染整加工中保持溶液濃度恒定,是確保工藝重現性的關鍵。前處理的主要藥劑是燒堿,因此,為染整設備研制適合的堿濃度傳感器是必要的。在線測量燒堿溶液電導率是檢測堿濃度常用的方法,檢測方法分為接觸式和非接觸式。前者通過將電極與待測燒堿溶液直接接觸而測量,傳感器電極很容易被堿液腐蝕,從而影響測量精度,縮短傳感器使用壽命,因此不宜長期使用。根據電磁感應定律研制的非接觸式傳感器能很好地解決上述問題,與其它測量方法相比,測量時間短、精度高、重現性好。
1 原理
1.1 濃度與電導率
與金屬導體一樣,電解質溶液是電的良導體,遵守歐姆定律。一般用電導G或電導率S來衡量溶液的導電能力。
G=1/R=S×A/L
式中:R———電阻率;
S———電導率(S/cm);
A———導體截面積(cm2);
L———導體長度(cm)。
電解質溶液中,單位體積內所含離子濃度和離子化合價越高,離子遷移速度越快,則電導率越大[1]。檢測印染前處理過程中所用的燒堿濃度時,只需要考慮其濃度和溫度因素。試驗表明,溶液的電導率S與所含離子濃度C近似成正比關系。
如圖1所示,與電導率對應的燒堿溶液濃度具有二值性。在濃度較低的區域,溶液的電導率隨燒堿濃度的增加而增大;但溶液電導率增加到一定數值后,隨著濃度的升高,反而減小。由于曲線在拐點處較平緩,所以在拐點處的分辨率最差,因此測量時必須避開拐點及其附近范圍。若從拐點處分段測量,則溶液濃度在各段范圍內與電導率有近似比例關系,因此,通過檢測溶液的電導率就可計算出堿液的濃度。
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退漿、煮練等前處理溶液中,NaOH濃度一般為10~80g/L。由圖l和表1可以看出,在此濃度范圍內,電導率與濃度近似呈線性關系。
溶液的電導率、濃度和溫度之間的關系比較復雜,很難精確計算,通常是通過試驗來測定各種不同濃度電解質溶液的電導率,然后繪制成圖表以供查閱[2]。
1.2 工作原理
非接觸式濃度計是根據法拉第電磁感應定律和變壓器原理而設計的。如圖2所示,傳感器的測量部分由兩個變壓器式的繞線磁環組成,兩磁環的孔是連通的。當把傳感器插入堿液中,堿液在磁環內外必然形成回路,類似在磁環中穿過一根閉合導線,這樣,兩個結構上相互獨立的磁環就通過堿液聯系在一起。
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