pH測(cè)量應(yīng)用最多的場(chǎng)合，應(yīng)該是化工企業(yè)中公用工程的水質(zhì)檢測(cè)與管理中。而水質(zhì)檢測(cè)，則可能包括原水、循環(huán)水、純水、凝結(jié)水、污水、回收水等。當(dāng)這些水的類型與特點(diǎn)，就有很多的內(nèi)容可以描述、說明等。而對(duì)這些不同的水的pH檢測(cè)，則必須根據(jù)實(shí)際的水質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境、檢測(cè)的要求等，來選擇合適的pH計(jì)。
pH計(jì)構(gòu)成
pH計(jì)一般是由pH變送器(或轉(zhuǎn)換、控制器)、pH電極、現(xiàn)場(chǎng)安裝附件等三大部分組成。
◆pH監(jiān)測(cè)儀
由于pH測(cè)量是電化學(xué)測(cè)量參數(shù)，基于溶液中氫離子電位測(cè)量，所以pH監(jiān)測(cè)儀實(shí)際上是一個(gè)電位檢測(cè)裝置，可以對(duì)一個(gè)化學(xué)原電池進(jìn)行精確的電位檢測(cè)。但由于pH電極是一個(gè)非常高阻抗的原電池裝置，所以產(chǎn)生的電流是很小的，因其電壓一般只有+/-數(shù)百毫伏，而原電池的阻抗卻能達(dá)到數(shù)十兆歐，電流基本就是納安級(jí)的。所以對(duì)這種微小電流信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)和放大，其實(shí)是非常講究的。電位信號(hào)輸入時(shí)，不能有任何電氣干擾，所選擇的放大器，必須是高阻抗型，并且要求穩(wěn)定性和線性非常好，當(dāng)然現(xiàn)在采用數(shù)字電路，可以較好的解決。而相對(duì)于信號(hào)輸出和智能通信，現(xiàn)在已經(jīng)不是問題。所以不同的廠家，由于技術(shù)水平的差異，對(duì)pH監(jiān)測(cè)儀的研發(fā)與制造，都是有其獨(dú)特的技術(shù)內(nèi)容的。這也就是在實(shí)際應(yīng)用中，有的品牌的儀表穩(wěn)定性好、功能強(qiáng)大、可以在許多苛刻環(huán)境下運(yùn)行，而有的品牌的pH監(jiān)測(cè)儀，只能適應(yīng)于某些常規(guī)環(huán)境。另外隨著用戶要求的發(fā)展，一些帶有控制、報(bào)警、通信功能的pH監(jiān)測(cè)儀也應(yīng)運(yùn)而生，可以輸出接點(diǎn)信號(hào)、甚至可以對(duì)一些負(fù)載設(shè)備進(jìn)行直接控制與驅(qū)動(dòng)。甚至有的廠家推出了可以冗余配置電極的二線制變送器，和雙通道測(cè)量的四線制控制器，這也為許多實(shí)際的化工生產(chǎn)需求，帶來了便利。但對(duì)于pH計(jì)而言，由于現(xiàn)場(chǎng)操作與調(diào)整的要求，將儀表作成本安或吹掃型較為合適，隔爆型由于安裝操作不便，較少采用。
◆pH電極
pH電極可以說是pH測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵，是感應(yīng)被測(cè)溶液中氫離子濃度的部件。目前全球制造pH電極的廠家估計(jì)不會(huì)少于100家，但能夠做到針對(duì)用戶應(yīng)用及性能被不同行業(yè)領(lǐng)域用戶認(rèn)可的品牌，那還是屈指可數(shù)的。雖然最初開發(fā)出pH測(cè)量的玻璃電極較為通用，并且制作也較為容易，但隨著檢測(cè)領(lǐng)域拓寬、應(yīng)用環(huán)境紛雜、絕大多數(shù)廠家基本上是只生產(chǎn)通用型的pH電極，而一些特殊應(yīng)用的電極，因其制作技術(shù)掌握在少數(shù)幾個(gè)大的很專業(yè)的制造商手里，并且有些特殊應(yīng)用對(duì)于普通用戶而言可能相遇很少，能夠深入了解pH電極細(xì)節(jié)的人，不論是用戶還是設(shè)計(jì)院，甚至連一些儀器制造商的銷售人員，都未必能夠非常熟悉準(zhǔn)確地掌握其產(chǎn)品特點(diǎn)及特殊應(yīng)用。
pH測(cè)量電極現(xiàn)在一般可以分為分離式電極和復(fù)合式電極兩大類。分離式電極是由玻璃電極、參比電極組成，有時(shí)溫度測(cè)量元件也被分別獨(dú)立制造成一個(gè)產(chǎn)品。而復(fù)合電極則是將這幾個(gè)獨(dú)立電極縮小體積組合成一個(gè)電極集合體。從目前應(yīng)用的普遍性看，復(fù)合電極的應(yīng)用要比獨(dú)立電極應(yīng)用多。但在復(fù)合電極中，由于參比電極和溫度元件相對(duì)不易損壞，一些pH計(jì)廠家為考慮讓用戶節(jié)省運(yùn)行成本，將容易損壞的玻璃電極制作成可以獨(dú)立更換的一個(gè)部件，可以從復(fù)合電極本體上單獨(dú)拆下來更換，方便了用戶的維護(hù)。
pH測(cè)量電極還可以分為玻璃材質(zhì)的電極，這是應(yīng)用最多也是最可靠最成熟的測(cè)量電極；另一種是用金屬銻為敏感材料作的pH測(cè)量電極，這種電極耐壓抗磨，但pH響應(yīng)范圍不如玻璃電極寬；近年來新開發(fā)應(yīng)用的離子敏感場(chǎng)效應(yīng)管pH測(cè)量電極，這種電極也是耐壓性好，并且可以將體積做得很小，也可以作成特殊形狀以適應(yīng)一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用，但應(yīng)用效果還有待長期評(píng)價(jià)，特別是對(duì)不同條件和環(huán)境的樣品的檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，目前的能夠完全支持的數(shù)據(jù)不是很多。另外通過選擇不同的玻璃組成與材質(zhì)特性，還可以做出耐堿性的、耐氟離子的、抭污染的電極，以及一些可以短時(shí)間應(yīng)用于高溫高壓的pH測(cè)量電極。另外對(duì)于純水測(cè)量，還研發(fā)并已經(jīng)應(yīng)用的純水pH電極，是采用低阻抗玻璃，并且玻璃膜更薄，以適應(yīng)于純水測(cè)量(當(dāng)然還需要輔助以其他有助于測(cè)量純水的手段)。
參比電極一般采用銀-氯化銀電極，一是電極穩(wěn)定性好，二是制造容易，無其他有毒物質(zhì)應(yīng)用(汞-甘汞電極是更為可靠穩(wěn)定的參比電極，但由于汞的毒害性和易流失性，限制了其在線應(yīng)用)。而作為原電池隔離的鹽橋，則不同廠家各顯其能，單接液形、雙接液形、氯化鉀補(bǔ)充形、凝膠填充形等，無非就是針對(duì)不同應(yīng)用，選擇一種可以提高參比電位穩(wěn)定性的方式，這些方式有其利，必定有其弊，所以一味宣傳某種形式的電極一定就優(yōu)于其他形式的說法，完全是一種外行并且不負(fù)責(zé)任的促銷宣傳手段，也就是說萬靈藥治不了病。另外也有使用另一只玻璃電極作參比的，優(yōu)點(diǎn)是參比電極不易污染，除此并無特別的優(yōu)點(diǎn)，其實(shí)任何能夠提供穩(wěn)定參比電位的電極均可應(yīng)用，不信您用一只氟離子電極，并充以氟化鈉溶液同時(shí)封閉在一個(gè)電極體內(nèi)，照樣可以當(dāng)參比電極，其漂移特性與氟化鈉溶液的滲透速度有關(guān)聯(lián)。
溫度電極或溫度元件，則是五花八門，我統(tǒng)計(jì)過，能夠用于pH測(cè)量過程自動(dòng)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑_(dá)到約20種，不乏一些非常少見的型號(hào)。溫度元件的選擇，決定了pH測(cè)量系統(tǒng)是否可以接駁其他pH電極的可能性，如果pH監(jiān)測(cè)儀或轉(zhuǎn)換器可以兼容某種或某幾種溫度元件，那么那種pH電極就可以被暫時(shí)或永久地替換目前在用的某廠家的pH電極。pH電極在測(cè)量系統(tǒng)中的兼容性，其實(shí)代表了生產(chǎn)pH監(jiān)測(cè)儀和轉(zhuǎn)換器廠家的理念與對(duì)用戶的理解，一些大品牌外向型廠商，這一點(diǎn)作得很好，可以兼容許多不同廠家的電極。而有些小廠商或一些自以為是的廠商，用一些非常少見的溫度元件，完全是一種保守封閉的態(tài)度，所以那種產(chǎn)品也沒法讓大多數(shù)用戶接受。
另一個(gè)重要的東西，就是電極系統(tǒng)中的液體接地電極。大家都知道，如果水質(zhì)較干凈，或水中含有有機(jī)物而導(dǎo)電性不好時(shí)，再加之管線或容器沒有很好的接地，這時(shí)pH測(cè)量系統(tǒng)可能非常容易受到靜電及外界電場(chǎng)的干擾。通過一個(gè)與測(cè)量系統(tǒng)屏蔽接地相連的金屬電極接觸到被測(cè)液體，使整個(gè)pH測(cè)量系統(tǒng)處于一個(gè)穩(wěn)定的零電位區(qū)域，這樣就使得pH測(cè)量值可靠并且信號(hào)穩(wěn)定。帶有這種設(shè)計(jì)接液電極的廠家約占所有pH廠家的一半左右，這個(gè)方法不是一些廠家吹噓的什么專利，電磁流量計(jì)不也是通過這種方法來屏蔽干擾的么，給電氣測(cè)量提供一個(gè)零電位，這是電氣測(cè)量系統(tǒng)的通用方法，別聽一些外行忽悠，他們基本沒見過其他廠家的pH測(cè)量系統(tǒng)，所以才那么說，別跟他爭，那是見識(shí)太少的表現(xiàn)。
有電極就需要電纜，pH電極的電纜，最好用原廠家的，因?yàn)樗麄冞x擇這種高保真電纜時(shí)，是經(jīng)過對(duì)比和篩選的。千萬不要自行截?cái)嗷蚣娱L原電纜，這可能會(huì)帶來意想不到的問題。當(dāng)然您改造電纜的水平很高除外。
隨著科技發(fā)展，一些廠家開發(fā)出了所謂數(shù)字式pH電極，其特點(diǎn)是將一個(gè)前置放大器裝在了電極內(nèi)。好處是可以將電纜延長很遠(yuǎn)，甚至幾百米。缺點(diǎn)是功耗變大，可能難于通過本安認(rèn)證。另外就是電極售價(jià)高，不能與其他模擬式電極替換使用。其實(shí)您想想，增加一個(gè)電氣部分，其可靠性與準(zhǔn)確性會(huì)下降的，最準(zhǔn)確的信號(hào)是原信號(hào)，即模擬的原電池感生電位的mV信號(hào)，轉(zhuǎn)換的次數(shù)越多，越不準(zhǔn)確，別以為數(shù)字式就好，您要看是什么應(yīng)用和什么產(chǎn)品。另外電纜延長有什么用，哪個(gè)操作工愿意在現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)電極，再跑到百米外看一眼轉(zhuǎn)換器，不是有病就是撐的。模擬式(常規(guī)的)pH電極的電纜長度不要超過30 米，最簡單的是最可靠的。
◆安裝附件(護(hù)套、支架)
這一部分，不同廠家、不同用戶叫法不一，習(xí)慣使然。我統(tǒng)稱之為安裝附件，無非就是起到保護(hù)電極、固定位置，能讓電極有一個(gè)合適的測(cè)量環(huán)境。
因?yàn)槭桥c介質(zhì)接觸的，這就會(huì)講到材質(zhì)，天下做安裝附件的，可比做電極的少多了。能夠做多種應(yīng)用的安裝附件的，那比做常規(guī)安裝附件的又少多了。為什么？材質(zhì)選擇、制作精度、應(yīng)用場(chǎng)合經(jīng)驗(yàn)決定了這個(gè)區(qū)別。
總體歸類一下，分三種：
一種是最常見的浸入式安裝。將pH測(cè)量電極扔到池子、槽子、開口的罐子里測(cè)量，這種安裝方式可能是最簡單的，要求也是不太高的。能夠敞口干活的地方，一般腐蝕性和毒害性也不會(huì)太大，所以要求就不會(huì)非常高。當(dāng)然不排除有的地方是例外。這種情況，選擇合適的材質(zhì)和浸入深度基本就可以了，當(dāng)然還要注意選擇時(shí)要考慮人員安全與電纜匹配的問題。電纜總長度要適合浸入深度下的維護(hù)需要。
另一種常見的就是管道式或流通式安裝。這分兩種情況，一種是直接安裝在工藝管道里。根據(jù)我個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，不建議采用這種方式，因?yàn)閜H計(jì)的維護(hù)與校正是難免的，不論是否在線可插拔式還是直接擰入式，都會(huì)有一個(gè)將工藝管道內(nèi)的介質(zhì)帶出管道的可能，并且受壓力與溫度的局限，這種安裝方式?jīng)Q不像一些銷售這種安裝附件的人所說的是最佳的選擇，一些設(shè)計(jì)人員聽了這種不實(shí)的宣傳，有時(shí)會(huì)非常衷情于這種貴但不實(shí)用的安裝方式。特別是在線帶開關(guān)球閥插拔式安裝附件，不知道有多少人親自安裝并維護(hù)過那種附件，會(huì)像銷售人員說得那樣輕巧么？多問問用過的人，別多問賣過的人和設(shè)計(jì)的人。當(dāng)然有一些特殊場(chǎng)合，這種方式還是有必要的，因?yàn)榭紤]到安全、泄漏、腐蝕等因素。較為容易為用戶現(xiàn)場(chǎng)的人所接受的是從工藝管道引出來一部分介質(zhì)，通過一個(gè)流通池測(cè)量后再導(dǎo)回管道或排放到低壓管線。由于有引出管上的截止閥的管制，操作維護(hù)校驗(yàn)都可隨心所欲地進(jìn)行，并且通過適當(dāng)減壓與調(diào)節(jié)溫度，為pH測(cè)量電極提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的測(cè)量空間。
再一種就是特殊的應(yīng)用-純水測(cè)量。這種測(cè)量要求pH玻璃電極、參比電極、測(cè)量池均要有合理的設(shè)計(jì)與選擇材質(zhì)。pH電極不再多說，參比電極則需要有較大的接液面積和稍遠(yuǎn)的與pH電極的距離，以保證pH測(cè)量的穩(wěn)定性。另外流通池應(yīng)該選擇金屬材質(zhì)的，以隔絕環(huán)境靜電與其他電氣的干擾。再有恒定樣品流速與溫度，排放口保持通大氣。對(duì)于非金屬取樣管線，需要增加至少測(cè)量池上下游2 米的金屬過度管線并將管線作良好接地。
pH測(cè)量中經(jīng)常遇到的問題
看似簡單的pH測(cè)量，由于在實(shí)際化工過程中應(yīng)用較多，所以發(fā)生問題的機(jī)會(huì)也多。歸結(jié)起來可能有以下幾類：
1、Ph計(jì)測(cè)量不準(zhǔn)確，校正后很容易就偏離
這種情況其實(shí)不是問題，大部分情況可能是正常現(xiàn)象。這種情況主要是由于參比電極的緩慢漂移造成的，經(jīng)常校正并更換參比液就好了。因?yàn)閰⒈纫弘m然是較濃的溶液，但在使用過程中會(huì)有流失、損耗，甚至?xí)a(chǎn)生一些污染，這些都是導(dǎo)致參比電位漂移的因素。另外溫度的突然變化也會(huì)造成測(cè)量值漂移。
2、響應(yīng)滯后，響應(yīng)不靈敏
考慮一下是否水樣過于干凈，水中導(dǎo)電離子濃度很低？如果不是，那么玻璃電極可能有點(diǎn)年頭長了，老了就遲鈍了，與人一樣。另外玻璃電極被一些有機(jī)物或容易附著在玻璃上的物質(zhì)污染了，也會(huì)這樣，清洗一下可能就好了。再有就是參比電極的鹽橋或接液孔是不是被堵塞了，清洗一下疏通一下可能就好了。如果是因?yàn)樗畼与妼?dǎo)率低造成的遲鈍和不穩(wěn)定，請(qǐng)更換成純水pH測(cè)量系統(tǒng)。
3、測(cè)量值超出檢測(cè)范圍
您是不是以為pH計(jì)是測(cè)量酸堿性的儀器，就用它測(cè)定強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液了？正常的pH測(cè)量范圍一般是界定在pH2~12之間，因?yàn)闇y(cè)量pH的電化學(xué)意義就是針對(duì)稀的水溶液而言，您要是測(cè)量超出pH2~12的范圍的樣品，再用pH表示酸堿度已經(jīng)不合適了，您得針對(duì)實(shí)際樣品或工藝過程，選擇其他更合適的方式。另外如果樣品中有有機(jī)溶劑，pH范圍則由于有機(jī)溶劑的非水酸堿特性，不止局限于0~14，可能會(huì)擴(kuò)展到-2~16，這不一定代表酸或堿性增加到超大的濃度，而是因?yàn)橛行┯袡C(jī)溶劑的共軛酸堿電離常數(shù)離子積(這是一個(gè)專業(yè)術(shù)語，感興趣的可以參考分析化學(xué)教程中非水滴定中的內(nèi)容)不是10exp(-14)，而可能是10exp(-15)，10exp(-16)，甚至10exp(-18)，如甲醇、醋酸等，都會(huì)有這種情況。這里的pH值，完全是通過pH電極對(duì)的感生電位計(jì)算轉(zhuǎn)換出來的。
另外當(dāng)有時(shí)測(cè)量電極回路中，任何一個(gè)測(cè)量極懸空時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)測(cè)量值超出范圍的情況，這時(shí)需要檢查一下接地、接線端子是否連接可靠，電極一側(cè)電極或接線柱是否有腐蝕等，因?yàn)楦g會(huì)產(chǎn)生額外的感生電位(大部分腐蝕也是電化學(xué)過程么)。
另外由于溫度元件不匹配，造成溫度補(bǔ)償虛假值，致使pH測(cè)量值經(jīng)虛假補(bǔ)償后發(fā)生非常大的變化，這時(shí)只能更換合適的溫度電極了(不連接與pH電極一體的溫度電極，找一個(gè)轉(zhuǎn)換器可以兼容的溫度元件接在測(cè)量系統(tǒng)中，再把這個(gè)溫度元件的導(dǎo)線接到轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)溫度接線端子上)。
4、測(cè)量值基本不變化，并且總在大約pH7左右。什么原因呢 歡迎留言
pH測(cè)量中的自動(dòng)清洗
由于測(cè)量的介質(zhì)多種多樣，干凈的，骯臟的，混濁的等，除了干凈的介質(zhì)不會(huì)影響pH測(cè)量，其他的都會(huì)或多或少影響測(cè)量。那怎么辦，清洗唄。
手動(dòng)清洗，不用說了，您或您的手下，拎上桶，拿上清洗用的工具及藥劑，夏天頂酷暑，冬天冒嚴(yán)寒現(xiàn)場(chǎng)清洗么。這回您就知道跟領(lǐng)導(dǎo)說多花點(diǎn)錢配置自動(dòng)清洗裝置的好處了。
自動(dòng)清洗必須根據(jù)污染情況，選擇合適的清洗方式。
◆噴水噴氣清洗
通過管線送來清水或儀表風(fēng)對(duì)電極測(cè)量部位進(jìn)行沖洗，這一般只能洗去那些最容易被沖走的污物，一般是那些懸浮著的軟乎乎的臟東西。
◆機(jī)械刷清洗
通過氣動(dòng)、水動(dòng)或電動(dòng)的機(jī)械刷對(duì)電極測(cè)量部分進(jìn)行清洗，這各方法適合那些糊在電極上的軟東西，絮狀物和容易通過擾動(dòng)而流走的污油污垢等。
◆超聲波清洗
聽著就給力，但有時(shí)不一定都有效。這種清洗方式，對(duì)那些因沉積而結(jié)的垢有較好的效果，但一些頑固的垢也是非常難的。另外這種清洗由于是高頻振動(dòng)，有時(shí)對(duì)電極會(huì)有一定的損傷。
◆化學(xué)藥劑清洗
這種方式輕易不用，如果要用，一定是其他方法都沒轍的情況下。
