Датчики pH

Датчики pH та блоки оцінки сигналів: як це працює

Вимірювання рівня pH - це один із найважливіших аналізів у промисловості та лабораторіях. Якщо говорити просто, то pH показує нам, наскільки рідина кисла або лужна. Для того, щоб отримати точні дані, потрібна злагоджена робота двох компонентів: самого датчика, який контактує з рідиною, та блоку оцінки (трансмітера), який перетворює "мову" датчика на зрозумілі нам цифри на екрані.

Потенціометричний принцип: класика зі скла та емалі

Найпоширеніший спосіб дізнатися рівень pH - це використання потенціометричного принципу. Уявіть собі скляну кульку на кінці датчика. Це не просто скло, а спеціальний чутливий елемент. Коли ми занурюємо такий датчик у воду, іони водню (H+) проникають у зовнішній шар цієї скляної мембрани. Усередині датчика знаходиться стабільна система порівняння, яка зазвичай складається зі срібла та хлориду срібла. Між зовнішнім середовищем та внутрішньою частиною виникає різниця електричних потенціалів. Блок оцінки вимірює цю різницю і за допомогою спеціальної математичної формули (рівняння Нернста) перераховує її у значення pH.

Окрім скла, для цього ж принципу використовують емаль. Вона працює так само, як і скло, але є набагато міцнішою. Основні переваги таких датчиків - це неймовірна точність у дуже широких діапазонах вимірювань.

Популярні моделі з цим принципом:

• Memosens CPS11E - універсальний скляний датчик для стандартних завдань
• Memosens CPS71E - спеціалізований електрод для хімічно агресивних середовищ
• Ceramax CPS341D - надміцний емалевий датчик для складних умов

ISFET-технологія: вимірювання без скла

Іноді скло використовувати не можна - наприклад, у виробництві продуктів харчування, де уламок розбитого датчика може потрапити в їжу. Тоді на допомогу приходять ISFET-електроди. Їхня назва розшифровується як іон-селективний польовий транзистор. Замість скляної кульки тут використовується напівпровідниковий чіп.

Працює це дуже цікаво: іони водню накопичуються на поверхні чіпа, створюючи позитивний заряд. Цей заряд, як у дзеркалі, "відбивається" всередині напівпровідника, створюючи там негативний заряд. Це робить канал транзистора провідним, і через нього починає текти струм. Чим більше іонів водню в рідині, тим більше струму проходить через транзистор. Ця технологія дозволяє робити датчики, які неможливо розбити.

Моделі, що використовують транзисторний принцип:

• Memosens CPS77E - ідеальний вибір для харчової промисловості та біотехнологій
• Memosens CPS47E - версія для стерильних процесів, де важлива чистота
• Memosens CPS97E - датчик для роботи в середовищах з великою кількістю часток

Блоки оцінки сигналів та їхні переваги

Сам по собі датчик лише генерує слабкий сигнал. Щоб цей сигнал став корисним, потрібен трансмітер. Сучасні блоки оцінки мають багато корисних функцій. По-перше, вони забезпечують автоматичну температурну компенсацію, адже рівень pH сильно залежить від тепла. По-друге, вони допомагають стежити за станом датчика, підказуючи, коли його потрібно почистити або замінити.

Головні технічні переваги сучасних систем:

• Висока лінійність вимірювання навіть у дуже кислих або дуже лужних розчинах
• Захист від перешкод завдяки перетворенню аналогового сигналу в цифровий безпосередньо в голівці датчика
• Можливість працювати з кількома датчиками одночасно через один блок

Популярні моделі трансмітерів:

• Liquiline CM42 - надійний двопровідний пристрій для небезпечних зон
• Liquiline CM44 - багатоканальний блок, до якого можна підключити до 8 різних датчиків
• Liquiline CM14 - просте та бюджетне рішення для базових вимірювань