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余氯傳感器的工作原理是什么?

更新時(shí)間:2025-07-18點(diǎn)擊次數(shù):28

余氯傳感器的工作原理基于余氯(游離性余氯如次氯酸、次氯酸根,或化合性余氯如氯胺)的化學(xué)特性,通過特定的化學(xué)反應(yīng)或物理作用將余氯濃度轉(zhuǎn)化為可測量的電信號(hào)(如電流、電壓),最終實(shí)現(xiàn)對(duì)余氯含量的定量檢測。不同類型的余氯傳感器原理存在差異,目前主流的技術(shù)路線主要有以下幾類:

一、膜電極法(電流型傳感器,最長用)

膜電極法是工業(yè)和市政領(lǐng)域應(yīng)用罪廣泛的余氯檢測技術(shù),核心組件包括工作電極、參比電極、對(duì)電極以及選擇性滲透膜,其原理如下:

 

選擇性滲透:水樣中的游離性余氯(如次氯酸 HOCl)可透過傳感器表面的透氣膜(通常為聚四氟乙烯膜),進(jìn)入電極反應(yīng)腔;而水中的其他離子(如氯離子、金屬離子)被膜阻擋,避免干擾。

電化學(xué)氧化還原反應(yīng):在工作電極(通常為金電極或鉑電極)表面,余氯發(fā)生還原反應(yīng):

次氯酸(HOCl)還原:HOCl + H? + 2e? → Cl? + H?O
反應(yīng)中,余氯得到電子被還原,產(chǎn)生微弱電流。

電流信號(hào)與濃度關(guān)聯(lián):產(chǎn)生的電流強(qiáng)度與水中余氯的濃度成正比(遵循法拉第電解定律),傳感器通過測量電流值,經(jīng)校準(zhǔn)后轉(zhuǎn)換為余氯濃度(單位:mg/L)。

參比電極與對(duì)電極作用:參比電極(如 Ag/AgCl 電極)提供穩(wěn)定的基準(zhǔn)電位,確保測量準(zhǔn)確性;對(duì)電極(如鉑電極)則完成電流回路,平衡電子轉(zhuǎn)移。

 

優(yōu)勢:響應(yīng)速度快(通常<30 秒)、可實(shí)時(shí)監(jiān)測、抗干擾能力較強(qiáng),適合在線連續(xù)檢測。

二、比色法(光學(xué)傳感器)

比色法基于余氯與特定顯色劑的化學(xué)反應(yīng),通過檢測顏色變化強(qiáng)度確定濃度,原理類似實(shí)驗(yàn)室的 “比色管檢測",但實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化:

 

顯色反應(yīng):傳感器內(nèi)置顯色劑(如 DPD 試劑,N,N - 二乙基對(duì)苯二胺),與水樣中的余氯反應(yīng)生成有色化合物 ——

游離性余氯與 DPD 反應(yīng)生成粉紅色化合物;

化合性余氯需加入催化劑(如碘化鉀)后反應(yīng)顯色。

光學(xué)檢測:通過光源(如 LED)照射顯色后的水樣,測量溶液的吸光度(顏色越深,吸光度越高),根據(jù)朗伯 - 比爾定律,吸光度與余氯濃度成正比。

信號(hào)轉(zhuǎn)換:傳感器將吸光度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),經(jīng)校準(zhǔn)后輸出余氯濃度。

 

優(yōu)勢:檢測精度高,適合低濃度余氯(如飲用水中 0.05mg/L 以下);但需定期更換顯色劑,維護(hù)成本較高,響應(yīng)速度較慢(通常 1-5 分鐘)。

三、恒電壓電解法(較少見,衍生自膜電極法)

與膜電極法類似,但通過在工作電極上施加恒定電壓,使余氯在電極表面發(fā)生氧化反應(yīng)(而非還原反應(yīng)),產(chǎn)生的氧化電流與余氯濃度成正比。該方法對(duì)電極材料和電壓控制要求較高,目前應(yīng)用不如膜電極法普遍。

四、其他輔助設(shè)計(jì)

為確保測量穩(wěn)定性,傳感器通常還包含:

 

溫度補(bǔ)償:余氯的溶解度和反應(yīng)活性受溫度影響,傳感器內(nèi)置溫度探頭,通過算法修正溫度對(duì)測量結(jié)果的干擾。

自動(dòng)清洗裝置:部分在線傳感器配備刮刀或超聲波清洗功能,防止膜表面結(jié)垢(如鈣鎂沉淀、生物黏泥)影響滲透效率。

總結(jié)

不同原理的余氯傳感器核心邏輯一致:利用余氯的化學(xué)特性(氧化性、與顯色劑反應(yīng)性),將其濃度轉(zhuǎn)化為可測量的電信號(hào)或光學(xué)信號(hào)。膜電極法因?qū)崟r(shí)性和實(shí)用性成為主流,比色法則在高精度場景中補(bǔ)充應(yīng)用,兩者共同滿足了各行業(yè)對(duì)余氯監(jiān)測的多樣化需求。


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