极 电缆电缆coupling 电缆电缆 变送器变送器 标准探头标准探头: 低阻抗成分将导致电 极斜率下降。原因是 电极、电缆内部电阻 上的分压。 2020/5/19 如果传感器与变送器之间的连接断开，则数字通讯断开，变送器上的报警 灯将变亮。安全性提高。 Memosens的其他优点 传感器主动故障报警功能 内置数据存储功能 生产数据 生产日期, 订货号, 序列号 当前特征 工作总时间, 消毒次数, max/min pH / T（预防性维护） 标定数据 标定日期, 零点, 斜率, 等温点（支持离线实验室标定） 传感器信息 位号 2020/5/19

19、 现场标定 v.s. 离线实验室标定 Past Today 在理想环境下进行标定和维护在理想环境下进行标定和维护 2020/5/19 The many-sided OrbiPore CPS 91 D The most copied OrbiSint CPS 11 D The hygienic CeraGel CPS 71 D Memosens电极 2020/5/19 The End Thank you for Your Attendance 2020/5/19 CPF 81结构 Fixed cable Reference lead 1. electrolyte chamber filled with KCl PTFE diaphragm 2. electrolyte chamber filled with KNO3 (detoxification chamber) Pt 100 pH-sensitive glass membrane PTFE diaphragm (double junction) 2020/5/19