Endress + Hauser pH 测量选型指南

摘要

概述

本文档是一份面向工业过程 pH 测量的选型与工程指南，涵盖不同行业和应用场景。它帮助用户选择合适的 pH 传感器和安装组件，并包含变送器的相关信息。

pH 测量基础

pH 值是所有行业中监测产品质量和化学反应的关键测量参数。pH 值与水溶液中氢离子（H⁺）浓度相关，以 0（酸性）到 14（碱性）的标度表示其酸碱性。应用条件差异很大，从废水到超纯水。pH 传感器的使用寿命受这些条件、维护实践以及正确选型的影响。一个完整的 pH 测量点包括 pH 传感器、安装组件、电缆和变送器。

传感器类型

玻璃传感器

• 传感元件： 玻璃球泡上的一层薄盐膜，可结合 H⁺ 离子，引起静电势变化。该电势通过参比电极经隔膜进行测量。
• 变体： 有卫生型和非卫生型版本，区别在于隔膜类型（陶瓷、特氟龙或无隔膜）和参比系统（凝胶或液体）。
• 耐受性： 隔膜和参比系统的选择影响对堵塞和中毒的耐受性。

ISFET 传感器

• 传感元件： 对 H⁺ 离子敏感的离子选择性场效应晶体管（ISFET）芯片。
• 优势： 不易碎，能耐受比玻璃传感器更高浓度的有机溶剂。由 PEEK 制成，碱误差和酸误差更低。新一代产品具有更好的 CIP 稳定性。
• 应用： 当玻璃传感器不适用时优先选用，例如在食品加工或高有机溶剂含量（>20%）的场合。

搪瓷传感器

• 优势： 坚固耐用，校准周期长，使用寿命长，维护量少。
• 特点： 采用液体 KCl 填充的参比系统，配备卫生型陶瓷隔膜。工作 pH 范围为 0 至 10。适用于 CIP 和 SIP。

复合 pH/ORP 传感器

• 特点： 包含一个铂金元件，用于同时测量 pH 和 ORP（氧化还原电位）。该铂金元件还可用于测量参比阻抗，以监测传感器质量。直接提供 rH 值，指示介质的氧化性或还原性。

Memosens 技术

• 原理： 无金属触点的感应式信号和能量传输，确保在潮湿环境中可靠运行。
• 优势：
  • 将校准数据存储在传感器探头中，便于在实验室进行校准，并可在现场快速更换。
  • Memosens 2.0 提供增强的数据存储功能，用于预测性维护和改进的 IIoT 连接性。

pH 传感器及应用限制

安装类型

浸入式安装支架

• 应用： 敞口容器和渠道，例如污水处理厂或化工行业。适用于从容器顶部安装。
• 型号：
  • Dipfit (CPA111, CPA140)： CPA111 (PP) 用于废水；CPA140 (PVDF/不锈钢) 用于更严苛的应用。提供多种浸入长度，可容纳最多三个传感器。可选配喷淋清洗功能。
  • 模块化浸入式支架： 适用于多种传感器类型和安装位置（管道、导轨）。
  • Flexdip (CYA112)： 用于敞口容器和渠道。模块化系统，提供不锈钢或PVC版本，组装长度从600 mm到3600 mm。配备浮球组件和快速紧固件。

插入式安装支架

• 应用： 主要用于批次过程，在批次之间进行传感器维护，常见于生命科学和食品生产领域。
• 型号：
  • Unifit (CPA842)： 不锈钢支架，适用于食品和生命科学领域，配备卫生型过程连接件（卡箍、乳品接头）。可选配通过EHEDG、3-A、ASME BPE和Pharma CoC认证的版本。

流通式安装支架

• 应用： 安装在过程管道或旁路中，常见于水厂、饮料行业、化工行业和电厂分析仪表盘。
• 型号：
  • Flowfit (CPA250, CPA240, CYA21)： CPA250 (PP) 用于水厂；CPA240 (PVDF/不锈钢) 用于超纯水。所有型号均提供多个传感器插槽，并可选配化学喷淋清洗功能。CYA21 是适用于狭小空间的紧凑型选项。

可伸缩式安装支架

• 优势： 无需中断过程即可更换或清洗传感器。支持手动或自动（气动）伸缩。气动版本可与自动清洗和校准系统集成。
• 型号：
  • Cleanfit： 提供多种材质、密封策略和安全功能。球阀密封系统可用于重型应用。气动版本支持Liquiline Control系统，实现自动化过程控制。

pH 安装支架 - 技术数据摘要

pH 测量变送器

Liquiline CM42

• 特点： 两线制变送器，通过纯文本菜单实现直观操作（支持 14 种语言），适用于防爆和非防爆应用。兼容 Memosens 传感器，可实现预测性维护。通过更换传感器即可更改测量参数（如从 pH 改为电导率、溶解氧）。
• 输出： 4 至 20 mA、HART、FOUNDATION Fieldbus、PROFIBUS PA。

Liquiline CM44 和 CM44R

• 特点： 数字四线制变送器，最多支持 8 个通道，直观操作（支持 17 种语言）。配合 Memosens 传感器可测量 12 种不同参数。集成 Heartbeat Technology，用于诊断和验证。
• 输出： 最多 8 路模拟输出（0/4 至 20 mA）、最多 4 个继电器、HART、PROFIBUS DP、Modbus TCP/RTU、EtherNet/IP、Profinet。可通过以太网 Web 服务器进行远程访问。提供现场型和 DIN 导轨型两种版本。

Liquisys CPM223/CPM253

• 特点： 提供面板安装型 (CPM223) 和现场外壳型 (CPM253)。可选配用于中和及喷淋清洗的继电器功能。
• 输出： 0/4 至 20 mA、HART、PROFIBUS PA/DP。具备高级诊断功能。

Liquiline CM14

• 特点： 适用于标准测量点的基本型变送器，可适配常见控制柜开孔。采用数字 Memosens 技术，调试简便。Memosens 传感器支持热插拔，便于快速更换。
• 输出： 最多 2 路模拟输出（0/4 至 20 mA）、2 个限位继电器。

Liquiline Compact CM72/CM82

• 特点： 适用于 Memosens 传感器的最小尺寸变送器，直接安装在传感器上，无需独立供电。回路供电的两线制设备。CM82 可通过 SmartBlue 应用程序实现蓝牙连接，用于配置和诊断。适用于危险和非危险区域。
• 输出： 1 路模拟 4 至 20 mA 输出 (CM72/CM82)。CM82 具备蓝牙和 HART 功能。

变送器技术数据汇总

检查清单 / 数据表

提供一份检查清单用于完整规格说明，包括客户联系数据、介质特性（pH 范围、电导率、化学成分）、工艺数据（温度、压力、流量）、安装细节、变送器要求以及必要的认证/证书（Ex、EHEDG、3-A、FDA、SIL）。

pH 传感器的选型

选择 pH 传感器的主要依据是工艺介质的化学和物理特性，目标是实现最长使用寿命和最低维护需求。

应用类别：

• 标准应用： 电导率 > 50 µS/cm，有机物含量 < 20 vol%，无纤维/颗粒，无中毒风险（S²⁻、CN⁻、NH₃），非卫生型或耐磨型。
• 高有机物负荷： 有机物含量 > 20 vol%。
• 低电导率： 电导率 < 50 µS/cm。
• 卫生型应用： 食品、生命科学、发酵、注射用水（WFI）。
• 重载 – 耐磨型： 高浓度耐磨颗粒。
• 高结垢风险： 纸浆和造纸、过程工业、乳液、烟气脱硫。
• 化学苛刻型： 涉及腐蚀性化学品的应用。

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官方数据表（PDF）

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