pH变送器的阻抗要求及测量方法

摘 要 ph变松器是pH在线仪表检测的一种。通过对PH仪表的基本测量要求和技术指标以及仪表的介绍，了解到pH变送器的阻抗要求，同时根据PH值的测量原理，探讨了玻璃电极的测量方式，对pH值的测量方式提供了测量的经验。

关键词 pH变送器；阻抗要求；测量方法

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0088-02

pH在线测量仪表包括pH测量仪表和pH变送器。pH测量仪表和pH变送器在功能或结构上的主要区别在于是否需要信号隔离与远传作用。工业在线检测用的pH仪表，必须使用具有信号隔离作用的pH测量仪表，否则可能造成外参比电位旁路，使外参比电极极化，造成显示不稳，使测量误差增大。下面主要讨论工业在线pH测量仪表。

1 pH测量仪表的基本要求

根据声电极的特点，滴水计数水表对工业在线pH侧量仪表有下列墓本要求：计量特性，高输人阻抗，低输人电流，高稳定性，低漂移，低显示误差；调节特性：要求有零点（定位）调节，斜率（灵敏度）调节，温度补偿调节和等电位点调节；使用特性：要求有pH显示，信号隔离和电流或电压信号输出。

2 pH测量仪表的主要技术指标

2.1仪表的输入阻抗

玻璃pH电极内阻约几百兆欧，标准孔板微小电流流过电极就会引起显著的电压降。因此，pH测量仪表应有足够高的输人阻抗，所谓仪表输人阻抗是指跨接仪表输人端的等效电阻。为了保证测量误差小于1%。仪表输入阻抗应大于测量电池内阻（也即pH电极内阻）的999倍。

2.2仪表输人电流

仪表输人电流是由仪表输人端电子器件的泄漏电流所产生的，输人电流一般随输人端电压变化而变化，由于仪表输人电流会在测量电池等效电阻上产生额外电压，从而造成测量误差，例如当仪表输人电流为lxl。一”A时，将在电阻为1000M。的pH电阻敏感膜上产生ImV的额外电压，引起大约0.015pH的测量误差。虽然这一误差在电极标定及样品测量两次操作中可以抵消，但由于输人电流和电极内阻会随时间、温度等条件变化而变化、因此pH测量仪表的输人电流不得大于lx10-12A.

2.3仪表的稳定性

仪表的稳定性是一项综合性指标，温度对元器件的影响，电源引起的波动.仪表的抗干扰性等都将影响仪表的稳定性。仪表的不稳定，将直影响到读数的准确度和重现性，特别是用于连续或自动测量的pH测量仪表，对稳定性要求更高，性能良好的仪表当电源电压变化10%或连续使24个小时后，显示漂移在t2mV在以内，同时保持较好的精度要求。

2.4仪表的测量范围及分辨率

目前使用的pH仪表侧量范围基本上都设计成0-14pH单位，有些设计成分档可调式。对实验室使用的高精度pH仪表分辨率可达0.001pH；工业现场中使用的在线pH变送器，分辨率大都为0.01pH；因为工业现场影响测量pH准确度的因素主要不是仪表的分辨率，而是其他干扰。

2.5仪表的信号隔离及信号输出

工业现场中使用的pH测量仪表，必须具有信号隔离功能及信号输出远传的能力，标准信号输出电压为0V-5V（或1V~5V），或输出电流为0mA~10mA（或4mA~20mA）信号。

3 pH值与玻璃电极

pH所表示的是电极、参比电极以及第三电极和温度传感器以及被测试的溶液所构成的测量电池，所指示电极的电位将随着被测试溶液的PH值改变而改变。然而参比的电极电位将不会随着pH值的变化而发生改变。他们之间的关系符合相应专业方程中电极电位E与粒子获毒之间的相互关系。而第三电极作用于共模电压干扰以地电流所造成的干扰。仪器通过设置了稳定了定位调节器以及斜率的调节器，定位调节器主要用于抵消所测量电池的开始电位，从而使相应仪器所显示的值等于溶液的PH值。而斜率调节器是通过调节放大器的灵敏程度从而实现了pH值的整量化，并且通过温度传感器进行温度的自动补偿。

pH变送器以银-氯化银电极作为了参比电极，实际上也是基准电极，而使用玻璃电极作为了指示电极也就是基准的电极，玻璃电极在一定的宽度范围内，也就是pH值在2-9范围内时具有稳定的线性刮泥，同时也能在较强的酸碱溶液中稳定工作。实际上，玻璃电极内部为银-氯化银电极，也被称之为内电极，外部具有敏感玻璃泡所制成的玻璃外电极，内电极和外电极共同构成了总体的玻璃指示电极，内部充有氢离子的浓度为[H+]的缓冲溶液，实现了与外部电极相互来联系，缓冲溶液是弱酸与弱酸盐所构成的溶液，这种溶液的pH值较为恒定，由此也可称为PH值的测量溶液。

3 pH变送器应用过程中出现的问题

为了有效分析pH变送器中的仪表以及供电的阻抗的匹配问题，首先应了了解到pH便送器的基本工作原理。pH变送器通过单晶硅谐振式传感器上的两个H形的互感器通过转换压差、压力信号为频率信号，而后将相应的信号送到脉冲计数器，再将所转换的评论传递到CPU进行信号的处理，通过D/A转换器转换为了与输入信号所对应的4mA~20mA DC输出信号，同时在模拟信号上叠加一个BRAIN/HART的数字信号开展通信。膜盒组件中的内置特性修正存储器存储传感器的环境温度和静压，而输入和输出特性修正经CPU运算的数据。通过外部设备或者I/O接口，保证了数字方式传递数据，使所需要传输的数字信号叠加在4mA~20mA的信号线上，同时不对4mA~20mA的信号产生任何的扰动影响。

实际的PH变送器的应用过程中，仪表供电以及阻抗匹配的问题是较常遇到的。除了相应的pH变送器的最大负载电阻以及供电的电压需要满足一定的对应关系外，还对直流电源的波纹具有一定的要求，而对于经过CSA认证的变送器，其标准的电压不允许超过42.4V。由此可了解到，pH变送器对于最低的工作电压幅值以及负载电阻有着严格的要求，由此在实际的使用过程中应尤其注重。

4 pH值变送器的电路输入

由于PH值变送器适用于工业生产领域，同时由于工业生产领域中的条件有限，由此往往只有24V的电源能供应使用，由此在实际的PH值变送器电路使用中，往往考虑24V集中供电。同时由于PH值的传感器电极的输出信号为-407~+407mV。其所对应的PH值范围在0-14区间内。

差动输入电路是通过两个放大器7650所构成的差动放大电路，其所输入的电阻一般可达到3×1012欧姆。然而传感器的电阻输出一般为108欧姆，由此可保证所输入的信号无法受到电阻变化所造成的影响中，同时差动电路的抗共模干扰能力和抗噪声的能力，由此能适应于工业生产产地较为复杂的环境中，由此-407~+407mV电压信号通过放大电路后放大为了0.6V~9.4V的电压信号，同时将电压的信号传递给了后面的电路。

5 pH变送器的抗干扰措施

电子线路中除了目的信号之外的所有电子信号被称之为噪声。由于pH变送器在工业生产的现场应用，由此各方面的噪声将对电路形成干扰，这些干扰包括电磁干扰，针对不同层次的干扰，在实际的电路设计过程中应综合考虑以下因素：

5.1屏蔽线选择双绞线

噪声的磁通过程中，每一根导线都将感应到噪声电路，同一根导线在相邻的两个环的两端所流过的噪声电流，具有相等的大小和相反的方向，由此这两个噪声将相互抵消，由此就整体的效果而言，导线并未切实感应到噪声电流。双绞线外若是加上金属编织网则更能克服双绞线容易受到静电感应的缺陷，同时具有更好的屏蔽效果。

5.2屏蔽线应接地

pH变送器的屏蔽线若是悬浮，将提供了一个耦合的路径，由此无法屏蔽电磁干扰以及射频干扰。为达到较好的屏蔽效果，屏蔽线应接地。屏蔽接地的线减小了对地阻抗，由此减小了对线路电场的干扰。

5.3使用V/F实现电路的转换

V/F的转换过程实际上也是积分的过程，同时在使用V/F转换器的过程实际上也是实现A/D转换的频率计数过程，也就是在计数的时间内实现对频率信号的积分，从而使相应的线路具有较强的抗干扰的能力。只有相应的PH变送器具有了一定的抗干扰能力，才能更好地实现对实际PH值的测量和有效反映。

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