Die auch als pH-Sonden bezeichneten pH-Sensoren werden verwendet, um die Konzentration von Wasserstoffionen in einem Medium zu messen, um den Säuregehalt oder die Alkalinität zu bestimmen. Die pH-Skala reicht von 0 bis 14, mit einem pH-Wert von 7, der auf eine neutrale Lösung hinweist. Jeder Messwert unter einem pH-Wert von 7 ist säurehaltig, und jeder Messwert über 7 ist basisch. 

pH-Sensoren verfügen über eine pH-empfindliche Elektrode und eine Referenzelektrode aus Metalldraht, die in einer stabilen, neutralen Elektrolytlösung umgeben ist. Die Referenzelektrode behält eine konstante Referenzspannung bei und vervollständigt den Stromkreis mit der pH-empfindlichen Elektrode, indem eine kleine Anzahl von Ionen aus der Referenzlösung durch kleine poröse Öffnungen des Diaphragmas in die Prozesslösung fließen kann. An der Spitze der pH-empfindlichen Elektrode befindet sich ein kleiner Kolben aus pH-empfindlichem Glas. Die elektrische Spannung an diesem Kolben ändert sich im Verhältnis zur Wasserstoffionenkonzentration des um diesen Kolben herum übergreifenden Prozessmediums.

Wenn die Wasserstoffionenkonzentration an der Außenseite des Glaskolbens höher als auf der Innenseite ist, entsteht eine positive Spannung, die darauf hinweist, dass der Prozess sauer ist. Wenn die Wasserstoffionenkonzentration an der Außenseite des Glaskolbens niedriger als auf der Innenseite ist, entsteht eine negative Spannung, die darauf hinweist, dass der Prozess basisch ist. Wenn die Wasserstoffionenkonzentration auf beiden Seiten der Glaselektrode gleich ist, ist die Spannung gleich null, was bedeutet, dass der Prozess einen neutralen pH-Wert von 7 aufweist. 

Eine Zweipunkt-Pufferkalibrierung ist der beste Weg, um sicherzustellen, dass ein pH-Sensor genaue Messungen liefert. Bei einer Zweipunktkalibrierung berechnet der Messumformer neue Werte für Steigung und Null-Offset. Zur Kalibrierung den pH-Sensor in die erste Pufferlösung eintauchen. Dem pH-Sensor die Anpassung an die Puffertemperatur ermöglichen (um Fehler aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen der Pufferlösung und der Sensortemperatur zu vermeiden) und warten, bis sich die Messwerte stabilisieren. Sobald der Messumformer den ersten Puffer bestätigt hat, die Pufferlösung vom Sensor spülen, indem eine kleine Menge der zweiten Pufferlösung über die Spitze des Sensors gegossen wird. Dann den Sensor in die zweite Pufferlösung eintauchen und den Prozess wiederholen. Sobald der Messumformer beide Pufferlösungen bestätigt hat, wird eine neue pH-Sensorsteigung berechnet.

Temperaturänderungen innerhalb einer Prozessflüssigkeit können die Genauigkeit der pH-Messwerte beeinflussen. Der pH-Wert einer Lösung ist umgekehrt proportional zur Temperatur. Steigt die Temperatur innerhalb einer Lösung, sinkt der pH-Wert, wodurch die Lösung säurehaltiger wird. Alle Rosemount pH-Sensoren verfügen über ein Temperaturelement zur Einstellung von Temperaturschwankungen.

Ja, viele pH-Sensoren können auch das Oxidations-Reduktionspotenzial messen, das manchmal auch als Redox-Potenzial bezeichnet wird. Während pH-Sensoren den Säuregehalt oder die Alkalität einer Lösung basierend auf der Aktivität von Wasserstoffionen messen, messen Redox-Sensoren das Redoxpotenzial einer Lösung basierend auf der Aktivität von Oxidations- und Reduktionsmitteln in der Lösung.

Emerson pH-Sensoren werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt. Die Öl- und Gasindustrie nutzt pH-Messungen zum Beispiel für die Rohöldestillation, die Reinigung von Endgas und die Sauerwasserstripping. Die chemische Industrie ist auf pH-Werte für den Chlor-Alkali-Prozess, die Schwefelsäureproduktion und mehr angewiesen. Die Abwasserindustrie verwendet den pH-Wert für Entsalzung und Wasseraufbereitung. Weitere Beispiele und detailliertere Anwendungen finden Sie nachfolgend unter „pH-Sensoranwendungen“.

Die meisten pH-Sensoren sind Einwegprodukte, einige können jedoch erneuert und wiederverwendet werden, wie z. B. die Rosemount 3300/3400/3500 pH-Sensoren. Bei diesen pH-Sensoren können der Referenzelektrolyt und das Diaphragma ausgetauscht und danach wiederverwendet werden. Einige Prozesse können zu Ablagerungen auf dem pH-Glas führen. In diesen Situationen können einziehbare Sonden eine einfache Reinigung und Neukalibrierung des Sensors vor dem erneuten Einsatz ermöglichen.

Jede Anwendung ist anders, mit eigenen Anforderungen und Herausforderungen. Emerson bietet pH-Sensoren, die in verschiedenen Branchen wie Chemie, Öl und Gas, Abwasser und mehr funktionieren. Wenn Sie einen pH-Sensor für den Einsatz bei hohen Temperaturen, schmutzigen Prozessflüssigkeiten, rauen Chemikalien oder anderen einzigartigen Anwendungen benötigen, haben wir eine passende pH-Sensorlösung.

Ein pH-Sensor ist über ein Kabel an einen Messumformer für die Flüssigkeitsanalyse angeschlossen, der manchmal auch als Flüssigkeitsanalysator bezeichnet wird. Der Messumformer erhält rohe Spannungssignale vom pH-Sensor und wandelt die Rohsignale dann in die Anzeige der pH-Werte um.

Die Lebensdauer eines pH-Sensors variiert je nach Anwendung. Bei allgemeinen Anwendungen, wie z. B. zur Reinigung von Wasser, kann ein pH-Sensor bis zu zwei Jahre halten. Bei hohen Temperaturen oder rauen chemischen Anwendungen kann ein pH-Sensor nur bis zu sechs Monate halten.