DKK(日本电气化学株式会社)的酸碱浓度计,其核心测量原理通常基于电导率测量法。这是工业在线测量酸碱浓度常用、可靠的方法之一。
以下是其工作原理的详细说明:
基础原理:电导率与离子浓度
酸(如 HCl, H₂SO₄, HNO₃)和碱(如 NaOH, KOH)在水溶液中会解离成带电的离子(H⁺, Cl⁻, SO₄²⁻, Na⁺, OH⁻ 等)。
这些自由移动的离子使得溶液能够导电。
溶液的电导率与其所含离子的种类、浓度和温度直接相关。
对于特定种类的酸或碱溶液(例如纯的 NaOH 溶液或纯的 H₂SO₄ 溶液),在固定温度下,其电导率与浓度之间存在一个特定的、可重复的关系(通常是非线性的,呈倒U型曲线)。浓度过低或过高都可能使电导率降低(低浓度离子少,高浓度离子缔合效应增强)。
测量过程:
传感器(电极): DKK 酸碱浓度计使用特制的电导率电极插入被测溶液中。这种电极通常包含两个或多个金属电极片(常用铂、不锈钢等耐腐蚀材料)。
施加交流电压: 仪器向电极施加一个低频的交流电压(避免电极极化影响测量精度)。
测量电流/电阻: 溶液中的离子在电场作用下移动形成电流。仪器测量流过溶液的电流或等效的溶液电阻。
计算电导率: 根据测得的电流(或电阻)、电极的几何常数(由电极结构和间距决定),仪器计算出溶液的电导率值(单位通常是 μS/cm 或 mS/cm)。
温度补偿: 电导率对温度非常敏感(温度升高,离子迁移率加快,电导率增大)。因此,传感器内或附近会集成一个温度传感器(如 Pt100),实时测量溶液温度。仪器根据内置的温度补偿系数(通常是每摄氏度 1.7% - 2.1%),将测量到的电导率值补偿到标准温度(通常是 25°C)下的值。
浓度换算: 仪器内部存储了针对特定酸碱溶液(用户在设定时需要选择或标定)的浓度-电导率-温度关系曲线(或查找表)。利用补偿到标准温度后的电导率值,仪器通过这条预存的曲线或公式,计算出对应的酸碱浓度值(通常以重量百分比 %wt 或摩尔浓度 mol/L 显示)。
DKK 仪表的特点(基于其电导率原理):
在线连续测量: 实时监测工艺管道或罐体中的酸碱浓度。
快速响应: 电导率测量本身非常快,能迅速反映浓度变化。
无试剂消耗: 不需要添加任何化学试剂。
相对耐用: 传感器结构相对简单,维护量较低(主要是定期清洁)。
输出信号: 提供标准的 4-20mA 或数字信号输出,用于连接 DCS/PLC 系统进行控制或记录。
特定溶液标定: 精度高度依赖于针对被测溶液(如 30% H₂SO₄ 或 20% NaOH)的准确标定。仪器需要知道测量的是哪种酸或碱。
关键点总结:
核心: 测量溶液的电导率。
基础: 特定酸碱溶液的浓度与(温度补偿后的)电导率存在固定关系。
步骤: 测电导率 -> 温度补偿 -> 查表/计算 -> 得到浓度。
前提: 被测介质是已知种类的、相对纯净的酸或碱溶液。溶液中存在高浓度的其他强电解质盐类或杂质会影响测量精度。
局限性:
非特异性: 只能测量总离子浓度。如果溶液中混有其他强电解质(盐类),会干扰测量,导致浓度读数偏高。
依赖于溶液类型: 必须针对特定的酸或碱进行标定。不能直接用于未知混合物或多种酸/碱混合物的浓度测量。
浓度范围限制: 在浓度非常高或非常低时,电导率与浓度的线性关系变差,精度可能下降。曲线通常存在一个电导率峰值(对应一个浓度值),在此峰值两侧,不同的浓度可能对应相同的电导率,因此需要明确知道浓度是在峰值左侧还是右侧。
总而言之,DKK 酸碱浓度计利用特定酸碱溶液的电导率与其浓度之间的确定关系,通过精确测量电导率和温度,并经过补偿和换算,最终实现工业过程中酸碱浓度的在线连续监测。