在线水质仪表工作原理

在当今的水质监测领域，各类在线水质仪表发挥着关键作用，它们能实时、精准地监测水质的各项参数，为水处理工艺的优化、水质安全保障等提供有力支撑。下面将结合具体参数的监测，阐述在线水质仪表的工作原理。

一、pH 的测量

pH 仪表用于测量溶液的酸碱度。其核心部件是玻璃电极和参比电极。玻璃电极的敏感膜是一种特殊的玻璃泡，它能选择性地与溶液中的氢离子发生作用，产生与 pH 值相关的电位差。参比电极则提供一个稳定的电位基准，通常采用 Ag/AgCl 电极。当玻璃电极和参比电极同时浸入待测溶液时，两电极间形成一个原电池，其电动势与溶液的 pH 值呈线性关系。通过高输入阻抗的毫伏计测量此电动势，经放大、转换等电路处理后，即可在显示屏上得到溶液的 pH 值。其测量范围是 0 - 14pH，精度为 ±0.1pH，分辨率达到 0.01pH。

二、溶解氧的测量

溶解氧仪表主要用于监测水中的溶解氧含量。常见的测量方法有膜式电极法。这种电极由一个阴极、一个阳极和一层透气膜组成，透气膜允许溶解氧通过。在电极间施加一定的极化电压，溶解氧透过透气膜在阴极发生还原反应，产生与溶解氧浓度成正比的扩散电流。通过测量此电流大小，再结合温度补偿等算法（因溶解氧浓度受温度影响），最终计算出水中的溶解氧含量，测量范围是 0 - 20mg/L（0 - 200% 饱和度），精度为 ±2%FS，分辨率 0.01mg/L。

三、电导率的测量

电导率仪表用于衡量水溶液传导电流的能力。它主要基于电解原理，将一对金属电极插入溶液中，施加交流电压，溶液中的离子会在电场作用下定向移动，形成电流。根据欧姆定律，溶液的电导率与电极间的电流、电压以及电极间距、面积等因素有关。通过测量电极间的电阻，再取其倒数并进行单位换算，就能得到电导率。其测量范围是 0 - 5000μS/cm（可扩展其他量程），精度 ±1.5%FS，分辨率 1μS/cm。

四、浊度的测量

浊度仪表反映水中悬浮颗粒对光的散射和吸收程度。其多采用光学原理，一般光源发出的光束照射到水样上，水中的悬浮颗粒会使光线产生散射或吸收。在特定角度（如 90°）放置的光电探测器接收散射光，散射光的强度与浊度在一定范围内呈线性关系。通过对散射光强度的测量，经过校准曲线换算，得出水样的浊度值，测量范围 0 - 1000NTU，精度 ±3%FS 或 ±3NTU，分辨率 0.1NTU。

五、水温的测量

水温仪表多利用温度传感器来实现测量。常见的热敏电阻型温度传感器，其电阻值随温度变化有明确的函数关系。当水温改变时，热敏电阻的阻值相应变化，通过测量电路将电阻变化转换为电压或电流信号，再经放大、线性化处理等，最终得到准确的水温数值。测量范围是 0 - 50℃，精度 ±0.5℃，分辨率 0.1℃。

六、氨氮的测量

氨氮仪表的测量方法主要有电极法、光度法等。电极法利用氨离子选择性电极，它对溶液中的氨离子有选择性响应，产生的电位差与氨氮浓度相关，通过测量电位差来确定氨氮含量。光度法则基于氨氮在特定条件下与显色剂反应生成有色物质，其颜色深浅与氨氮浓度成正比，通过测量吸光度来计算氨氮浓度，测量范围 0 - 100mg/L，精度 ±10% 或 ±2mg/L，分辨率 0.1mg/L。

七、COD 的测量

COD（化学需氧量）仪表用于衡量水中有机物含量。常用的是化学氧化法结合光度测量。先将水样在特定条件下氧化，使水中的有机物被强氧化剂（如重铬酸钾）氧化分解，氧化过程中消耗的氧化剂的量与 COD 值相关。通过比色原理，测量溶液在特定波长下的吸光度，根据预先建立的校准曲线来确定 COD 含量，测量范围 0 - 100mg/L，精度 ±5%FS，分辨率 0.1mg/L。

这些在线水质仪表多采用浸入式安装方式，具备 IP68 的防护等级，能在 0 - 65℃的工作温度范围内稳定运行，工作压力小于 0.2MPa，且工作电压在 12 - 24V 之间，输出接口多为 RS485 Modbus，便于与外界控制系统进行数据传输和通信，有的仪表还具备两点校准功能，以确保测量的准确性。它们在水处理厂、工业废水排放监测、河流湖泊水质监测等诸多领域广泛应用，为保障水质安全、实现水资源的合理利用发挥着至关重要的作用。