Как устроен и работает ph-метр

Среди приборов для анализа воды (а также почвы, продуктов питания), для измерения одного из важнейших показателей, а именно водородного значения или кислотности, используется ph метр. Сегодня мы будем говорить именно о переносных измерителей кислотности, поскольку стационарное оборудование, применяемое для этой цели, на порядок более сложное, требует высокой квалификации персонала и может применяться только в лабораторных условиях, хотя обеспечивает самый точный результат.

Как устроен и работает PH- метр

Форма корпуса обычно прямоугольная, квадратная или круглая и удлиненная. Внутри находится электронная схема, преобразующая аналоговый сигнал рн-электрода и выводящая значение на дисплей.
Мы упомянули, что при анализе воды используются разные приборы – кроме пш метров, это TDS-метры, кондуктометры, фотометры, тест-полоски и т.д. Логично, что чувствительный элемент или датчик каждого из них должен реагировать только на один показатель.
Да, в продаже представлены и многофункциональные анализаторы, но в любом случае, каждый из них имеет отдельный электрод, относящийся к одному из встроенных приборов.

Так вот, в РН-метре:

1. В одной части корпуса располагается электрод сравнения, состоящий из густого электролита.
2. В другой – стеклянный, так называемый индикаторный электрод.

Последний сделан в виде длинной стеклянной трубки, в одном конце которой можно заметить тонкостенный шарик. При производстве выбирается специальный материал стекла, чтобы свободно проходили ионы водорода, и не пропускались другие (например нитраты). Такой своеобразный фильтр. С другой стороны в трубку помещают тонкую серебряную проволочку, на поверхности которой нанесено напыление хлорида серебра (AgCl).

Внутрь трубки заливается раствор соляной кислоты, в результате чего:

• кислота целиком заполняет шарик;
• проволока полностью окружена раствором HCL.

Теперь по поводу электрода сравнения. Его мембрана обычно сделана из пористой керамики, волокон асбеста. Этот электрод предназначен для поддержания постоянной разности потенциалов за счет энергии источника питания между собственным выходом, который подсоединяется на вход пш метра и участок раствора, куда погружается его рабочая часть.
Несмотря на то, что мембрана селективна и как мы отметили, пропускает только ионы водорода, все-таки есть химическое взаимодействие электролита в приборе с исследуемой средой (например водой из аквариума, бассейна), а значит в любом случае срок службы измерителей ph ограничен и в значительной мере определяется интенсивностью эксплуатации (количество тестов за единицу времени). Есть и другие причины: старение электрода, неправильное хранение, но это отдельная тема.

Принцип действия пш метра

Поскольку мы имеем 2 электрода, то получаем разность потенциалов между ними – проходит ток, который можно измерить. Но значение его очень мало, а это значит, что при производстве необходимо использовать полупроводниковые компоненты с минимальным уровнем тепловых шумов (это фактор в значительной мере определяет ощутимую разницу в цене между дешевыми и более качественными, но дорогими ph метрами), поскольку значение тока определяется не вольтами, а находится в диапазоне от +-10 мВ до +-500мВ, что отвечает всей шкале измерения (0-14), т.е. от щелочной среды до кислот.

Микросхема преобразует аналоговую величину в цифру и на основании записанных в память калибровок (таблицы соответствия между силой тока и уровнями кислотности), отображает уровень PH на дисплее.