PH definieren

Der pH-Wert ist die numerische Darstellung des Grammäquivalents pro Liter Wasserstoffionenkonzentration in jeder Lösung. Sie variiert zwischen 0 und 14. Es ist die logarithmische Messung von Mol Wasserstoffionen pro Liter Lösung. Die Lösungen mit einem pH-Wert zwischen 0 und 7 sind saure Lösungen mit einer hohen Konzentration an Wasserstoffionen, während Lösungen mit pH-Werten zwischen 8 und 14 basische Lösungen mit einer geringen Wasserstoffkonzentration sind. Die Lösungen mit einem pH-Wert von 7 sind neutrale Lösungen. Das Messen des pH-Werts gibt das Maß der Alkalität oder des Säuregehalts einer Lösung an.

Warum ist eine pH-Messung so wichtig?

Zur Überwachung des pH-Werts des Blutes, der zwischen 7,35 und 7,45 liegen muss
Überwachung des pH-Werts des Bodens für ein optimales Wachstum der Pflanzen gemäß den Anforderungen.
Überwachung des pH-Werts des Regens, damit wir die Schadstoffe in der Luft erkennen können, wenn das Regenwasser saurer wird.
Zur Überwachung des pH-Werts vieler anderer täglich verwendeter Produkte wie Milch, Shampoo usw.

Drei Möglichkeiten, den pH-Wert einer Lösung zu messen

Verwenden Sie einen Indikatorstreifen, der beim Einlegen in eine Lösung seine Farbe entsprechend ändert. Der Streifen wird dann herausgenommen und seine Farbe wird mit einer Farbe auf der Farbkarte abgeglichen, um den entsprechenden pH-Wert zu bestimmen.
Verwendung einer pH-Indikatorflüssigkeit, bei der die unbekannte Lösung zu der Flüssigkeit gegeben wird und die geänderte Farbe der Flüssigkeit mit einer bereits verfügbaren Farbe im Farbkreis abgeglichen wird, um den pH-Wert zu bestimmen.
Verwendung eines pH-Sensors, bei dem eine Sonde einfach in die Lösung eingeführt und der pH-Wert abgelesen werden kann.

5 Vorteile der Verwendung eines pH-Messgeräts gegenüber anderen Methoden

Sie geben genauere Messungen.
Sie können leicht verwendet werden.
Der pH-Wert ist vergleichsweise einfacher.
Sie liefern genauere Messungen, da sie bis zu 1/100 messen können^thder pH-Einheit.
Sie sind wiederverwendbar.

Prinzip des pH-Meters oder pH-Sensors

Das pH-Meter arbeitet grundsätzlich mit der Tatsache, dass eine Grenzfläche zweier Flüssigkeiten ein elektrisches Potential erzeugt, das gemessen werden kann. Mit anderen Worten, wenn eine Flüssigkeit in einem Gehäuse aus Glas in eine andere Lösung als diese Flüssigkeit gegeben wird, besteht ein elektrochemisches Potential zwischen den beiden Flüssigkeiten.

Komponenten des pH-Sensors

Es ist im Grunde eine Elektrode bestehend aus 4 Komponenten:

Eine Messelektrode : Es ist ein Rohr aus Glas und besteht aus einem daran angeschweißten dünnen Glaskolben, der mit Kaliumchloridlösung mit einem bekannten pH-Wert von 7 gefüllt ist. Es enthält auch einen Silberchloridblock, der an einem Silberelement befestigt ist. Es erzeugt die Spannung, die zur Messung des pH-Werts der unbekannten Lösung verwendet wird.

Eine Messelektrode

“Johnson Counter mit jk Flip Flop ”

Eine Referenzelektrode : Es ist eine Glasröhre, die aus einer Kaliumchloridlösung besteht, die in engem Kontakt mit einem Quecksilberchloridblock am Ende des Kaliumchlorids steht. Es wird verwendet, um eine stabile Nullspannungsverbindung bereitzustellen, um die gesamte Schaltung zu vervollständigen.

Eine Referenzelektrode

Vorverstärker : Es ist ein Signalkonditionierungsgerät und wandelt das hochohmige pH-Elektrodensignal in ein niederohmiges Signal um. Es verstärkt und stabilisiert das Signal und macht es weniger anfällig für elektrisches Rauschen.

Vorverstärker

Sender oder Analysator : Es dient zur Anzeige des elektrischen Signals des Sensors und besteht aus einem Temperatursensor zum Ausgleich der Temperaturänderung.

Sender oder Analysator

Funktionsweise des pH-Sensors:

Funktionsweise des pH-Sensors

Die Elektrode wird in das Becherglas gegeben, das mit einer Lösung gefüllt ist, deren pH gemessen werden soll. Der am Ende der Messelektrode angeschweißte Glaskolben besteht aus darauf dotierten Lithiumionen, wodurch er als ionenselektive Barriere fungiert und die Wasserstoffionen aus der unbekannten Lösung durch die Barriere wandern und mit dem Glas interagieren können elektrochemisches Potential bezogen auf die Wasserstoffionenkonzentration. Das Messelektrodenpotential ändert sich somit mit der Wasserstoffionenkonzentration. Andererseits ändert sich das Referenzelektrodenpotential nicht mit der Wasserstoffionenkonzentration und liefert ein stabiles Potential, mit dem die Messelektrode verglichen wird. Es besteht aus einer neutralen Lösung, die über einen porösen Separator Ionen mit der unbekannten Lösung austauschen kann und so eine niederohmige Verbindung bildet, um den gesamten Kreislauf zu vervollständigen. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektroden gibt eine direkte Messung der Wasserstoffionenkonzentration oder des pH-Werts des Systems und wird zuerst vorverstärkt, um es zu verstärken, und dann dem Voltmeter zugeführt.

U = E._pH- IS_ref

“wie man eine platine zu hause macht ”

IS_pH- Spannungspotential der Messelektrode

IS_ref- Spannungspotential einer Referenzelektrode

Der pH-Wert wird basierend auf der Nernst-Gleichung berechnet, die besagt, dass sich das Gesamtpotential bei jeder Änderung des pH-Werts ändert

U = -kTpH

k-Boltzmanns konstante T-Temperatur.

“Pull-Up Pull-Down-Widerstand ”

Vorsichtsmaßnahmen bei der Messung des pH-Werts:

Das Elektrodenpotential der Messelektrode variiert tendenziell mit der Temperatur, was die pH-Messung beeinflussen kann. Aus diesem Grund ist eine Temperaturkompensationstechnik vorzusehen. Dies wird entweder durch manuelle Durchführung einer separaten Temperaturmessung und Eingabe des Wertes in das pH-Messgerät oder durch Verwendung einer automatischen Temperaturkompensation erreicht, die aus a besteht Temperatursensor dem pH-Meter zugeführt.
Da Glas tatsächlich ein schlechter elektrischer Leiter ist, liefert die Messelektrode im Vergleich zu der Referenzelektrode tatsächlich einen hohen Widerstand, was einen großen Spannungsabfall verursacht, der die Ausgangsmessung beeinflusst. Eine Lösung für dieses Problem besteht in der Verwendung eines verstärkten Messgeräts mit hohem Widerstand oder in der Verwendung eines Null-Ausgleichsspannungs-Messaufbaus.
Flusssäure sollte in keiner Lösung verwendet werden, da sie Glas löst

Moderne pH-Sensoren auf dem Markt erhältlich:

PHE-45P : Es kann den pH-Wert im gesamten Bereich mit einer Empfindlichkeit von 0,02 pH messen und arbeitet im Temperaturbereich von -5 bis + 95 ° C. Es besteht aus einem Temperaturkompensator Pt1000 RTD.

PHE-45P

WQ201 pH-Sensor : Es wird von Global Water Instrumentation Inc gemessen und an 25 Fuß langen Seekabeln mit einer Länge von bis zu 500 Fuß und einer Leistung von 4 bis 20 mA montiert.

WQ201 pH-Sensor

Anwendungen mit pH-Sensor

pH-Kontrolle

Die pH-Messung spielt eine wichtige Rolle in vielen industriellen Anwendungen wie der Kontrolle von Chemikalien in industriellen Gaswäschern, der Messung von Schwefeldioxid in Zuckerraffinerien und der Optimierung der Koagulation bei der Wasserklärung. Es bietet einen Kontrollpunkt für die Neutralisierung von Säuren und Basen.

Das pH-Kontrollsystem wird verwendet, um den pH-Wert der Lösung zu messen, und steuert auch die Zugabe eines Neutralisationsmittels, um die Lösung auf einem neutral definierten pH-Wert zu halten. Es besteht aus einem pH-Analysator und zwei oder mehr pH-Sensoren.

pH-Kontrolle

Nachdem wir nun Grundkenntnisse über den pH-Sensor und seine Anwendung bei der pH-Kontrolle hatten, informieren Sie uns über einige andere Anwendungen dieses Sensors. Wenn Sie darüber hinaus zu diesem Thema oder zu den elektrischen und elektronische Projekte Hinterlasse die Kommentare unten.

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