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恒電壓余氯傳感器的工作原理是什么?

時間:2025-7-4閱讀:104
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恒電壓余氯傳感器基于恒電壓電解法工作,其核心原理是通過在電極系統(tǒng)中施加恒定的電壓,使水中的余氯(包括自由氯、總氯等)在電極表面發(fā)生氧化還原反應,產(chǎn)生的電流信號與余氯濃度成正比,從而實現(xiàn)對余氯的定量檢測。

核心結(jié)構(gòu)與工作流程

恒電壓余氯傳感器通常由工作電極、參比電極和對電極(三電極體系)組成,配合恒電壓控制電路完成檢測,具體流程如下:

 

 

施加恒定電壓
傳感器通過電路在工作電極與參比電極之間施加一個固定的電壓(該電壓值根據(jù)目標檢測物質(zhì)的電化學特性設定,例如針對自由氯的檢測,電壓通常在 0.6-0.8V 左右)。參比電極的作用是穩(wěn)定電壓基準,確保工作電極的電勢始終保持恒定,避免水質(zhì)波動(如 pH 變化)對電壓的影響。

 

 

余氯的電化學反應
當水樣流經(jīng)電極表面時,水中的余氯(如 HClO、ClO?等)在工作電極表面發(fā)生氧化或還原反應。以自由氯(次氯酸,HClO)為例,在陽極(工作電極)發(fā)生氧化反應:
HClO+H2O?2e?→ClO3?+3H+
反應過程中釋放電子,形成電流。

 

 

電流信號的檢測與轉(zhuǎn)換
反應產(chǎn)生的電流通過對電極形成回路,其大小與水中余氯的濃度成正比(遵循法拉第電解定律)。傳感器內(nèi)置的信號處理模塊將電流信號放大、轉(zhuǎn)換為電信號(如 4-20mA 或 RS485 輸出),最終通過儀表或控制系統(tǒng)計算出余氯濃度。

 

關(guān)鍵特點與局限性

無膜結(jié)構(gòu):與膜法傳感器不同,恒電壓傳感器的電極直接與水樣接觸,無需透氣膜隔離,因此響應速度更快(通常 10-30 秒),結(jié)構(gòu)更簡單。

易受干擾:水中的還原性物質(zhì)(如亞硝酸鹽、硫化物)、重金屬離子(如 Fe2?、Mn2?)或高濃度氯離子等,會在電極表面發(fā)生類似反應,導致電流信號偏大,影響檢測精度。

維護需求:雖無需更換膜和電解液,但電極表面易因污染物(如懸浮物、有機物)附著而失效,需定期清洗(如用稀酸或毛刷清理)以保持活性。

總結(jié)

恒電壓余氯傳感器通過 “恒定電壓驅(qū)動→余氯電化學氧化→電流信號定量" 的過程實現(xiàn)檢測,憑借快速響應、低維護成本的優(yōu)勢,適合對精度要求不高但水質(zhì)波動大(如高濁度、高污染水體)的場景;但其抗干擾能力較弱,需結(jié)合預處理(如過濾)或校準來優(yōu)化檢測結(jié)果。


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