1.pH值检测仪表pH值是最常用的水质指标之一，它表示水的酸碱性的强弱，而酸度或碱度是水中所含酸或碱物质的含量。

（1）pH测量原理如下。

pH是氢离子活度的负对数：pH=-lgα

式中 α——氢离子活度。

“p”只表明在离子和变量之间有一种指数相关的数学关系，带一价正电荷的氢离子存在于全部水溶液中。在稀溶液中，氢离子活度近似等于其浓度。

pH的测量常用电极电位法，其原理是用两个电极插在被测量溶液中。其中一个电极为指示电极（如玻璃pH电极），它的输出电位随被测溶液中的氢离子活度变化而变化；另一个电极为参比电极（如氯化银电极），其电位是固定不变的。上述两个电极在溶液中构成了一个原电池，该电池所产生的电动势E的大小与溶液的pH值有关，可以用下式表示：

E=E^∗-D·pH

式中 E——测量电池产生的电动势；

E^∗——测量电池的电动势常数（与温度有关）；

pH——溶液的pH值；

D——测量电极的响应极差（与温度有关）。

因此，若已知E∗和D，则只要准确地测量两个电极间的电动势，就可以测得溶液的pH值了。

（2）工业上在线测量pH值大都使用复合pH电极，因为复合pH电极便于安装、标定与使用。复合pH电极的杆身由内外两个玻璃管构成，其中心为pH指示电极，外部为参比电极及参比电解液（也称外参比系统），这种结构不但便于安装和使用，而且外参比液也能起屏蔽作用，以防电气干扰作用于指示电极。

当电极插入被测溶液时，就形成了测量电池系统，复合pH电极的响应为：

E=E_s+2.303RTS（pH_s-pH）/F

式中 E_s——不对称电位中不随温度变化的部分，称为等电位点电位；

R——气体常数；

T——绝对温度；

S——电极斜率，等于电极实际极差与理论极差之比；

pH_s——复合pH电极等电位点pH值，与电极玻璃膜不平衡电位的温度系数、隔膜液接界电位的温度系数及内、外参比液中氯的离子活度不一致有关；

F——法拉第常数。

（3）pH值检测仪表的基本要求如下：

计量特性：高输入阻抗、低输入电流、高稳定性、低漂移、低显示误差。

调节特性：要求有零点调节、斜率调节、温度补偿调节和等电位点调节。

使用特性：要求有pH显示、信号隔离、电流或电压信号输出。

2.电导率检测仪表 电解质在水溶液中以带电离子的形式存在，因此溶液具有导电的性质，其导电能力的强弱称为电导度，简称电导。所谓水的电导率是指电流通过横截面积各为1cm²，相距1cm的两电极之间水样的电导。水溶液的电导率取决于离子的性质和浓度、溶液的温度和黏度等。测定水和溶液的电导，可以了解水被杂质污染的程度和溶液中所含盐分或其他离子的量，电导率是水质监测的常规项目之一。

（1）测定方法及原理。溶液中电解质的电导为电阻的倒数，即

S=1/R

式中 S——电导（Ω^-1）；

R——电阻（Ω）。

一般，溶液的电导是用测量电阻的方法来测量的，根据欧姆定律，在温度一定时，电阻与导体的长度（电极间的距离）成正比，与导体的截面积成反比，即

R=ρL/A

式中 L——电极间的距离（cm）；

A——电极的截面积（cm²）；

ρ——电阻率（Ω·cm），表示两电极间距离为1cm、电极截面积为1cm²的体积内溶液的电阻值。

电阻率的倒数称为电导率：

k=1/ρ

式中，电导率与溶液的性质有关。

由上述各式可得：

k=1/ρ=SL/A=SQ

式中 Q——电导率数（电极常数），Q=L/A（cm^-1）。

对于特定的电导仪，有确定的电极常数，根据此电极常数和在此条件下测得的溶液的电导，便可算出溶液的电导率。只要测得溶液的电阻，便可知溶液的电导，所以，测量电导的仪器实际就是测量电阻的仪器。电导率单位以S/m（西门子/米）表示，常用的是μs/cm。

（2）电导仪。电导仪由电导池系统和测量仪器组成。根据测量电导的原理不同，电导仪可分为平衡电桥式电导仪、电阻分压式电导仪、电流测量式电导仪、电磁诱导式电导仪等，这里仅介绍电阻分压式电导仪，其原理如下：

被测溶液电阻（R_x）与分压电阻（R_m）串联，接通外加电源后，构成闭合回路，则R_m上的分压（E_m）为：

因为输入电压（E）和分压电阻（R_m）均为定值，则被测溶液的电阻（R_x）或电导（S_x）的变化必将引起输出分压（E_m）的相应变化，所以通过测量E_m便可知R_x或S_x，电导仪可直接读出测量结果。

3.溶解氧检测仪表 溶解在水中的分子态氧称为溶解氧，它是水生生物主要的生存条件之一，水中溶解氧的含量与大气压力、水温及含盐量等因素有关。

测定水中溶解氧的方法有碘量法、修正碘量法和氧电极法，污水常用氧电极法测量。这里介绍氧电极法。

极谱型氧电极由黄金阴极、银-氯化银阳极、聚四氟乙烯薄膜、壳体等部分组成。电极腔内充入氯化钾溶液，聚四氟乙烯薄膜将内电解液和被测水样隔开，溶解氧通过薄膜渗透扩散。当两极间加上0.5～0.8V固定极化电压时，则水样中的溶解氧扩散通过薄膜，并在阴极上还原，产生与氧浓度成正比的扩散电流。电极反应如下：

阴极：O₂+2H₂O+4e-=4OH^-

阳极：4Ag+4Cl^-=4AgCl↓+4e^-

产生的还原电流还可表示为：

i_还=K·n·F·A·p_m/L·c₀

式中 K——比例常数；

n——电极反应得失电子数；

F——法拉第常数；

A——阴极面积（mm²）；

p_m——薄膜的渗透系数；

L——薄膜的厚度（mm）；

c₀——溶解氧的分压或浓度。

各种溶解氧测定仪均是依据这一原理工作的。

电极法测定溶解氧不受水样色度、浊度及化学滴定法中干扰物质的影响，快速简便，适用于现场测定，易于实现自动连续测量。薄膜堵塞或损坏时，应及时更换。

4.总镍在线监测仪

（1）工作原理。总镍在线监测仪采用光度法对待被测物质的浓度进行测定。首先应用一组己知浓度的待测物溶液对仪器进行标定，根据比尔定律，溶液中有色物对光的吸收与该物质的浓度有一定的关系，仪器根据己知浓度和对应的吸光度值建立一个计算待测物浓度的方程式。

当标定采用两个标准液时，计算采用如下方程式：

C=a+bΔA

式中 C——溶液的浓度值；

ΔA——被测物吸收光度值与基线吸光度值之差；

a——方程截矩；

b——方程斜率。

当标定采用三个以上标准液时，计算采用如下方程式：

C=a+bΔA+cΔA²

式中，a、b、c为多项式常数。

采用多点标定可以对测定中化学因素造成的偏差进行修正。

光度的检测由光度检测电路完成。光度检测电路由单色冷光源、光导纤维传光束、光电池、前置放大器等组成，被测溶液的光吸收率由光电池转换成电信号经前置放大器后，由A/D转换器转换成数字信号，经计算机运算，转换成被测物质的浓度值，显示在屏幕上。

（2）结构。总镍在线监测仪由化学流路系统、电路系统及试剂箱体三部分组成：化学流路系统安装在机箱中部，包括恒温加热器、泵、电磁阀、化学管路、反应器、光度检测器及试剂桶；电路系统安装在机箱上部，包括电源、液晶显示器、键盘、计算机及控制线路板；试剂箱体安装在机箱下部，从左到右分别为清洗水桶、废液桶和冷却水桶。考虑到试样可能距离仪器较远，自带了一台远距离取样泵，安装在下部箱体背板外侧。

仪器间歇工作，试样流经采样杯，由吸入泵吸入仪器并精确定量，然后起动计量泵注入试剂，试剂与试样混合后进入反应器，加热发生化学反应，产生颜色，再经光度检测器检测出吸光度，然后由所采集吸光度计算出浓度值。完成一次测量需要30min。

当遇到测量结果和化验结果对不上时，首先检查一下仪器各部件是否工作正常，然后取一个标准样将参数设定项目中的“测量通道”项目设为“00”，再进入主菜单中的试样测定项，仪器将对此标样进行测定，观察测量结果和标称值误差大小，即可判断出是化验结果的原因还是自动测量的原因。

5.六价铬检测仪表 铬酸盐自动分析仪

（1）原理。测量时，将体积精确计量后的被测水样及二苯碳酰二肼试剂混合后泵入反应器，加热并保证反应时间，在酸性条件下，经过化学反应，产生颜色，经光度计传感器检测出吸光度，经转换后，以模拟信号输入计算机，模拟信号强度与六价铬浓度的对数成正比，经过信号处理，转换为浓度，在LCD上标定出六价铬（铬酸盐）浓度。

（2）结构。由化学流路系统、电子系统及各种试剂箱体三大部分组成。

1）化学流路系统：由取样水管接头、取样水放水管接头、废水排放接头、试样进口/溢流池、精确供给泵、静止混合器、反应器及其他必需的管子、接头。

2）电子系统：微处理器的控制器Anacon 2000、光度计传感器、液位关开电子组件、人机交互界面、三个输出继电器、电磁阀、加热器及用于电缆连接所必需的接线盒。

试剂箱体：二苯碳酰二肼箱；三个标准试剂箱，即校准1液存储灌B₁，铬酸盐含量0.1mg/L、校准2液存储灌B₂，铬酸盐含量1.0mg/L、校准3液存储灌B₃，铬酸盐含量100mg/L；酸罐B₄。

（3）分析仪几个重要的功能如下。

1）测量。分析仪通常的模式是对总铬酸盐含量进行不连续的测量。记录仪输出0～20mA或4～20mA的信号，显示分析仪传感器2的测量信号及信号转换后的数字。

一般情况下不要清空内存，清除内存是最后的办法，是在分析仪已无法通过调节回到正常状态时，不得已采用的。

2）清洗。清洗主要针对反应器和试管。校准及测量完成后都要进行自动清洗。试管始终充满液体以防沉积或着色。

当校准液缺乏时，自动校准将无法进行。当反应剂、试样缺乏时，清洗程序自动开始。当清洗结束时，分析仪停止并进入“disturbance”待机模式，等待操作员解决问题。特定的失效会触发清洁程序。它亦可从Anacon 2000手动启动。

当失电后再次送电，分析仪先清洗然后继续测量模式。

3）液位监视。液位开关为PVC浮子开关，它们监视各个药剂箱的最低液位。液位是持续监视的，如其中有一液位低于下限，警报信息会在Anacon 2000的显示屏上出现。

4）校准。校准包含两步：低浓度校准1及高浓度校准2。校准方式基本和普通测量的方式一样，只是使用校准液1、2而不是测试的水样。校准结果用于后续的测量计算。校准前校准液的浓度需输入Anacon 2000。如校准液未变，设置无需更改；如校准液变化，必须重新输入浓度值。

校准时，首先关闭电磁阀V1，打开电磁阀V2（校准1）或V3（校准2），泵入校准液。电磁阀V2打开，泵1起动，整个系统充满校准液1。随后校准液留在试管内以防沉积或着色。最终所有阀门关闭，输出信号设为0.4mA。

如校准程序中途被打断必须重头开始。校准结果存在分析仪里用于后续浓度的测量。校准完后分析仪自动转入测量程序。

为防缺乏校准液，一般分析仪在测量状态不会自动校准，但分析仪自带了自动校准功能将定期中断测量对仪器自动校准。

通常可在每日或每周的某一天进行校准，这由操作员设置。校准也可通过Anacon2000手动进行。我们建议每次用完试剂后进行彻底的校准。

失电时间已长达下一次校准，来电时分析仪将自动进行校准。校准可手动完成。

5）显示。

第一行表示当前程序测量、校准、清洗、搅拌以及待机等状态。

第二行显示最终的CR6+测量结果，单位为mg/L。启动时显示0表示先前没有测量。测量时显示仍为0直到有新的结果。

第三行标准显示时无内容。运行时显示第几阶段及剩余时间，单位为s。

第四行显示错误信息。

6）报警。产生报警的原因很多，如反应剂或校准液不足、光度计灯损坏等。所有这些会触发两个继电器：第一个产生声音报警，第二个可接其他外围设备。另外，故障信息会出现在LCD上提示故障性质。可通过消音键复位声音报警，但报警继电器仍在激活状态。除非故障消除并按下确认键，否则错误信息会一直在LCD上。

如果测量结果太高（高于设定点），一个特殊的继电器将被触发，在LCD上有显示，但无报警。

7）Anacon 2000操作指导如下。

①功能键：

F1没用

F2选择测量程序（键上红灯亮）

F3选择校准程序（键上红灯亮）

F4没用

F5选择清洁程序（键上红灯亮）

②调整：暂停、校准、控制功能、设定日期和设定时间。

③设置子菜单：选项、输出信号、分析仪编号、语言、密码修改和清除内存。

8）启动。启动步骤如下：

●电气和管道连接完毕。

●存储箱里装填试剂。

●试运泵，使管路充满试剂并排除气泡。

●校准分析仪。

●开始测量。

9）维护。液体区域需要些维护，包括：

●月度视察。

●准备和填充试剂。

●定期清理。

●定期更换供给管。

通常维护工作每周需花2h，在困难条件下（高温、试样不纯）需要更长时间。维护计划见表9-46。(www.daowen.com)

表9-46 维护计划

10）手动模式。手动模式并非手动分析，不推荐使用。手动模式只用于单功能测试和服务工作，即清洗、校准、更换药剂、更换塑料管等工作，尤其是在装满或更换试剂后，泵约需20min排尽旧试管内的试剂或空气。

为防止误操作，进入手动模式需两步操作，虽有点复杂，但出于安全很有必要。

6.正磷酸盐测量仪

（1）原理。基于标准的钒钼黄比色技术，钒酸盐-钼酸盐试剂在酸性条件下，能与水样中的正磷酸盐（PO₄^3-）生成钒钼磷酸，内置的光度计可以定量测定这种黄色的化合物。

正磷酸盐测量仪能连续测定正磷酸盐浓度，由前处理系统和分析仪两部分组成。前处理系统的超滤膜浸到水样池中，滤掉0.15μm以上的颗粒，然后将水样输送到分析仪中，分析仪首先用水样冲洗系统，然后进行零点校正，接着试剂和水样被吸收到比色池中，如果水样中存在正磷酸盐离子，则它与试剂反应，改变颜色（二磷酸盐和多聚磷酸盐因不与试剂反应，故无法被检测）。内置比色计检测水样颜色变化，正磷酸盐结果以mg/L PO₄-P显示在屏幕上。

（2）结构特征。

1）前处理系统过滤装置前都蒙有0.15μm的超滤薄膜，来自空压机的压缩空气，自下而上对每个薄膜表面进行清洗，以除去粘浮在表面的杂质。小型蠕动泵通过一个过滤膜将水样抽取出来，同时仪器对另一个过滤膜进行清洗，每隔一分钟，两个过滤膜更换一次工作状态，取样过程是连续的，而且设备几乎不需要维护。

2）一段5m长的加热软管连接过滤组件和控制单元，防止水样结冰，保证仪器能在任何天气下使用，所有导管都容易连接、更换，而且仪器的移动部件也不同废水接触。系统持续不断地监测废水通过滤膜的流速，当流量减少时，程度控制的报警继电器提醒操作人员检查系统，如果流量正继续减少，另一个程序控制的继电器自动关闭过滤系统。仪器每个月消耗的各种化学试剂都小于1L，试剂能在不干扰水样流动的情况下更换和补充。

3）正磷酸盐分析仪可在无人操作的情况下，连续运转多达30天，并且可以进行自动清洗和自动管道灌注。

4）机箱由工程塑料制成，板件由不锈钢制成。

5）由于使用了捏阀和蠕动泵，水样只在导管中流动。水样只与导管接触，这样将维护率降到最低。所有的管道部件和试剂都看得见、摸得着，便于在需要时进行更换。

6）所有的功能都可通过软件来设置，由菜单和软件控制，结果以数字和图表的形式显示在液晶显示器LED上。

7）多水样检测。标准配置可以检测一个水样，如果安装简单的部件，它就可以测定第二个水样，用户同时可以为第二个水样选购第二套报警继电器。

正磷酸盐分析仪的主要功能及参数见表9-47。

表9-47 正磷酸盐分析仪的主要功能及参数

（续）

7.化学需氧量（COD）检测仪表 用高锰酸盐指数自动测定仪，工作原理如下：

在程序控制器的控制下，依次将水样、硝酸银溶液、硫酸溶液和0.005mol/L高锰酸钾溶液经自动计量后送入置于100℃恒温水浴中的反应槽内，待反应30min后（水中有机物被氧化），自动加入0.0125mol/L草酸钠溶液，将残留的高锰酸钾还原，过量草酸钠溶液再用0.005mol/L高锰酸钾自动滴定成微红色，到达滴定终点时，指示电极系统（铂电极和甘汞电极）发出控制信号，滴定剂停止加入。数据采集与处理系数计算出水样消耗的标准高锰酸钾溶液量，并直接显示或记录高锰酸钾指数。测定过程一结束，反应液从反应槽自动排出，然后用清洗水自动清洗几次，将整机恢复至初始状态，再进行下一个周期测定，每一测定周期需一小时。

8.总有机碳（TC）分析仪 在水中存在有与氧或氢等结合构成有机化合物的碳（总有机碳TOC）和作为二氧化碳、碳酸根离子、碳酸氢根离子等构成无机化合物的碳（无机碳IC），合起来称为总碳（TC）。TOC又分为经通气处理从试样挥发失去的成分和不挥发的成分。

（1）TC测定原理：在燃烧管中填充氧化催化剂，并加热到680℃，载气流量由调压阀和流量控制阀控制为150mL/min。用进样器向燃料管内注入试样时，试样中的TC燃烧或分解成为二氧化碳。来自燃料管的含有燃料生成物的载气，用除湿器（电子冷却器）冷却、除潮，通过卤素洗涤器，到达非分散型红外线式气体分析部（NDIR）的试样池，检测二氧化碳。NDIR的检测信号（模拟信号）变成峰的形式，用数据处理部测量此峰的面积。由于峰面积与试样中的TC浓度成比例，用外标法先求出TC标准液的TC浓度与峰面积的关系（校准曲线），就可测出试样中的TC浓度。

（2）IC（无机动性碳）的测量原理：试样中加除去IC用酸，使其成为酸性（pH为3以下），通入吹扫气时，试样中仅IC成为二氧化碳，由NDIR检测出来。用和测量TC相同的做法，可测量出试样中的IC浓度。

（3）测量动作：TOC-4100流程如图9-49所示。

图9-49 TOC-4100流程

图9-50 单流路型试样前处理器

1）采水。TOC-4100在做1流路的试样测量时，通常在装置的侧面装有单流路型悬浊物试样前处理器；做2流路的试样测量时，要装有多流路试样前处理器。单流路型试样前处理器如图9-50所示。

透明塑料做的容器，左右分隔开，左侧为试样采取部，右侧为前处理器。分隔部分的构造为：下半部分是透明塑料板，上半部分为不锈钢金属过滤网，网孔约0.3mm，过滤网可以向上取出。水样从试样采取部下面流入，再从底部的排水管排出。水样流入量可用阀门进行调整。接到从TOC-41000发来的采样信号后，与底面的排水管相连的开关阀就会关闭，水样采取部的液面就会上升，再从水样采取部侧面上部的排水管排出。达到这样的状态后，水样的一部分会超越容器中间的分割板，流入水样前处理部，因为水样通过过滤网，所以无法通过过滤网网眼的大的固体物就被除去。采取的水样，为子使包含在其中的悬浊物进一步细小化，通过高速旋转的锐利小刀做均化处理，均化处理后的水样由注射泵泵出。水样前处理器及过滤网随即被清水洗干净，以便下次采样。

在容器的盖上有药剂收纳部，内部有固体药剂，平时，该固体药剂会向容器内释放出微量的杀菌成分，以防止出现在容器内产生微生物以及藻类生长的情况。容器的盖子可开闭，根据需要可对容器内部以及过滤网进行清扫。通过前处理器被处理过后的试样，再通过注射器泵的注射器进行采样，最初采取的试样直接被排出不用，因为注射器内残存的水需要和试样进行置换。接着，通过注射器采取3mL的试样，用于TOC的测量。

2）前处理（稀释、酸化、通气处理）。水样进行稀释时，注射器吸入试样和稀释用水后，注射器的柱塞进一步下降到注射器侧壁的吹扫气导入口下部，注射器内导入吹扫气，以混合水样和稀释用水。进行NPOC测量时，吸入水样后，再从装置内藏的酸桶中吸入所需的酸，进行吹扫，除去水样中的IC成分。

3）水样注入。在TC、NPOC的测量中，靠注射泵通阀的切换，水样注入到燃料管内。

4）峰面积的测量。CPU自动测试水样注入产生的峰开始和结束，求出峰面积，用峰的斜率进行计算。水样注入量多时，产生重叠的2个峰或接近2个分离峰，这时，只检测后一峰的结束点，计算两个峰的面积。另外，在基线变动状态下产生的峰，会进行基线修正，求出正确的峰面积。

5）校准曲线。TC、IC、NPOC以及POC测量时的NDIR输出信号，在任何量程都是直线，浓度-输出特性偏离直线的因素也很少，因此，使用一点校正曲线或两点校正曲线。浓度较高的，100ppm以上，用1点校正曲线；典型的标准液浓度在10ppm以下，在标准液调制用水所含的TC，对标准浓度不能忽视时，使用两点校正曲线。

6）定量计算。水样的测定值，使用预先制成的校准曲线，由测定的峰面积进行定量计算，表示浓度。

（4）COD换算系数输入。

COD=a+b×TOC

式中 a——换算系数的定数项；

b——换算系数的比例项。

9.流量检测仪表 流量是指单位时间内通过某一过水断面的水的体积，用“m³/h”或“L/h”表示。流量计的种类很多，有节流流量计、容积流量计、面积流量计、叶轮流量计、电磁流量计、超声波流量计、量热式流量计、动压流量计、质量流量计、流体振动流量计、激光多普勒流量计等等，这里介绍潜水式电磁流量计。

潜水式电磁流量计需在渠道中设置一挡板截流，在挡板底部装上潜水式电磁传感器，如图9-51所示。

挡板截住渠道，迫使水流只能从流量传感器中通过，以较原来高的流速通向下游，从而抬高挡板上游的水位，产生挡板上下水位差h，此水位差的势能转变为流速v的动能，即

v=K[2g（h_a-h_d）]^1/2=K（2gh）^1/2

式中 K——系数；

g——重力加速度。

图9-51 潜水式电磁流量计

潜水式电磁流量计工作时，液体流动状况属于淹没孔口流，孔口流出速度与孔口在自由表面下的沉没深度无关，仅取决于上下游的水位差。也就是说，流量测量值与流量传感器（或分流模型）安装位置无关，但要求尽可能低，使之运行过程中始终处于淹没状态。通过流量传感器的流速一般为2～3.5m/s，上游抬高水位在100～300mm之间。

在流量较大而又不能用较大口径的流量传感器时，为了避免水位差过大，可以用分流模型来扩大流通能力。分流模型的流通通道形状尺寸与流量传感器完全一样。n个分流模型和一台传感器一起安装在挡板上并用，实际总流量即为传感器实测流量的（n+1）倍。不同流量和允许水位差条件下流量传感器口径和分流模型台数选配。

潜水式电磁流量计的特点如下：

（1）无活动件，可测量含有固体颗粒或悬浮体的液体。

（2）因设置挡板截流，测量与渠道形状和上游直渠道状况无关。

（3）水头损失比较大，流量传感器必须保持满管流。

（4）挡板前会有一定程度的固形物堆积，要定期清理。

10.应变片式压力计

把压力转换为电阻、电容、电感或电势等电量，从而实现压力的间接测量的压力计，叫做电气式压力计。这种压力计反应较快，测量范围较广，可测7×10^-10～5×10^-10kgf/cm²的压力。精度也可达0.2%，便于远距离传送，所以在生产过程中可以实现压力自动检测、自动控制和报警，适用于测量压力变化快、脉动压力、高真空和超高压的场合。应变片式压力计就是电气式压力计的一种。

应变片式压力计是利用电阻应变片将被测压力转换为电阻值的变化，再通过桥式电路获得毫伏级的电量输出，然后由二次仪表显示或记录。

（1）电阻应变片原理。作为感压元件的应变片是由金属或半导体材料制成的电阻体，它的电阻值随压力所产生的变化而变化。一根截面积为A、长度为l的电阻，其电阻值为：

R=ρl/A

式中 ρ——材料的电阻率。

当电阻受到外力作用时，则要发生应变，电阻值就要改变，根据材料力学可以得到如下公式：

式中 K——应变系数或灵敏度系数；

u——材料的泊松系数；

ε——应变量。

系数K表示电阻材料产生应变时，电阻值的相对变化量，是衡量应变片灵敏度的参数。

对于金属材料来说，dρ/ρ<<1，压阻效应很小，电阻变化主要是由应变效应引起的，K≈1+2u。对于大多数金属来说，K值较小，约在2左右。对于半导体来说，由于压阻效应很大，应变效应可以忽略，所以

K值约为100～200。

（2）测量桥路如图9-52所示。

图9-52 测量桥路

如果两片应变片R₁、R₂分别以轴向和径向用特殊胶粘剂固定在应变筒的上端，并与外壳固定在一起，其下端与不锈钢密封片紧密连接，应变片与筒体保持绝缘。当被测压力P作用于膜片时，引起应变筒受压变形，从而使R₁、R₂阻值发生变化。R₁、R₂与固定电阻R₃、R₄组成测量桥路。当电阻R₁=R₂时，测量桥路平衡，故其输出为零；当R₁、R₂阻值变化不等时，测量桥路输出不平衡电压信号。应变式压力计就是根据该输出电压信号随压力变化实现压力的间接测量。

（3）压力检测仪表的选用。

1）仪表量程的选用：

对于测量稳定压力，仪表量程上限选大于或等于1.5倍常用压力。

对于测量交变压力，仪表量程上限选大于或等于2倍常用压力。

对于测量稳定压力，仪表常用压力选1/3～1/2量程上限。

对于测量交变压力，仪表常用压力选不大于1/2量程上限。

2）仪表精度的选用：

对于工业用仪表，精度选用1.5级或2.5级。

对于实验室或校验仪表，精度选用0.4级或0.25级以上。

3）根据测量介质性质及使用条件选用：

测量腐蚀性介质时，可选用防腐型压力计或加防腐隔离装置。

测量粘性、结晶及易堵介质时，可选用膜片式压力计或加隔离装置。

4）其他：当要求压力检测仪表具有指示、记录、报警和远传等功能时，则可以选用具有相应功能的压力表。

11.液位检测仪表 通过液位的测量，可以知道容器里溶液的数量，以便生产正常地进行。液位检测仪表有浮力式、静压式、电容式、超声波式等多种，这里介绍污水处理常用的电容式液位计。

在平行板电容器之间充以不同介质时，其电容的大小是不同的。所以，可以通过测量电容的变化来检测液位或两种不同介质的液位分界面。可利用插入容器中的一根导体与容器壁作为两个电极来测量液位，其总电容量

C=Kh₁ε₁+K（h-h₁） ε₂=Khε₁-Kh₁（ε₁-ε₂）

式中 K——常数，与电极的尺寸、形状有关；

ε₁——被测液体的介电系数；

ε₂——气体的介电系数；

h——电极总高度；

h₁——浸入液体中的电极高度。

在实际应用中，电极的尺寸、形状己定，介电系数亦是基本不变的。所以，测量电容量的变化就可知道液位的高低。当电极几何形状及尺寸一定时，ε₁、ε₂相差愈大，则仪表灵敏度愈高。如果ε₁、ε₂发生变化，则会使测量结果产生误差。

电容的变化可以用高频交流电桥等来测量。

12.浊度检测仪表 纯净的水，在普通条件下为无色、无味、无嗅的透明液体。在自然界中没有纯净的水，天然水中皆含有杂质。所含杂质颗粒大小在10^-6mm以下，呈离子和低分子状态时，如溶解于水中，不影响水的透明度。若所含杂质颗粒大小超过10^-6mm，如各种有机物质、细菌、藻类、油脂、金属氢氧化物、黏土、砂、砾石等不溶解物，则会影响水的透明度，造成光学的综合现象，使人视觉上有浑浊的印象，对这种光学现象的度量指标就是浊度。浊度的高低直接关系到供水水质，浊度降低，水中的细菌也按比例下降，肝炎和小儿麻痹症的发病率也随之降低，因此对浊度的准确测量是非常重要的。

（1）浊度的测定方法及基本原理：目前各种类型的浊度仪，全都是利用光电光度法原理制成的。

悬浊液体是光学不均匀性很显著的分散物质。当光线通过这种液体时，会在光学分界面上产生反射、折射、漫反射、漫折射等非常复杂的现象。与液体浊度有关的光学现象有：第一，光能被吸收，任何介质都要吸收一部分在其中传播的辐射能，因而使光线折射透过水样的亮度有所减弱；第二，水中悬浊物颗粒尺寸大于照射光线的半波波长时，则光线被反射，若此颗粒为透明体，则将同时发生折射现象；第三，颗粒大小小于照射光线的半波波长时，光线将发生散射（或称漫反身、衍射）。由于这些光学现象，当射入试样水的光束强度固定时，透过水样后的光束强度或散射光的强度将与悬浊物的成分、浓度等形成函数关系。根据比尔—朗伯定律和雷莱方程式，可提出如下函数式：

I_t=I₀e^-Kdl

式中 I₀——射入水样的光束强度；

I_t——透过水样的光束强度；

K——比例常数；

d——浊度；

l——光线在水样中经过的长度。

I_c=PI₀NV²/λ⁴

式中 I_c——散身光强度；

P——比例系数；

N——单位容积内的微粒数；

V——每个微粒的体积；

λ——入射光线的波长；

N、V——代表浊度情况。

以上两个函数式清楚地表示了透射光和散射光强度与浊度的关系，通过光电效应又可将光束强度转换为电流的大小，用以反映浊度，这就是当前各类浊度仪的基本原理。

（2）散射光测定浊度仪。来自光源的光束投射到试样水中，由于水中存在悬浊物而产生散射，这一散射光的强度与悬浮颗粒的数量和体积（反应浊度情况）成正比，因而可以依据测定散射光强度而知浊度。

13.余氯检测仪表 余氯是保证水质卫生指标的重要参数，也是加氯消毒工艺的基本控制参数。余氯在线分析是进行投氯控制的前提。余氯分析仪的规格基本上是按测量范围划分的，一般有（0～5）×10^-6、（0～10）×10^-6、（0～20）×10^-6等。

测量余氯含量的主要方法是DPD比色测量方法。使用DPD指示剂和缓冲溶液，通过改变指示剂和缓冲溶液能够测量水中残留的余氯和总氯。当pH值为6.3～6.6时，DPD随着余氯（次氯酸和次氯酸盐）的量的变化变成紫红色，通过简单地更换试剂，也能测量总氯（余氯加上单、双、三氯胺）。往样品中添加碘化钾，样品中的氯将碘离子氧化成碘，然后在pH值为5.1的缓冲溶液中将DPD指示剂氧化成紫红色。每隔2.5min测量一次，读数在0～5mg/L范围内时，结果会显示在三位数的液晶显示器上，分析仪被设计成30d不间断运行，每种试剂每个月用量仅为473mL。

该余氯分析仪如图9-53所示。

图9-53 余氯分析仪

余氯分析仪由几个主要部件组成：线性蠕动泵、色度计，以及配有非密封固态混合系统，其中包括一个自清洗磁力搅拌器、一个月用量的缓冲液和指示剂等。线性蠕动泵能够精确控制引入的样品和试剂的量，第一个样品通过测量空白吸光度建立零参考点，在测量氯之前补偿样品的色度和浊度，加入指示剂和缓冲试剂，磁力搅拌器将溶液混合，就会发生显色反应，色度计测量透过样品的光线，将得到的色度和参考标准比较，得出测量结果，随后样品室被新的样品充满，每隔2.5min重复一次循环。此外还配有液晶警报器，可以显示超出范围的样品浓度，其输出也可触发外部可自动调节的加氯泵。