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pH 值测量 / 控制 氧化还原测量 / 控制 电导率测量 / 控制 ( 浓度计 ) 溶解氧分析仪

20 26. 电化学分析仪表. pH 值测量 / 控制 氧化还原测量 / 控制 电导率测量 / 控制 ( 浓度计 ) 溶解氧分析仪. pH 值定义 水的电离： H 2 O H + + OH - 我们把 pH 值定义为溶液中氢离子活度的负对数，即： pH=-lg[α H + ] pH 值 [H + ] [OH - ] 0 10 0 =1 10 -14 =0.00000000000001

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pH 值测量 / 控制 氧化还原测量 / 控制 电导率测量 / 控制 ( 浓度计 ) 溶解氧分析仪

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Presentation Transcript

  1. 20 26 电化学分析仪表 • pH值测量/控制 • 氧化还原测量/控制 • 电导率测量/控制 (浓度计) • 溶解氧分析仪

  2. pH值定义 水的电离： H2OH+ + OH- 我们把pH值定义为溶液中氢离子活度的负对数，即： pH=-lg[αH+] pH值 [H+] [OH-] 0 10 0=1 10-14=0.00000000000001 1 10-1=0.1 10-13=0.0000000000001 . 7 10-7=0.0000001 10-7=0.0000001 . 13 10-13=0.0000000000001 10-1=0.1 14 10-14=0.00000000000001 10 0=1 说明：1.[αH+]=fH+*[H+]， [H+]-氢离子浓度 fH+-活度系数，fH+纯水=1，fH+稀溶液≈1 2. KH20 =[H+] * [OH-]=10-14是一个定温常数

  3. 一些常见介质在20℃下的典型pH值 盐酸 0.0 胃酸 1.0 柠檬酸 2.3 啤酒 4.3 酸梅汤 5.0-6.0 唾沫 6.7 纯水 7.0 血液 7.4 海水 8.3 肥皂水 8.4 石灰水 12.3 烧碱 14.0

  4. 应用场合 1.饮用水水质监测 2.游泳池水质监测 3.市政污水和工业废水(中和、消毒、沉淀、最终监测…) 4.生产和过程控制 (化学制浆厂、纸浆厂、制药厂、化工厂、涂料和纺织业…) 5.电厂(锅炉给水、燃气脱硫…) 6.食品加工(乳业、糖果厂、饮料行业、啤酒工业…) 7.实验室设备

  5. 基础知识 标准氢电极 氢气 铂片 盐酸

  6. 基础知识 怎样测量或计算出实际的电极电位 ? Nernst公式 R*T E = E0 + ---- * ln[A+] F E：电极电位，V E0 ：标准电极电位，V A+ ：离子活度 R ：气体常数，8.31焦耳/克分子*。K T ：溶液绝对温度，。K F ：法拉第常数,96500库仑/克分子

  7. pH值测量原理 工业pH计是利用电位法测量溶液中氢离子活度(pH)的的一种仪器，它利用对溶液pH值变化敏感的测量电极(玻璃/锑/不锈钢…)和有恒定电位的参比电极(泵-甘泵/银-氯化银…)所组成的工作电池来测量。待测溶液的pH值和工作电池的电势大小成线性关系。

  8. pH值测量原理 当玻璃电极浸入被测溶液中时，玻璃膜两侧分别与pH一定的内部缓冲液和被测溶液接触，在两接界处由于水化作用产生水化层，溶液中的H+与水化层进行离子交换，产生界面电位1和2，根据涅恩斯特公式有： 膜电位M= 1-2=0.059 lg(H+测/H+内) 由于玻璃电极的内部缓冲液pH值已定，使用参比电极测得M 后即可确定待测溶液的pH值。实际上由于玻璃材质、厚度和加工工艺(热处理)的影响，在H+测=H+内时M并不等于零，仍有几个mV，我们称之为不对称电位。因此实际的换算公式为：M= Ea+0.059 lg(H+测/H+内)

  9. 复 合 式 pH 值 电 极 结 构 图

  10. pH值测量&控制系统组成： 一.测量电极： 组成方式1. 玻璃/锑电极+参比电极+隔离膜片管* 组成方式2. 复合式pH电极(常用) 二.温度补偿： 补偿温度计* 三.电极护套： 沉入式/流通式 四.阻抗转换： 高阻转换器* 五.专用的pH变送器/调节器 说明： 1.带*的部件在某些场合可以不用。 2.一般情况下复合电极可以满足大多数实际应用，分立 式电极(方式1.)只用在少数特殊情况下。 (a.高温pH值测量；b.被测介质可能会污染参比系统)

  11. 隔离膜片管：用于构成电解质桥(盐桥)，起隔离作用。 一般无需使用，只有当被测介质会污染 参比系统时才会用到它---例如摄影药液 以及含硫介质等场合。 补偿温度计：为pH变送器/调节器提供被测介质的温度 信号，用于pH 值的自动温度补偿。但通 常可以在pH变送器/调节器内部设定一个 固定的温度补偿，而不使用补偿温度计 高阻转换器：将pH电极所输出的高内阻(几十~几百 M)信号转换为低内阻信号。当pH电极 与pH变送器之间的距离超过15m时使用。

  12. PH电极的正确选用 pH电极选型正确与否对电极的实际使用寿命影响很大，有时会差6-7倍甚至更多。 一.需要了解的过程参数： 1.介质种类 2.工作温度范围 3.过程压力(封闭系统) 4.安装方式 5.介质的干净程度、粘度 6.是否存在会对电极造成中毒的物质？

  13. 二.选择PH电极： 1. 玻璃膜的选择 玻璃膜是由具有氢功能的锂玻璃溶融吹制而成,一般呈球形,大部分电极均使用常规的敏感玻璃膜,但也有用于高温强碱介质的敏感玻璃膜,高温强酸介质的敏感玻璃膜,高温蒸气消毒(130℃ )的敏感玻璃膜,以及低电阻敏感玻璃膜(用于纯水测定)等,应区别不同情况选用. U 型：常用，温度最高80℃，pH值0-12 HT型：高温，温度最高130℃，或pH值>12 C 型：含氟介质，最高500mg/l TT型：低温，-30℃ - +30℃

  14. 2.杆材质的选择 塑料：塑料杆不易折断,在强碱溶液及部分介质中易受腐 蚀，使用温度一般<80℃。制造方便：GV-doka。 玻璃：玻璃杆使用温度要高一些，除氢氟酸溶液外一般 不受腐蚀，但易破损。 3.参比系统的选择 GEL填充：低维护，不能重新填充，可带压测量，最高 使用温度90℃。 KCL填充：常用，高温应用，低电导率介质pH值测量。

  15. 4.参比系统膜片的选择 陶瓷膜片：干净水，游泳池水。 TEFLON：废水处理，比较脏的介质，含油介质，流动或 高速流动的介质。 玻璃纤维：与陶瓷膜片性能相近，塑杆电极的标配。 三.电极的使用寿命 pH电极是作为一种耗材使用的，GEL填充复合式电极在游泳池水中的使用寿命大约为2年。介质温度越高，使用寿命越短，某些场合可能只有几天。储存时需在黑暗、低温、潮湿(不能取下保湿帽) 的环境中，而且时间不能超过半年。

  16. 一般配置：(流通式) 1.复合式pH电极 2GE-2-G-U-1 2.补偿温度计 2K-2 3.电极护套(1bar) 2DA-G1/2-PP 4.高阻转换器 2AMZ-20 5.pH变送器 202530/00-888-23-00/000 6.连接电缆(5mX2) 2992-2(5)-0 总计： 6. 5. 4. 3. 2. 1. 注意：变送器外形已有变化！

  17. 经济配置：(流通式) 1. 复合式pH电极(三合一) 2GE-9-G-U-1 3.电极护套(5bar,50℃) 2DA-DN20-PVC 5.连接电缆(5mX1) 2994-10(5)-0 6.pH变送器 202530/00-888-23-00/000 注意：变送器与电极之间 距离不能超过15m 总计： ￥ 5. 6. 3. 1. 注意：变送器外形已有变化！

  18. 氧化还原测量原理 基础知识 Redox 来源于 - 还原(Reduction) 和 - 氧化(Oxidation) 过去的理解 每一次有氧燃烧都是一个氧化还原过程 现在的定义 还原 = 得到电子 氧化 = 失去电子

  19. 基础知识 • 每天都发生的氧化还原反应 • - 铁生锈 • - 银变黑 氧化还原反应发生的前提 存在两个对象：一个对象提供电子，另一个对象接收电子 例如：铜的还原 CuO + H 2 Cu + H 2 O

  20. 基础知识 铜锌电池 外部接线 1.1V 锌棒 铜棒 硫酸锌 硫酸铜

  21. 基础知识 金属的氧化还原特性

  22. 系统组成 怎样测量氧化还原电势 ? a. b. 单支或双支 金属电极加 上参比电极 复合式金属电极 (塑料/玻璃杆) 相关设备 - 高屏蔽低噪声同轴电缆 - 安装护套 - 氧化还原变送器

  23. 系统组成 变送器 两线制氧化还原变送器 型号: 202702 智能氧化还原变送器 型号: 262510 智能氧化还原变送器 型号: dTRANS Rd01

  24. 如何选择ORP电极 测量ORP的电极与pH电极相似(因此有许多厂家的pH计传感器同时可以测量ORP).常用的电极有铂、金或镍等金属材料，在强还原剂时一般要用金电极，由于这时因铂的催化作用而使氢离子在铂表面还原，产生混合电势。在废水处理中，常采用铂电极。电极的结构一般有三种：丝状、箔状和短条状，均封接在玻璃或环氧树脂制的极杆上.象贵溪冶炼厂、九江炼油厂等厂家在废水处理工序中用的日本DKK公司的ORP电极就是这一种.

  25. 应用 废水处理与再生装置

  26. 氰化物废水净化连续处理装置 氰化物产生于 - 印刷电路板生产 - 热处理厂 - 机械厂 化学反应过程 化学反应1 2 CN- + 2 OCl- 2 ClCN + 2 H2O + 4 OH- Chlorcyan 化学反应2 2 ClCN + 4 OH- 2 CNO- + 2 Cl- + H2O Cyanat 氰酸盐 化学反应3 2CNO- + 3 OCl- + H2O  N2 + 2 CO2- + Cl- + 2 OH-

  27. 废水铬酸盐净化连续处理装置 • 铬酸盐产生于 • - 铬电解液 • - 酸洗池和碱洗池 • 铝厂 • 电镀行业 化学反应过程 Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- 2 Cr3+ + 7 H2O (酸性介质)

  28. 废水亚硝酸盐净化连续处理装置 - 电镀、防腐处理 - 珐琅厂 - 钢的精炼 化学反应过程 HNO2 + H2O2 NO3- + H+ + H2O

  29. 什么是电导率 欧姆定律: I=U/R 电导： G=R-1 导线的电阻：R= *l/A 电导率：L= -1 说明：I-电流，A U-电压，V l-导线长度，m A-导线横截面，cm2 R-电阻，  -电阻率， *cm2/m G-电导率，S L-电导率，S/cm

  30. 电导率测量原理 电导率测量目前分为两种方式： 1.电极式电导率测量探头 适用于测比较干净的水溶液，电极直接接触被测溶液。工作时，通过交流电测得流过电极的电流，就知道液体的电导率。一般水的电导率温度系数为1.4%～2%，因此需要用热电阻进行温度补偿。 2.电磁式电导率变送器 适用于测量污水，不易被污染，不易结垢。其原理为：传感器上绕有一组线圈，一组为发送线圈，一组为接收线圈.当传感器置于液体中时，发送线圈通以交流电，接收线圈感应到的信号和被测液体的电导率成正比，因此测出这个信号就可知道液体的电导率.当与智能化仪表配套使用时，不仅可以测控电导率，还可以测控溶液的浓度。.这种传感器比较多地用于污水处理、锅炉给水和食品工业(酿造、乳品)。

  31. 氧的饱合浓度 溶解氧测量原理 水中溶解氧的含量随着水体和外界条件而变化，水体温度越低，水体表面蒸汽压越高，氧的溶解度越大，反之就越小。地面水被空气饱和，空气中的各种组分按其各自分压所对应的溶解度溶入水中。 温度 大气压 蒸汽压 忽略相对湿度影响 90% 相对湿度时最大误差也只有 0,24%

  32. 溶解氧测量原理 测量系统 原理1---Clark系统 利用溶解在水中的氧,在已加固定电压的原电池阴极(金或铂) 处与水反应生成OH-,在原电池的阳极处(镉、锌或银) 产生镉、锌或银离子，便原先极化的原电池去极化，在水温、流量和导电性一定的情况下，产生的极化电流的大小与水中溶解氧的浓度成正比。 原理2--- JUMO系统 通过电池元件自己提供电流 电流大小与水溶解氧的浓度成正比。

  33. 溶解氧测量原理 Clark系统 3电极测量，标准型，WTW首创, 目前用户有E&H, Siemens: 在德国有广泛应用， 缺点: 电解液和膜片更换不方便

  34. 溶解氧测量原理 JUMO系统: „有源, 原电池“

  35. 溶解氧测量原理 • 测量系统 • JUMO系统的优点 : • 无极化时间 • JUMO传感元件可以立即投入使用 ! • 不受外部因素影响，自已为自己提供所需的电流 • 只需要一个很小的流量 • 快速响应

  36. 溶解氧测量原理 测量 含盐量 • 在盐水中只有 80%的氧可以溶解 • 传感元件无法了解当前是盐水还是淡水 • -> 测量误差 • 你需要设定含盐量 0--100% • 只有在盐水或高盐度溶液中才需要修改出厂设定 • 测淡水时无需输入

  37. 溶解氧测量基本原理 注意: 1. 溶解氧测量与气体氧含量测量是截然不同的！ 2. 冷水比热水能溶解更多的氧气. 溶解氧特性 氧的饱合浓度

  38. 系统组成 组态和校验面板 变送器(含传感元件) 测量元件

  39. 系统组成 变送器 测量元件 固定螺纹

  40. 系统组成 基本配置 补偿 • 温度 • 大气压 • 盐度 • 连接到一个已有系统 (例如：PLC) • 开始时需要校验 • 分立的Pt1000 • 可以接笔记本或PC • 没有显示 • AC 220V供电 通过用户面板或SETUP程序组态 • 量程起点/ • 量程终点 • 单位

  41. 系统组成 标准配置 补偿 • 连接到一个已有系统 (例如：PLC) • 开始时需要校验 • 单独的Pt1000 • 可以接笔记本或PC • 完整的服务和组态 • 有显示 • 两线制温度变送器 • AC 220V供电 • 温度 • 大气压 • 盐度 通过用户面板或SETUP程序组态 • 量程起点/ 量程终点 • 单位

  42. 系统组成 最大配置 补偿 • 连接到一个已有系统 (例如：PLC) • 开始时需要校验 • 单独的Pt1000 • 可以接笔记本或PC • 完整的服务和组态 • 有显示 • 两线制温度变送器 • AC 220V供电 • 两个报警触点 • 温度 • 大气压 • 盐度 通过用户面板或SETUP程序组态 • 量程起点/ 量程终点 • 单位

  43. 系统组成 基本性能的独立系统 dTRANS Az01 • dTRANS Az01 • 供电电源 DC24V • dTRANS O201 • 显示display • O2浓度 • 介质温度 • 继电器控制输出

  44. 系统组成 最优性能的独立系统 220V AC供电 • 4..20 mA • 输出信号 • 溶解氧 • 温度

  45. 应用 • 废水净化 (有机质净化)

  46. 应用 • 天然水 设于各省市及各主要河流、湖泊的环境监测中心

  47. 应用 • 淡水

  48. 应用 • 工业应用: • (*) 食品行业、生物技术和消毒器均需用到溶解氧分析仪，但 JUMO目前的产品还不能用于消毒器行业

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