染整加工中保持溶液浓度恒定,是确保工艺重现性的关键。前处理的主要药剂是烧碱,因此,为染整设备研制适合的碱浓度传感器是必要的。在线测量烧碱溶液电导率是检测碱浓度常用的方法,检测方法分为接触式和非接触式。前者通过将电极与待测烧碱溶液直接接触而测量,传感器电极很容易被碱液腐蚀,从而影响测量精度,缩短传感器使用寿命,因此不宜长期使用。根据电磁感应定律研制的非接触式传感器能很好地解决上述问题,与其它测量方法相比,测量时间短、精度高、重现性好。
1 原理
1.1 浓度与电导率
与金属导体一样,电解质溶液是电的良导体,遵守欧姆定律。一般用电导G或电导率S来衡量溶液的导电能力。
G=1/R=S×A/L
式中:R———电阻率;
S———电导率(S/cm);
A———导体截面积(cm2);
L———导体长度(cm)。
电解质溶液中,单位体积内所含离子浓度和离子化合价越高,离子迁移速度越快,则电导率越大[1]。检测印染前处理过程中所用的烧碱浓度时,只需要考虑其浓度和温度因素。试验表明,溶液的电导率S与所含离子浓度C近似成正比关系。
如图1所示,与电导率对应的烧碱溶液浓度具有二值性。在浓度较低的区域,溶液的电导率随烧碱浓度的增加而增大;但溶液电导率增加到一定数值后,随着浓度的升高,反而减小。由于曲线在拐点处较平缓,所以在拐点处的分辨率最差,因此测量时必须避开拐点及其附近范围。若从拐点处分段测量,则溶液浓度在各段范围内与电导率有近似比例关系,因此,通过检测溶液的电导率就可计算出碱液的浓度。
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退浆、煮练等前处理溶液中,NaOH浓度一般为10~80g/L。由图l和表1可以看出,在此浓度范围内,电导率与浓度近似呈线性关系。
溶液的电导率、浓度和温度之间的关系比较复杂,很难精确计算,通常是通过试验来测定各种不同浓度电解质溶液的电导率,然后绘制成图表以供查阅[2]。
1.2 工作原理
非接触式浓度计是根据法拉第电磁感应定律和变压器原理而设计的。如图2所示,传感器的测量部分由两个变压器式的绕线磁环组成,两磁环的孔是连通的。当把传感器插入碱液中,碱液在磁环内外必然形成回路,类似在磁环中穿过一根闭合导线,这样,两个结构上相互独立的磁环就通过碱液联系在一起。
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