Wie berechnet man das pH-Ventil? Grundlagen & Arbeitsweise des pH-Sensors

PH-Wert definieren

pH ist die numerische Darstellung vonGrammäquivalent pro Liter Wasserstoffionenkonzentration in jeder Lösung. Sie variiert zwischen 0 und 14. Es ist die logarithmische Messung von Mol Wasserstoffionen pro Liter Lösung. Die Lösungen mit einem pH-Wert zwischen 0 und 7 sind saure Lösungen mit einer großen Wasserstoffionenkonzentration, während Lösungen mit einem pH-Wert zwischen 8 und 14 basische Lösungen mit einer geringen Wasserstoffkonzentration sind. Die Lösungen mit einem pH-Wert von 7 sind neutrale Lösungen. Die Messung des pH-Wertes gibt das Maß für die Alkalität oder den Säuregrad einer Lösung an.

Warum ist die pH-Messung so wichtig?

  • Um den pH-Wert des Blutes zu überwachen, muss dieser zwischen 7,35 und 7,45 liegen
  • Zur Überwachung des pH-Wertes des Bodens für ein optimales Wachstum der Kulturen gemäß den Anforderungen
  • Den pH-Wert des Regens überwachen, damit wir die Schadstoffe in der Luft erkennen können, wenn das Regenwasser saurer wird.
  • Zur Überwachung des pH-Wertes vieler anderer täglich verwendeter Produkte wie Milch, Shampoo usw.

Drei Möglichkeiten, den pH-Wert einer Lösung zu messen

  • Verwenden Sie den Indikatorstreifen, der beim Einlegen in eineLösung, ändert ihre Farbe entsprechend. Der Streifen wird dann herausgenommen und seine Farbe wird mit einer Farbe in der Farbtabelle abgeglichen, um den entsprechenden pH-Wert zu bestimmen.
  • Die Verwendung einer pH-Indikatorflüssigkeit, bei der der Flüssigkeit die unbekannte Lösung zugesetzt wird und die veränderte Farbe der Flüssigkeit wird mit einer bereits verfügbaren Farbe auf dem Farbrad abgeglichen, um den pH-Wert zu bestimmen.
  • Mit einem pH-Sensor, bei dem eine Sonde einfach in die Lösung eingeführt werden kann, kann der pH-Wert abgelesen werden.

5 Vorteile des pH-Meters gegenüber anderen Methoden

  • Sie liefern genauere Messungen.
  • Sie können leicht verwendet werden.
  • Der pH-Wert ist vergleichsweise einfacher.
  • Sie liefern genauere Messungen, da sie bis zu 1/100 messen könnenth von pH-Einheit.
  • Sie sind wiederverwendbar.

Prinzip des pH-Meters oder pH-Sensors

pH-Meter arbeitet im Wesentlichen auf der Tatsache, dassDie Grenzfläche zweier Flüssigkeiten erzeugt ein elektrisches Potential, das gemessen werden kann. Mit anderen Worten, wenn eine Flüssigkeit in einem aus Glas hergestellten Gehäuse in eine andere Lösung als diese Flüssigkeit eingebracht wird, besteht zwischen den beiden Flüssigkeiten ein elektrochemisches Potential.

pH-Sensor-Komponenten

Es ist im Grunde eine Elektrode bestehend aus 4 Komponenten:

  • Eine Messelektrode: Es ist eine Röhre aus Glas und besteht aus adünner Glaskolben darauf geschweißt, mit Kaliumchloridlösung mit bekanntem pH-Wert von 7 gefüllt. Außerdem enthält es einen Silberchloridblock, der an einem Silberelement befestigt ist. Sie erzeugt die Spannung, mit der der pH-Wert der unbekannten Lösung gemessen wird.
Eine Messelektrode
  • Eine Referenzelektrode: Es ist eine Glasröhre aus KaliumChloridlösung in engem Kontakt mit einem Quecksilberchloridblock am Ende des Kaliumchlorids. Es wird verwendet, um eine stabile Nullspannungsverbindung für die gesamte Schaltung bereitzustellen.

    Eine Referenzelektrode
  • Vorverstärker: Es ist ein Signalaufbereitungsgerät und konvertiertdas hochohmige pH-Elektrodensignal zu einem niederohmigen Signal. Es stärkt und stabilisiert das Signal und macht es weniger anfällig für elektrisches Rauschen.
Vorverstärker
  • Sender oder Analysator: Dient zur Anzeige des elektrischen Signals des Sensors und besteht aus einem Temperatursensor, der die Temperaturänderung ausgleicht.
Sender oder Analysator

Funktion des pH-Sensors:

Funktion des pH-Sensors

Die Elektrode befindet sich im befüllten Becherglasmit einer Lösung, deren pH-Wert zu messen ist. Der am Ende der Messelektrode geschweißte Glaskolben besteht aus mit Lithium dotierten Lithiumionen, die ihn als ionenselektive Barriere wirken lassen und die Wasserstoffionen aus der unbekannten Lösung durch die Barriere wandern lassen und mit dem Glas interagieren, wodurch eine elektrochemische Verbindung entsteht Potential bezogen auf die Wasserstoffionenkonzentration. Das Messelektrodenpotential ändert sich somit mit der Wasserstoffionenkonzentration. Andererseits ändert sich das Bezugselektrodenpotential nicht mit der Wasserstoffionenkonzentration und stellt ein stabiles Potential bereit, mit dem die Messelektrode verglichen wird. Es besteht aus einer neutralen Lösung, die durch einen porösen Separator Ionen mit der unbekannten Lösung austauschen kann, wodurch eine Verbindung mit niedrigem Widerstand gebildet wird, um den gesamten Kreislauf abzuschließen. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden ermöglicht eine direkte Messung der Wasserstoffionenkonzentration oder des pH-Werts des Systems und wird zunächst zur Verstärkung verstärkt und dann dem Voltmeter zugeführt.

U = EpH-Wert - Eref

EpH-Wert - Spannungspotential der Messelektrode

Eref - Spannungspotential der Bezugselektrode

Der pH-Wert wird basierend auf der Nerns'schen Gleichung berechnet, die besagt, dass die Änderung des Gesamtpotenzials für jede Änderung des pH-Werts

U = -kTpH

k-Boltzmans Konstante, T-Temperatur.

Vorsichtsmaßnahmen bei der pH-Messung:

  • Das Elektrodenpotential der MessungElektrode neigt dazu, mit der Temperatur zu variieren, was die pH-Messung beeinflussen kann. Aus diesem Grund soll eine Temperaturkompensationstechnik bereitgestellt werden. Dies wird entweder durch manuelle Durchführung einer separaten Temperaturmessung und Eingabe des Wertes in das pH-Meter oder durch Verwendung einer automatischen Temperaturkompensation erreicht, die aus einem Temperatursensor besteht, der dem pH-Meter zugeführt wird.
  • Da ist Glas eigentlich ein schlechter DirigentElektrizität bietet die Messelektrode im Vergleich zur Referenzelektrode tatsächlich einen hohen Widerstand, was zu einem großen Spannungsabfall führt, der die Ausgangsmessung beeinflusst. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, ein verstärktes Messgerät mit hohem Widerstand zu verwenden oder eine Nullabgleichspannungs-Messanordnung zu verwenden.
  • Flusssäure sollte nicht in irgendeiner Lösung verwendet werden, da sie Glas löst

Auf dem Markt verfügbare moderne pH-Sensoren:

  • PHE-45P: Es kann den pH-Wert im gesamten Bereich mit einer Empfindlichkeit von 0,02 pH messen und arbeitet im Temperaturbereich von -5 bis + 95 ° C. Es besteht aus einem Temperaturkompensator Pt1000 RTD.
PHE-45P
  • WQ201 pH-Sensor: Es wird von Global Water Instrumentation Inc. gemessen und ist an 25ft Seekabeln mit einer Länge von bis zu 500 ft und einer Leistung von 4-20 mA montiert.
WQ201 pH-Sensor

Anwendungen mit pH-Sensor

pH-Kontrolle

Die pH-Messung spielt bei vielen eine wichtige RolleIndustrielle Anwendungen wie die Kontrolle von Chemikalien in industriellen Wäschern, die Messung von Schwefeldioxid in Zuckerraffinerien und die Optimierung der Koagulation bei der Wasseraufbereitung. Es bietet einen Kontrollpunkt zum Neutralisieren von Säuren und Basen.

Das pH-Kontrollsystem wird zur Messung des pH-Werts verwendetder Lösung und steuert auch die Zugabe eines Neutralisationsmittels, um die Lösung auf einem definierten pH-Wert zu halten. Es besteht aus einem pH-Analysator und zwei oder mehr pH-Sensoren.

pH-Kontrolle

Nun, da wir Grundkenntnisse über den pH-Wert hattenSensor und seine Anwendung in der pH-Kontrolle, lassen Sie uns einige andere Anwendungen dieses Sensors wissen. Wenn Sie außerdem Fragen zu diesem Thema oder zu den elektrischen und elektronischen Projekten haben, lassen Sie die folgenden Kommentare.

Fotos Kredit -

  • Eine Messelektrode von Sensorland
  • Eine Referenzelektrode von Sensorland
  • Sender oder Analyzer von Web.tradekorea
  • Funktion des pH-Sensors von Seafriends
  • PHE-45P von Omega
  • WQ201 pH Sensor von Globalw
  • pH-Kontrollsystem von ISA

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