Definizione del pH

Il pH è la rappresentazione numerica del grammo equivalente per litro di concentrazione di ioni idrogeno in qualsiasi soluzione. Varia tra 0 e 14. È la misura logaritmica delle moli di ioni idrogeno per litro di soluzione. Le soluzioni con un valore di pH compreso tra 0 e 7 sono soluzioni acide con una grande concentrazione di ioni idrogeno mentre le soluzioni con un valore di pH compreso tra 8 e 14 sono soluzioni basiche con una piccola concentrazione di idrogeno. Le soluzioni con un valore di pH di 7 sono soluzioni neutre. La misurazione del pH fornisce la misura di alcalinità o acidità di una soluzione.

Perché la misurazione del pH è essenziale?

Per monitorare il livello di pH del sangue, che deve essere compreso tra 7,35 e 7,45
Per monitorare il livello di pH del suolo per una crescita ottimale delle colture secondo i requisiti.
Per monitorare il pH della pioggia in modo da poter rilevare gli inquinanti nell'aria, se l'acqua piovana diventa più acida.
Per monitorare il pH di molti altri prodotti di uso quotidiano come latte, shampoo, ecc.

Tre modi per misurare il pH di una soluzione

Utilizzando una striscia indicatrice che, una volta inserita in una soluzione, cambia il suo colore di conseguenza. La striscia viene quindi estratta e il suo colore viene abbinato a un colore sulla cartella colori per decidere il valore di pH corrispondente.
Utilizzando un fluido indicatore di pH in cui la soluzione sconosciuta viene aggiunta al fluido e il colore cambiato del fluido viene abbinato a un colore già disponibile sulla ruota dei colori per decidere il valore del pH.
Utilizzando un sensore di pH in cui una sonda può essere semplicemente inserita all'interno della soluzione e la lettura del pH può essere eseguita.

5 Vantaggi dell'utilizzo del pHmetro rispetto ad altri metodi

Forniscono misurazioni più accurate.
Possono essere facilmente utilizzati.
La lettura del pH è comparativamente più facile.
Forniscono misurazioni più precise in quanto possono misurare fino a 1/100^thdi unità di pH.
Sono riutilizzabili.

Principio del pHmetro o sensore di pH

Il pHmetro funziona fondamentalmente sul fatto che un'interfaccia di due liquidi produce un potenziale elettrico che può essere misurato. In altre parole, quando un liquido all'interno di un involucro di vetro viene posto all'interno di una soluzione diversa da quella liquida, esiste un potenziale elettrochimico tra i due liquidi.

Componenti del sensore di pH

È fondamentalmente un elettrodo composto da 4 componenti:

Un elettrodo di misurazione : È un tubo di vetro ed è costituito da un sottile bulbo di vetro saldato ad esso, riempito con una soluzione di cloruro di potassio di pH noto di 7. Contiene anche un blocco di cloruro d'argento attaccato ad un elemento d'argento. Genera la tensione utilizzata per misurare il pH della soluzione sconosciuta.

Un elettrodo di misurazione

“come funziona un sensore mappa ”

Un elettrodo di riferimento : È un tubo di vetro costituito da una soluzione di cloruro di potassio in intimo contatto con un blocco di cloruro di mercurio all'estremità del cloruro di potassio. Viene utilizzato per fornire una connessione stabile a tensione zero per completare l'intero circuito.

Un elettrodo di riferimento

Preamplificatore : È un dispositivo di condizionamento del segnale e converte il segnale dell'elettrodo pH ad alta impedenza in un segnale a bassa impedenza. Rafforza e stabilizza il segnale, rendendolo meno suscettibile ai disturbi elettrici.

Preamplificatore

Trasmettitore o analizzatore : Viene utilizzato per visualizzare il segnale elettrico del sensore e consiste in un sensore di temperatura per compensare la variazione di temperatura.

Trasmettitore o analizzatore

Funzionamento del sensore di pH:

Funzionamento del sensore di pH

L'elettrodo viene posto all'interno del becher riempito con una soluzione di cui si vuole misurare il pH. Il bulbo di vetro saldato all'estremità dell'elettrodo di misura è costituito da ioni di litio drogati ad esso che lo fa agire come una barriera ionoselettiva e consente agli ioni idrogeno dalla soluzione sconosciuta di migrare attraverso la barriera e interagisce con il vetro, sviluppando un potenziale elettrochimico correlato alla concentrazione di ioni idrogeno. Il potenziale dell'elettrodo di misura quindi cambia con la concentrazione di ioni idrogeno. D'altra parte, il potenziale dell'elettrodo di riferimento non cambia con la concentrazione di ioni idrogeno e fornisce un potenziale stabile rispetto al quale viene confrontato l'elettrodo di misurazione. Consiste in una soluzione neutra che può scambiare ioni con la soluzione sconosciuta attraverso un separatore poroso, formando così una connessione a bassa resistenza per completare l'intero circuito. La differenza di potenziale tra i due elettrodi dà una misura diretta della concentrazione di ioni idrogeno o pH del sistema e viene prima preamplificata per rafforzarla e poi trasmessa al voltmetro.

U = E_pH– E_rif

“come fare un pannello rivestito di rame ”

E_pH- Potenziale di tensione dell'elettrodo di misura

E_rif- Potenziale di tensione di un elettrodo di riferimento

Il pH è calcolato in base all'equazione di Nernst che afferma che la variazione del potenziale totale per ogni variazione del pH è

U = -kTpH

k- costante di Boltzmann, T- temperatura.

“resistenza pull up pull down ”

Precauzioni nella misurazione del pH:

Il potenziale dell'elettrodo di misurazione tende a variare con la temperatura, il che può influire sulla misurazione del pH. Per questo motivo, deve essere fornita una tecnica di compensazione della temperatura. Si ottiene manualmente effettuando una misurazione della temperatura separata e immettendo il valore nel pHmetro o utilizzando una compensazione automatica della temperatura, che consiste in una termometro alimentato al pHmetro.
Poiché il vetro è in realtà un cattivo conduttore di elettricità, l'elettrodo di misurazione fornisce effettivamente un'elevata resistenza rispetto a quella dell'elettrodo di riferimento, provocando una forte caduta di tensione che influisce sulla misurazione in uscita. Una soluzione a questo problema è utilizzando un misuratore amplificato con alta resistenza o utilizzando una configurazione di misurazione della tensione di bilanciamento nullo.
L'acido fluoridrico non deve essere utilizzato in nessuna soluzione poiché dissolve il vetro

Sensori di pH moderni disponibili sul mercato:

PHE-45P : Può misurare il pH nell'intero intervallo con una sensibilità di 0,02 pH e funziona nell'intervallo di temperatura da -5 a + 95 ° C. È costituito da un compensatore di temperatura Pt1000 RTD.

PHE-45P

Sensore di pH WQ201 : Viene misurato da Global Water Instrumentation Inc e sono montati su 25 piedi di cavi di grado marino di lunghezza fino a 500 piedi, con un'uscita di 4-20 mA.

Sensore di pH WQ201

Applicazioni che coinvolgono il sensore di pH

Controllo del pH

La misurazione del pH gioca un ruolo importante in molte applicazioni industriali come il controllo delle sostanze chimiche negli scrubber industriali, la misurazione dell'anidride solforosa nelle raffinerie di zucchero e l'ottimizzazione della coagulazione nella chiarificazione dell'acqua. Fornisce un punto di controllo per neutralizzare acidi e basi.

Il sistema di controllo del pH viene utilizzato per misurare il pH della soluzione e controlla anche l'aggiunta di un agente neutralizzante per mantenere la soluzione a un pH definito neutro. Consiste di un analizzatore di pH e due o più sensori di pH.

Controllo del pH

Ora che abbiamo una conoscenza di base del sensore di pH e della sua applicazione nel controllo del pH, facci sapere di alcune altre applicazioni di questo sensore. Se hai ancora domande su questo argomento o sull'elettronica e progetti elettronici lascia i commenti qui sotto.

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