一、核心工作原理：電導法

1. 1.

   基本概念：溶液的電導率（G）是電阻（R）的倒數。即：G = 1/R。

   
   

2. 2.

   傳感器結構：傳感器通常有兩個或四個金屬電極。當在電極上施加一個交流電壓時，溶液中的離子會定向移動，從而形成電流。

   
   

3. 3.

   測量過程：傳感器測量的是在兩個電極之間溶液的電阻。溶液的離子濃度越高，其電阻越小，電導率就越大。

   
   

二、關鍵技術與類型

1. 接觸式電導率傳感器

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  二電極式：

  
  

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  結構：有兩個電極。

  
  

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  優點：結構簡單，成本低。

  
  

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  缺點：易受電極極化和電纜電阻影響，測量范圍較窄，精度相對較低。常用于便攜式儀表和一般水質檢測。

  
  

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  四電極式：

  
  

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  結構：有兩對電極——一對驅動電極（施加電流）和一對檢測電極（測量電壓）。

  
  

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  優點：有效消除了電極極化和電纜電阻的影響，測量范圍更寬，精度和穩定性更高。適用于高電導率溶液或惡劣工況，如污水、強酸強堿等。

  
  

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  缺點：結構和電路更復雜，價格更高。

  
  

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  電磁感應式（無電極式）

  
  

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  結構：沒有直接接觸溶液的電極，而是由兩個磁芯線圈組成，一個為驅動線圈，一個為檢測線圈，溶液在一個環形通道（測量室）中流過。

  
  

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  工作原理：驅動線圈通交流電產生交變磁場，在溶液回路中感應出電流。該電流大小與溶液電導率成正比，檢測線圈會感應到這個電流產生的磁場并輸出信號。

  
  

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  優點：杜絕了電極污染、腐蝕和極化問題，極其耐用。特別適用于高電導率、高腐蝕性或易結垢的溶液，如海水、濃酸、漿料等。

  
  

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  缺點：對低電導率溶液不敏感，測量精度相對接觸式略低，且傳感器體積通常較大。

  
  

三、主要應用領域

1. 1.

   水質監測

   
   

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  飲用水/自來水：監測總溶解固體（TDS）含量，確保水質安全。

  
  

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  污水處理：監控處理過程的各個階段。

  
  

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  環境監測：河流、湖泊、海洋的鹽度變化和污染情況。

  
  

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  水產養殖：維持適宜的水體鹽度。

  
  

2. 2.

   工業過程控制

   
   

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  制藥和生物技術：監控純水（WFI/RO水）的純度，以及發酵、層析等生物過程的離子濃度變化。

  
  

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  食品和飲料：控制濃度、糖度、鹽度，如果汁濃縮、牛奶加工。

  
  

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  化工：監測反應過程中離子濃度的變化，控制產品濃度。

  
  

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  鍋爐水/冷卻水：監測水質以防止結垢和腐蝕。

  
  

3. 3.

   科學研究

   
   

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  化學、生物學、環境科學等實驗室中的常規分析。

  
  

4. 4.

   其他

   
   

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  海水淡化、游泳池水處理、農業水培等。

  
  

四、重要參數與選型要點

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  測量范圍：你需要測量的電導率大概是多少？從超純水（µS/cm級）到濃酸（數百mS/cm級），范圍差異巨大，需要選擇對應量程的傳感器。

  
  

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  精度和穩定性：應用場景對精度要求高嗎？四電極式和電磁感應式通常更穩定。

  
  

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  介質兼容性：傳感器的接液部件材質（如電極材料、殼體材質）必須能耐受被測液體的化學腐蝕（如酸堿、有機溶劑）。常用材質有316不銹鋼、鈦、哈氏合金、石墨、聚四氟乙烯（PTFE）等。

  
  

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  溫度補償：電導率受溫度影響很大（溫度升高，電導率增大）。幾乎所有傳感器都內置溫度探頭（PT1000或NTC等），用于自動將測量值補償到標準溫度（通常是25°C）下的值。

  
  

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  安裝方式：需要浸入式安裝、管道安裝（螺紋/法蘭）、還是流通式安裝？

  
  

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  維護需求：接觸式傳感器需要定期清潔電極以防止結垢，而無電極式維護需求較低。

  
  

五、優點與局限性總結

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  響應快速，可實時監測。

  
  

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  測量原理簡單可靠。

  
  

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  設備成本從低到高，選擇多樣。

  
  

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  非特異性測量：只能測量總離子濃度，無法區分是哪種離子。如果需要分析具體離子成分，需與其他傳感器（如pH、離子選擇性電極）聯用或使用色譜等儀器。

  
  

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  易受污染：接觸式傳感器的電極表面污染會嚴重影響讀數。

  
  

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  溫度依賴性：必須進行溫度補償。

  
  

總結

電導率傳感器是一種基礎而強大的分析工具，是工業和環境監測的“眼睛"。理解其工作原理、不同類型的特點以及應用場景，對于正確選擇和使用它至關重要。從簡單的便攜筆到復雜的工業過程傳感器，它們都在默默地確保著水質安全和生產流程的穩定。

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