pH測量應用最多的場合，應該是化工企業(yè)中公用工程的水質(zhì)檢測與管理中。而水質(zhì)檢測，則可能包括原水、循環(huán)水、純水、凝結(jié)水、污水、回收水等。當這些水的類型與特點，就有很多的內(nèi)容可以描述、說明等。而對這些不同的水的pH檢測，則必須根據(jù)實際的水質(zhì)、現(xiàn)場應用環(huán)境、檢測的要求等，來選擇合適的pH計。
pH計構(gòu)成
pH計一般是由pH變送器(或轉(zhuǎn)換、控制器)、pH電極、現(xiàn)場安裝附件等三大部分組成。
◆pH監(jiān)測儀
由于pH測量是電化學測量參數(shù)，基于溶液中氫離子電位測量，所以pH監(jiān)測儀實際上是一個電位檢測裝置，可以對一個化學原電池進行精確的電位檢測。但由于pH電極是一個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到數(shù)十兆歐，電流基本就是納安級的。所以對這種微小電流信號進行準確檢測和放大，其實是非常講究的。電位信號輸入時，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，當然現(xiàn)在采用數(shù)字電路，可以較好的解決。而相對于信號輸出和智能通信，現(xiàn)在已經(jīng)不是問題。所以不同的廠家，由于技術水平的差異，對pH監(jiān)測儀的研發(fā)與制造，都是有其獨特的技術內(nèi)容的。這也就是在實際應用中，有的品牌的儀表穩(wěn)定性好、功能強大、可以在許多苛刻環(huán)境下運行，而有的品牌的pH監(jiān)測儀，只能適應于某些常規(guī)環(huán)境。另外隨著用戶要求的發(fā)展，一些帶有控制、報警、通信功能的pH監(jiān)測儀也應運而生，可以輸出接點信號、甚至可以對一些負載設備進行直接控制與驅(qū)動。甚至有的廠家推出了可以冗余配置電極的二線制變送器，和雙通道測量的四線制控制器，這也為許多實際的化工生產(chǎn)需求，帶來了便利。但對于pH計而言，由于現(xiàn)場操作與調(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測量系統(tǒng)的關鍵，是感應被測溶液中氫離子濃度的部件。目前全球制造pH電極的廠家估計不會少于100家，但能夠做到針對用戶應用及性能被不同行業(yè)領域用戶認可的品牌，那還是屈指可數(shù)的。雖然最初開發(fā)出pH測量的玻璃電極較為通用，并且制作也較為容易，但隨著檢測領域拓寬、應用環(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，而一些特殊應用的電極，因其制作技術掌握在少數(shù)幾個大的很專業(yè)的制造商手里，并且有些特殊應用對于普通用戶而言可能相遇很少，能夠深入了解pH電極細節(jié)的人，不論是用戶還是設計院，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確地掌握其產(chǎn)品特點及特殊應用。
pH測量電極現(xiàn)在一般可以分為分離式電極和復合式電極兩大類。分離式電極是由玻璃電極、參比電極組成，有時溫度測量元件也被分別獨立制造成一個產(chǎn)品。而復合電極則是將這幾個獨立電極縮小體積組合成一個電極集合體。從目前應用的普遍性看，復合電極的應用要比獨立電極應用多。但在復合電極中，由于參比電極和溫度元件相對不易損壞，一些pH計廠家為考慮讓用戶節(jié)省運行成本，將容易損壞的玻璃電極制作成可以獨立更換的一個部件，可以從復合電極本體上單獨拆下來更換，方便了用戶的維護。
pH測量電極還可以分為玻璃材質(zhì)的電極，這是應用最多也是最可靠最成熟的測量電極；另一種是用金屬銻為敏感材料作的pH測量電極，這種電極耐壓抗磨，但pH響應范圍不如玻璃電極寬；近年來新開發(fā)應用的離子敏感場效應管pH測量電極，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一些特殊場合應用，但應用效果還有待長期評價，特別是對不同條件和環(huán)境的樣品的檢測的準確性和可靠性，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，以及一些可以短時間應用于高溫高壓的pH測量電極。另外對于純水測量，還研發(fā)并已經(jīng)應用的純水pH電極，是采用低阻抗玻璃，并且玻璃膜更薄，以適應于純水測量(當然還需要輔助以其他有助于測量純水的手段)。
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、氯化鉀補充形、凝膠填充形等，無非就是針對不同應用，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責任的促銷宣傳手段，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)點是參比電極不易污染，除此并無特別的優(yōu)點，其實任何能夠提供穩(wěn)定參比電位的電極均可應用，不信您用一只氟離子電極，并充以氟化鈉溶液同時封閉在一個電極體內(nèi)，照樣可以當參比電極，其漂移特性與氟化鈉溶液的滲透速度有關聯(lián)。
溫度電極或溫度元件，則是五花八門，我統(tǒng)計過，能夠用于pH測量過程自動進行溫度補償?shù)脑_到約20種，不乏一些非常少見的型號。溫度元件的選擇，決定了pH測量系統(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電極就可以被暫時或永久地替換目前在用的某廠家的pH電極。pH電極在測量系統(tǒng)中的兼容性，其實代表了生產(chǎn)pH監(jiān)測儀和轉(zhuǎn)換器廠家的理念與對用戶的理解，一些大品牌外向型廠商，這一點作得很好，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，或水中含有有機物而導電性不好時，再加之管線或容器沒有很好的接地，這時pH測量系統(tǒng)可能非常容易受到靜電及外界電場的干擾。通過一個與測量系統(tǒng)屏蔽接地相連的金屬電極接觸到被測液體，使整個pH測量系統(tǒng)處于一個穩(wěn)定的零電位區(qū)域，這樣就使得pH測量值可靠并且信號穩(wěn)定。帶有這種設計接液電極的廠家約占所有pH廠家的一半左右，這個方法不是一些廠家吹噓的什么專利，電磁流量計不也是通過這種方法來屏蔽干擾的么，給電氣測量提供一個零電位，這是電氣測量系統(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測量系統(tǒng)，所以才那么說，別跟他爭，那是見識太少的表現(xiàn)。
有電極就需要電纜，pH電極的電纜，最好用原廠家的，因為他們選擇這種高保真電纜時，是經(jīng)過對比和篩選的。千萬不要自行截斷或加長原電纜，這可能會帶來意想不到的問題。當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，其特點是將一個前置放大器裝在了電極內(nèi)。好處是可以將電纜延長很遠，甚至幾百米。缺點是功耗變大，可能難于通過本安認證。另外就是電極售價高，不能與其他模擬式電極替換使用。其實您想想，增加一個電氣部分，其可靠性與準確性會下降的，最準確的信號是原信號，即模擬的原電池感生電位的mV信號，轉(zhuǎn)換的次數(shù)越多，越不準確，別以為數(shù)字式就好，您要看是什么應用和什么產(chǎn)品。另外電纜延長有什么用，哪個操作工愿意在現(xiàn)場維護電極，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(護套、支架)
這一部分，不同廠家、不同用戶叫法不一，習慣使然。我統(tǒng)稱之為安裝附件，無非就是起到保護電極、固定位置，能讓電極有一個合適的測量環(huán)境。
因為是與介質(zhì)接觸的，這就會講到材質(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、應用場合經(jīng)驗決定了這個區(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測量電極扔到池子、槽子、開口的罐子里測量，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太大，所以要求就不會非常高。當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，當然還要注意選擇時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)我個人的經(jīng)驗，不建議采用這種方式，因為pH計的維護與校正是難免的，不論是否在線可插拔式還是直接擰入式，都會有一個將工藝管道內(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，一些設計人員聽了這種不實的宣傳，有時會非常衷情于這種貴但不實用的安裝方式。特別是在線帶開關球閥插拔式安裝附件，不知道有多少人親自安裝并維護過那種附件，會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計的人。當然有一些特殊場合，這種方式還是有必要的，因為考慮到安全、泄漏、腐蝕等因素。較為容易為用戶現(xiàn)場的人所接受的是從工藝管道引出來一部分介質(zhì)，通過一個流通池測量后再導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，操作維護校驗都可隨心所欲地進行，并且通過適當減壓與調(diào)節(jié)溫度，為pH測量電極提供一個穩(wěn)定可靠的測量空間。
再一種就是特殊的應用-純水測量。這種測量要求pH玻璃電極、參比電極、測量池均要有合理的設計與選擇材質(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的與pH電極的距離，以保證pH測量的穩(wěn)定性。另外流通池應該選擇金屬材質(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。對于非金屬取樣管線，需要增加至少測量池上下游2 米的金屬過度管線并將管線作良好接地。
pH測量中經(jīng)常遇到的問題
看似簡單的pH測量，由于在實際化工過程中應用較多，所以發(fā)生問題的機會也多。歸結(jié)起來可能有以下幾類：
1、Ph計測量不準確，校正后很容易就偏離
這種情況其實不是問題，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。因為參比液雖然是較濃的溶液，但在使用過程中會有流失、損耗，甚至會產(chǎn)生一些污染，這些都是導致參比電位漂移的因素。另外溫度的突然變化也會造成測量值漂移。
2、響應滯后，響應不靈敏
考慮一下是否水樣過于干凈，水中導電離子濃度很低？如果不是，那么玻璃電極可能有點年頭長了，老了就遲鈍了，與人一樣。另外玻璃電極被一些有機物或容易附著在玻璃上的物質(zhì)污染了，也會這樣，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。如果是因為水樣電導率低造成的遲鈍和不穩(wěn)定，請更換成純水pH測量系統(tǒng)。
3、測量值超出檢測范圍
您是不是以為pH計是測量酸堿性的儀器，就用它測定強酸強堿溶液了？正常的pH測量范圍一般是界定在pH2~12之間，因為測量pH的電化學意義就是針對稀的水溶液而言，您要是測量超出pH2~12的范圍的樣品，再用pH表示酸堿度已經(jīng)不合適了，您得針對實際樣品或工藝過程，選擇其他更合適的方式。另外如果樣品中有有機溶劑，pH范圍則由于有機溶劑的非水酸堿特性，不止局限于0~14，可能會擴展到-2~16，這不一定代表酸或堿性增加到超大的濃度，而是因為有些有機溶劑的共軛酸堿電離常數(shù)離子積(這是一個專業(yè)術語，感興趣的可以參考分析化學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，都會有這種情況。這里的pH值，完全是通過pH電極對的感生電位計算轉(zhuǎn)換出來的。
另外當有時測量電極回路中，任何一個測量極懸空時，也會出現(xiàn)測量值超出范圍的情況，這時需要檢查一下接地、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，因為腐蝕會產(chǎn)生額外的感生電位(大部分腐蝕也是電化學過程么)。
另外由于溫度元件不匹配，造成溫度補償虛假值，致使pH測量值經(jīng)虛假補償后發(fā)生非常大的變化，這時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，找一個轉(zhuǎn)換器可以兼容的溫度元件接在測量系統(tǒng)中，再把這個溫度元件的導線接到轉(zhuǎn)換器的相應溫度接線端子上)。
4、測量值基本不變化，并且總在大約pH7左右。什么原因呢 歡迎留言
pH測量中的自動清洗
由于測量的介質(zhì)多種多樣，干凈的，骯臟的，混濁的等，除了干凈的介質(zhì)不會影響pH測量，其他的都會或多或少影響測量。那怎么辦，清洗唄。
手動清洗，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，冬天冒嚴寒現(xiàn)場清洗么。這回您就知道跟領導說多花點錢配置自動清洗裝置的好處了。
自動清洗必須根據(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對電極測量部位進行沖洗，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。
◆機械刷清洗
通過氣動、水動或電動的機械刷對電極測量部分進行清洗，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而流走的污油污垢等。
◆超聲波清洗
聽著就給力，但有時不一定都有效。這種清洗方式，對那些因沉積而結(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，有時對電極會有一定的損傷。
◆化學藥劑清洗
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。
