工业在线电极维护.doc

工业电极的安装方式 作者：成都瑞驰 我公司生产的在线工业仪表操作简单，现场安装非常方便容易。只需将二次仪表与电极简单连接及可正常使用。 以下是几种电极的安装方式：（如图） 工业在线电极安装示意图PH基本理论使用者在测pH时，并不是直接在测氢离子（H+）的浓度，而是在测氢离子活动程度的负对数值。这就可以测出溶液内氢离子的有效浓度。 这样，pH 7就等于10-7M（摩尔）时的氢离子活动程度。由于在水溶液中水游离入氢离子（H+）和氢氧根离子（OH-）内，因此按以下平衡反应对pH进行描述。 大多数pH读数范围是0到14。氢离子活动程度比水大的溶液（pH7）是碱性的。 使用电极测pH时是通过测电位实现的。就是说，测量是以电信号为依据的。pH电极在接触溶液时，其玻璃膜上会形成一随pH变化而变化的电势，且该电势需另一个恒定的电势来进行比较。参比电极就是用来提供这一恒定电势的，它不会因溶液中pH值的浓度而变化。 任何溶液的pH都受温度的影响，电极的输出电压和pH的变化成线性关系。溶液的温度决定这一线性反应的斜率。25C时，一个pH单位对应于59.16mV，这是所有校正都要参考使用的标准电压和温度。一支pH电极由两部分组成；指示电极和参比电极。如今，在多数应用场合下这两部分都做入同一支复合电极壳体内。PH电极的标定缓冲液是pH值已知的溶液，用来对电极和仪表进行标定。为保证最佳精确度：电极标定应在新鲜的缓冲液内进行使用的缓冲液的pH值范围应大于待测的样品溶液缓冲溶液的温度应和样品溶液相同 由于电极是pH测试系统内最为敏感的元件，因此校正、使用前的准备和保养都非常重要。正确的校正步骤加上妥当的保养可以使电极提供多年可靠的读数。 玻璃pH电极是借助参比电极来测量氢离子的活度，必须定期校正以确保反复测量的精度。尽管一种pH缓冲液的校正（一点校正）一般就可以确保精确的pH测量，但为使结果最为可靠，经常使用二点或三点进行校正。要确保您的pH体系中包括有一定范围pH值的校正缓冲液。PH电极用前准备，使用及储存 对pH电极进行准备工作时，测量前后都要用蒸馏水对电极进行漂洗。用不含麻的拭布将电极头上多余的水吸去，不要擦，否则会产生静电，干扰pH的精确测量。 储存pH电极时，要保持湿润。建议用购买的存储液或按pH 4缓冲液和4M KCl以1:1配制的溶液储存电极。千万不要将电极放在蒸馏水或去离子水内存储这会导致离子通过球泡被滤走而导致电极失效。储存后你会发现白色氯化钾晶体积聚在电极上，这一盐态的物质不会影响测量，只需用蒸馏水漂洗电极去除晶体后吸干再用即可。 使用可充式pH电极时，参比液应注到加液孔处，但不要超过。测量时加液孔必须打开，确保参比液能流过参比盐桥。 pH电极在运输过程中pH球泡是保持湿润的。首次使用电极前，要按以下3个步骤进行准备。1. 取下电极底部的保护帽或护套，用去离子水或蒸馏水漂洗电极。（注：请将保护帽或护套保存好，以便以后储存电极时使用）。2. 将电极放入有以下溶液中一种的烧杯内(将电极活化)，浸泡20分钟。 4.0 M KCl pH4.0缓冲液 pH7.0缓冲液3. 电极活化20分钟后，用蒸馏水或去离子水漂洗电极即可进行校正测量了。参比电极参比半电池提供pH测量所需的参比电势。可有多种选择，以下内容可作为您做决定或和ASI的业务代表联系询问详情时的参照。 单盐桥：适用于一般用途的测量 双盐桥：适用于含硫化物、重金属或防止参比半电池受到tris缓冲液沾染的溶液的测量 银/氯化银（Ag/AgCl）：最常见的内部元器件，适用于几乎所有的应用场合（温度极限为135C） 甘汞（Hg/Hg2Cl2）：推荐在测量含有可同银发生反应并阻塞参比盐桥的蛋白质、有机物或重金属的溶液时使用（温度极限为70C） 可填充式：经济耐用型，需要时可将参比液注入参比腔 密封型：坚固且基本无需保养，但参比液液面低时必须进行更换 Dynagen：一种自增压电解质，用于许多高压条件下的工业/流程测量延长电极寿命电极使用时间长后，响应可能会变慢或产生噪音。可采取以下措施改善其测量性能：参比问题：pH测量中最常见的问题是参比盐桥阻塞，其症状包括响应变慢、指示超出正常范围及产生噪音。电极参比的类型不同步骤也不同。 凝胶填充型（不可充型）：将电极浸入一盛有60C温水的烧杯内15分钟，去除干固在盐桥上的凝胶或盐。然后将电极放入一盛有4M KCl温溶液的烧杯内。放一边，直至其回复到室温。凝胶应成湿润状并恢复盐桥流。液体填充型（可充型）：将电极内的电解液抽干；用蒸馏水漂洗腔体；重新注入新鲜电解液，然后将电极浸泡在60C温水内15分钟即可。玻璃球泡问题：时间久后玻璃膜上会有脏物，建议按下述方法进行清洗： 蛋白质：用ASI的蛋白质清洗溶液或在液体肥皂溶液内清洗（200mL温水内约放半茶匙皂液），用软布轻轻擦pH玻璃。记住，pH的玻璃极为脆，很容易破碎。 无机盐：在0.1M的盐酸或乙二胺四乙酸（切勿浸泡）内清洗；用蒸馏水漂洗。 油膜：在丙酮或甲醇（切勿浸泡）内清洗；用液体肥皂清洗，然后用蒸馏水漂洗。清洗后将电极放入存储液浸泡15分钟再用。pH/ORP电极的清洗及保养 即使是在良性的样品溶液内使用后，pH电极的性能也可能会减弱，响应变慢，性能受到阻碍。 在开始使用一支新的pH电极时，应当记下其响应时间，Eo及斜率。这些数据是确定这支pH电极状况的标准。 当pH或ORP电极变慢，受杂物淤塞或沾污时，可采取一些措施来恢复其性能。在使用一段时间后，pH电极可能会响应变慢、校正困难、读数不准或Eo及斜率产生偏差。 其原因是感应玻璃膜上覆盖了一层东西。这一覆盖层可以是油、油脂、蛋白质，金属离子或其他沾染物。通常要将电极浸在能去除覆盖层的溶液里或用这样的溶液进行清洗将覆盖层去除，和眼镜的清洗差不多。 金属离子、一些蛋白质和有机物可以通过将电极浸泡在0.01N.HCl内1020分钟来清除，然后再将电极浸泡在pH浸泡液内12小时。然后用去离子水漂洗电极，重新校正。 接下来，参比可能会受到各类污物沾染。这种沾染很难去除，用盐酸可能会有用，但最好是更换电极。如样品溶液内含有硫化物或类似的会与银其反应的试剂的话，建议使用双盐桥电极。 去除蛋白质可以用含有精制胃蛋白酶的盐酸。精制胃蛋白酶会消化蛋白质并恢复玻璃表层。将用精制胃蛋白酶清洗过的pH电极浸泡在pH存储液内并重新校正。 最后， 可以通过用丙酮或甲醛然后用温水及洗碗剂清洗来去除油脂。pH和ORP的玻璃易碎，如果用机器清洗的话要当心。这样清洗的电极也得在pH/ORP浸泡液内调制后重新校正。 不使用时，pH电极应存放在pH电极浸泡液内，这样可以确保电极玻璃保持水化合，测量精确、迅速。浸泡液也会使参比盐桥充满KCl。建议不要将pH电极浸泡在蒸馏水或去离子水内。 如所有方法都不见效的话，可用0.01MHF溶液对pH电极进行清洗。建议只将玻璃和HF溶液接触最多不超过30秒，蘸好后立即用去离子水清洗并放在40 C含有饱和KCl的pH 4 缓冲液内浸一夜，让溶液冷却下来（电极放入此溶液后就不要再加热了）。这最后一步完成后，重新校正电极。得注意的是，如果不得不采取这样的极端措施的话，电极很可能就是使用寿命到了，得换新的了。电导率基本理论电导率是溶液导电的能力。仪表测电导的原理很简单,在样品溶液内放入两个盘片(电导片），在两个盘片上加一个电压就能测出电流。一般来说，电压是正弦波形式的。电导率是由欧姆公式根据电压和电流值确定的： 由于溶液内离子的电荷有助于导电，因此溶液的电导率和其离子浓度成正比。注：有些溶液的电导率可能同浓度没有直接关联；离子间的相互作用可改变电导率和浓度之间的线性关系，在一些如硫酸之类的高浓度溶液内尤其如此。 电导测量的基本单位是S I EMENS（S）。由于电导片的几何形状会影响到电导值，所以标准化的测量是用特定的电导单位(S/cm）来补偿电极尺寸的不同。对多数溶液来说，这一测量单位太大，因此一般用S或mS。对应于具体电阻系数（R1/C）的单位是ohm-cm，Khm-cm和Mohm-cm。一般情况下，超纯水用户倾向于使用Mohm-cm或Khm-cm，因为这一级别的单位可以将测量尺度拉伸到他们感兴趣的测量范围内。在这些测量场合下，电导率和杂质几乎成直接的关系，低浓度下尤其如此，因此电导读数上升表明溶液内杂质也在上升。电导率测量的弱点是因为不是特定离子浓度的测量，无法将各种不同的离子区分开，而读数是和被测溶液内所有离子的总和成正比的。 多数的电导电极只有2个盘片，通常由铂金或碳（石墨）做成。4盘片（牛眼式）设计可使测纯水时精度更高。用途 由于电导率在多数情况下和溶液内离子的浓度成正比，因此通过测电导很容易确定溶液内总的溶解固体的浓度及溶液的盐度。常见的应用场合为：锅炉排污脱盐作用/ 逆渗透/ 盐度测量/ 水/废水处理电导片 每一支电导电极的电导片都有具体的电导常量（K），用来确定电导率（C）。C电导率读数电导常量（K） 电导常量（K）是电极间距除以电极面积后的数值，因此，一立方厘米液体的电导常量为：温度补偿 所有的电导测量都受温度影响，影响的程度各溶液不尽相同，可以通过电极内的热敏电阻和温补仪表进行补偿。电导仪表的校正和电导池的保养 电导仪表和电导池应在标准电导溶液内校正。选择标准溶液很重要，必须选择和待测溶液电导率类似的标准液，为了确保正确操作，最好再选另一标准液来准确标定。一些常见溶液的电导率如下：已极化或弄脏的电极必须进行清洗恢复其电导池的活性表面，加温的洗涤剂水可有效清洗，丙酮可轻易清除多数的有机物，次氯酸溶液可清除藻类、细菌或霉菌。为防止电导池受损，不可用磨损性或尖锐物体清洗电极，棉花球也可用于清洗。溶解氧基本理论溶氧分析是测量溶解在水溶液内的氧气的含量。氧气通过周围的空气、空气流动和光合作用溶解于水中。 通过呼吸和分解作用，溶解氧会在水中消耗，主要依靠空气和光合作用进行补充。水中氧的含量主要取决于温度。温水的氧浓度要低于冷水。但溶氧含量过高对动植物会有害。 溶氧电极可以用来测量现场或实验室内被测样品水溶液内的溶氧含量。由于溶解氧是水的质量的主要指标之一，因此溶氧电极可广泛用于各种场合下的溶氧含量的测量，尤其是养殖水、光合作用和呼吸作用及现场测量。在对溪水和湖水支持生物存活的能力进行评估时，要进行生化需氧量测试（BOD）在消耗氧气的含有有机物的样品水溶液变腐时对其进行测量并确定溶氧浓度和样品水溶液温度之间的关系。 溶氧电极用一薄膜将铂阴极， 银阳极，以及电解质与外界隔开，一般情况下阴极几乎是和这层膜直接接触的。氧以和其分压成正比的比率透过膜扩散，氧分压越大，透过膜的氧就越多。当溶解氧不断地透过膜渗入腔体，在阴极上还原而产生电流，此电流在仪表上显示出来。由于此电流和溶氧浓度直接成正比，因此校正仪表只需将测得的电流转换为浓度单位即可。 溶氧浓度通常用mg/L（每升水的溶氧量）或ppm（百万分之几）。有些仪表将计算出的氧含量和观察到的浓度进行比较得出饱和度百分比（O2 sat.） 确定溶氧有两种方式，极谱式和原电池式。极谱式电极需仪表输入一电压对电极进行极化。由于外加电压可能要15分钟才能稳定，因此极谱式电极使用前通常要进行预热确保电极能妥当极化。原电池式的两个极由两种不同的能自发极化产生电压的金属构成。由于原电池式的电压是自发产生而不是外界提供的，因此原电池式电极使用时无需极谱式电极极化所需的“预热”。环境影响适当的溶氧对好的水质是必不可少的，所有的生命形态都需要氧。天然的溪水净化过程要求有恰当的氧含量供给有氧生命形态。如水中的氧含量低于5.0mg/L，水生物生存就有困难，浓度越低越困难。如氧含量低于1-2mg/L并持续几小时将导致水生物大批死亡。应用场合溶氧电极可用来测量用来对氧含量会影响反应速度、流程效率或环境的流程进行监控：如水产养殖、生物反应、环境测试(湖、溪、海洋）、水/废水处理、葡萄酒生产。温度补偿对标准溶氧测量说，温度影响到氧的溶解度和扩散速度，因此必须进行温度补偿。盐度修正溶解盐的存在限制了可溶解于水的氧的含量。氧的浓度和分压之间的关系随着每份样品溶液盐度的不同而变化，因此多数的仪表制造商提供人工调节盐度来修正由离子浓度不同而造成的变化。生化需氧量（BOD）BOD测试一般用于污水处理厂，水处理厂需要知道微生物分解有机物质时从水中消耗的氧的量，这点很重要。该测试可使水处理厂确定水处理的效力或仍然存在的污染量。通过测量特定培养期起始及终止时溶解于样品内的氧的含量可以确定废水、排出液和污水的相对需氧量。可通过测出时间1的溶氧（T1），减去时间2的溶氧（T2）；将该数值乘以最终样品体积（VF）并除以最初样品体积（V）来计算出BOD。 BOD (mg/L) = (T1 T2)VF/V故障处理使用极谱式电极时，校正或测量前要预热至少1530分钟。 为确保膜的电解液内没有气泡，ASI膜帽在设计上要求在装上膜头时要排除掉所有液腔内的空气。 膜表面上不能留有任何气泡，否则它会将气泡当作氧饱和样品进行读数。 即使使用的是带有自动温度补偿的仪表，也要在接近样品溶液的温度下校正电极。 电极应在空气中校正， 以空气作为100的饱和溶解氧标准点。 由于电极对氧的消耗，探头表面氧的浓度会瞬间降低，因此测量时要对溶液进行搅拌，这很重要。 如膜已破损则要进行更换。工业在线电导电极电极常数电导率范围连接方式材质0.010.0120S/cm硬、软管、法兰等管径有:6、8、12等316L或钛合金0.10.1200S/cm1.012000S/cm101020000S/cmph计的原理使用方法和常见故障维修（一）PH计的原理与分类本文讲述了PH计的定义、PH测量原理及各种测量方法；PH酸碱度计的大致分类。主要是针对目前市场使用较多的PH酸碱度计、传感器原理进行分析，对PH酸碱度计分类进行简单介绍。 PH酸碱度计的定义、原理与测量方法 什么是PH？PH是拉丁文“Pondus hydrogenii”一词的缩写（Pondus=压强、压力hydrogenium=氢），用来量度物质中氢离子的活性。这一活性直接关系到水溶液的酸性、中性和碱性。水在化学上是中性的，但不是没有离子，即使化学纯水也有微量被离解：严格地讲，只有在与水分子水合作用以前，氢核不是以自由态存在。 H2O+ H2O=H3O+ + OH 由于水全氢离子（H3O）的浓度事与氢离子（H）浓度等同看待，上式可以简化成下述常用的形式： H2O=H+ OH 此处正的氢离子人们在化学中表示为“H+ 离子”或“氢核”。水合氢核表示为“水合氢离子”。负的氢氧根离子称为“氢氧化物离子”。 利用质量作用定律，对于纯水的离解可以找到一平衡常数加以表示： K = H3O+ OH- H2O 由于水只有极少量被离解，因此水的克分子浓度实际为一常数，并且有平衡常数K可求出水的离子积KW。 KW=KH2O KW = H3O+=107107=10mol/l(25) 也就是说对于一升纯水在25时存在107摩尔H3O+ 离子和107摩尔OH离子。 在中性溶液中，氢离子H+ 和氢氧根离子OH的浓度都是107mol/l。如： 假如有过量的氢离子H+ ，则溶液呈酸性。酸是能使水溶液中的氢离子H+ 游离的物质。同样，如果氢离子H+ 并使OH离子游离，那末溶液就是碱性的。所以，给出CH+值就足以表示溶液的特性，呈酸性碱性，为了免于用此克分子浓度负冥指数进行运算，生物学家泽伦森（Soernsen）在1909年建议将此不便使用的数值用对数代替，并定义为“pH值”。数学上定义pH值为氢离子浓度的常用对数负值。即 因此，PH值是离子浓度以10为底的对数的负数： 改变50m3 的水的pH值，从pH2到pH3需要500L漂白剂。然而，从pH6到pH7只需要50L的漂白剂。 测量PH值的方法很多，主要有化学分析法、试纸法、电位法。现主要介绍电位法测得PH值。 电位分析法所用的电极被称为原电池。原电池是一个系统，它的作用是使化学反应能量转成为电能。此电池的电压被称为电动势（EMF）。此电动势（EMF）由二个半电池构成，其中一个半电池称作测量电极，它的电位与特定的离子活度有关，如H+ ；另一个半电池为参比半电池，通常称作参比电极，它一般是测量溶液相通，并且与测量仪表相连。 例如，一支电极由一根插在含有银离子的盐溶液中的一根银导线制成，在导线和溶液的界面处，由于金属和盐溶液二种物相中银离子的不同活度，形成离子的充电过程，并形成一定的电位差。失去电子的银离子进溶液。当没有施加外电流进行反充电，也就是说没有电流的话，这一过程最终会达到一个平衡。在这种平衡状态下存在的电压被称为半电池电位或电极电位。这种（如上所述）由金属和含有此金属离子的溶液组成的电极被称为第一类电极。 此电位的测量是相对一个电位与盐溶液的成分无关的参比电极进行的。这种具有独立电位的参比电极也被称为第二电极。对于此类电极，金属导线都是覆盖一层此种金属的微溶性盐（如：Ag/AgCL），并且插入含有此种金属盐限离子的电解质溶液中。此时半电池电位或电极电位的大小取决于此种阴离子的活度。 此二种电极之间的电压遵循能斯特（NERNST）公式： E = E0+ RT 1n a Me nF 式中：E电位 E0电极的标准电压 R气体常数（8.31439焦耳/摩尔和） T开氏绝对温度（例：20=273+293开尔文） F法拉弟常数（96493库化/当量） n被测离子的化合价（银=1，氢=1） aMe离子的活度 标准氢电极是所有电位测量的参比点。标准氢电极是一根铂丝，用电解的方法镀（涂覆）上氯化铂，并且在四周充入氢气（固定压力为1013hpa）构成的。 将此电极浸入在25时H3O+ 离子含量为1mol/l溶液中便形成电化学中所有电位测量所参照的半电池电位或电极电位。其中氢电极做为参比电极在实践中很难实现，于是使用第二类电极做为参比电极。其中最常用的便是银/氯化银电极。该电极通过溶解的AgCl对于氯离子浓度的变化起反应。 此参比电极的电极电位通过饱和的kcl贮池（如：3mol/l kcl）来实现恒定。液体或凝胶形式的电解质溶液通过隔膜与被测溶液相连通。 利用上述的电极组合银电极和Ag/AgCl参比电极可以测量胶片冲洗液中的银离子含量。也可以将银电极换成铂或金电极进行氧化还原电位的测量。例如：某种金属离子的氧化阶段。 最常用的PH指示电极是玻璃电极。它是一支端部吹成泡状的对于pH敏感的玻璃膜的玻璃。管内充填有含饱和AgCl的3mol/l kcl缓冲溶液，pH值为7。存在于玻璃膜二面的反映PH值的电位差用Ag/AgCl传导系统如第二电极，导出。PH复合电极和PH固态电极，如图 此电位差遵循能斯特公式： E= E0+ RT 1n a H3O+ nF E=59.16mv/25 per pH 式中R和F为常数，n为化合价，每种离子都有其固定的值。对于氢离子来讲n=1。温度“T”做为变量，在能斯特公式中起很大作用。随着温度的上升，电位值将随之增大。 对于每1的温度变大，将引起电位0.2mv/per pH变化。用pH值来表示则每1第1pH变化0.0033pH值。 这也就是说：对于2030之间和7pH左右的测量不需要对温度变化进行补偿；而对于温度30或20和pH值8pH或6pH的应用场合则必须对温度变化进行补偿。 图1：pH值一电位一离子浓度之间的关系 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 OH离子 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 H 离子 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12