在制造业中，水质的监测和控制是两项非常关键的工作。工厂可根据监测控制结果添加相应的化学品，以防止锅炉、蒸汽轮机等重要资产遭到腐蚀。

正确的pH值测量对水处理至关重要。过高或过低的pH值都会导致锅炉或蒸汽轮机结垢和腐蚀、系统故障和停机，甚至不得不花费高昂代价来更换设备。

对于许多低压锅炉来说，使用通用型pH值测量仪器即可，但对于使用高纯度、低电导率水的高压锅炉而言，通用型pH值测量仪器会产生一些特殊的问题，包括成本增加、准确性下降，甚至威胁到系统的有效运行。

高纯度带来的测量困难

选择用于锅炉水监测的pH传感器主要取决于锅炉水的电导率：电导率最高可以达到低压工业锅炉的7000 μS/cm，最低为蒸汽发电厂高压锅炉的不足10μS/cm。锅炉水的低电导率和高电导率之间的分界点是50μS/cm：电导率在25℃时大于50μS/cm，且悬浮物浓度较低，常规通用型pH传感器即可使用；当电导率低于50μS/cm时，就要使用专门用于低电导率水的pH 值测量设备。

为了更好地理解高纯度水电导率测量的难度，我们先来了解一下pH值和pH系统。

根据定义，pH值是指水溶液中氢离子浓度的负对数。这意味着，在pH值为 4的溶液中，氢离子是pH值为5的溶液的10倍。

pH控制系统能够测量溶液的pH值，并按需控制中和剂的添加，从而将溶液pH值维持在中性或某个可接受范围内。整个过程实际上是一种连续滴定。

通常情况下，pH值可通过比较两个点的电势测量得出，即被恒定pH电解质溶液包围的参比电极，以及与被测溶液直接接触的pH玻璃电极(如下图)：

测量低电导率的高纯水的pH值时，主要困难在于如何尽量减小校准缓冲液和样品中的液体结点电位差。结点电位是指参比电解质扩散到样品中，且样品扩散到参比电极中时产生的电荷分离。电解质对于参比系统的正常工作（用于电气连接）以及最终的pH测量至关重要，所以当电解质耗尽时，pH电极之间的电气连接就会中断，致使测量无法进行。

超纯水可加速电解质向低电导率工艺水的扩散。电解质损失会大幅缩短pH传感器的寿命，并增加每个测量点所需的维护量。

在短短几个月的时间里，电解质就会完全扩散，届时便需要更换pH传感器或重新填充电解质溶液。

图：在高纯水中，电解质扩散迅速，使接触逐渐断开，导致传感器快速老化

在对pH传感器进行校准时，还会出现另一个问题：在缓冲液中形成的结点电位也会在校准中出现。样品中结点电位的差异将导致测量的pH值出现误差。误差的大小主要取决于样品的电导率。粗略来说，在20μS/cm以上时，误差不大，但在较低的电导率下，误差可高达0.5pH。显然，在处理腐蚀控制和环境保护等关键问题时，如此大的误差是不可接受的。

因为误差是由电解质扩散到工艺水中造成的，因此可通过流动的结点予以消除。令参考电解质从电极向外流动，从而有效阻止了样品进入结点。

处理高纯度水pH值测量问题的传统方法

处理高纯度水pH值测量问题的传统方法，是使用带有电解质储罐的传感器，连续更换电解质。这种传统方案尽管非常有效，但往往会给工艺流程带来更高的成本（比如需要定期订购和储存额外的消耗品），系统的复杂性同时也增加了大量的持续维护工作量。

使用更好的pH测量仪器

随着一系列技术进步，高纯水pH测量的问题现在可以通过高性能通用型pH传感器的组合加以解决。

罗斯蒙特3900pH传感器具有的独特优势和功能：

✓高级pH玻璃配方，可防止玻璃破裂；

✓双参考结，保护参比元件不受过程中离子的破坏；

✓溶液接地电极可消除因校准缓冲液和工艺流程中的低电导率液体不匹配而造成的传感器偏差，这种偏差在低电导率应用中经常出现；通过溶液接地，可将偏差降到最低，实现隔离的稳定测量，同时还配有专门的低流量控制器。搭配低流量控制器使用时，罗斯蒙特3900pH传感器能够对最小电导率为1μS/cm的pH值变化做出反应。

降低成本比较

与传统的的电解质储罐的高纯度pH传感器相比：

图：带低流量控制器的pH传感器。

✓通用型传感器的初始成本更低；

✓不需要持续供应消耗品，减少了维护和保养的费用；

✓搭配低流量控制器，所需的水用量不到其他系统的三分之一；

✓内置有智能pH电路，以存储校准信息并实现自动传感器检测。这种电路设计可以使传感器做到“即插即用”，使现场操作时间减少60%以上。

通过罗斯蒙特3900pH传感器具和低流量控制器的使用，以成熟的方法来满足其涉及高纯水应用的需求，实现高纯水的pH测量，减少设备腐蚀、结垢、锅炉故障和停工时间的同时，让用户感受到测量的易用性和低负担。

现场应用

南方某大型石化公司在主装置和公用工程装置使用了艾默生罗斯蒙特pH、电导、溶解氧和浊度分析仪超过百套，其中在公用工程除盐水装置现场有几个特殊点-电导值在0.5-4 μS/cm范围的高纯水需要测量pH值。客户不想使用传统的操作复杂的带有电解质储罐的传感器，选用了罗斯蒙特3900pH传感器带有低流量控制器和1056分析仪：设备可直接控制流过传感器的水的流速，令流速保持在190ml/分以下，水位由内部排水口加以维持，以保持水柱形态，进而使水头压力和流量保持恒定。透明的结构材料，便于验证样品在流道中的连续流动。

通过现场使用对比：

水的电导值控制在3-4 μS/cm（实际现场电导值为3.527 μS/cm）:

电极用标液标定后，测样水的pH值和化验室仪器做了三四次比对，数值基本一致，偏差小于±0.3pH

注：和化验室的比对当时是一到两天一次。

水的电导值控制在0.5~1.0 μS/cm（实际现场电导值0.809 μS/cm）:

电极用标液标定后，测样水的pH值和化验室仪器第一次比对，偏差在0.6pH，然后用化验值进行“操作标定”后，后面做了三四次比对，偏差在±0.2~0.5pH之间。

注：和化验室的比对当时是一到两天一次。

通过罗斯蒙特1056分析仪搭配3900pH传感器具和低流量控制器的使用，客户无需再使用传统的复杂带有电解质储罐的传感器，省时省力低成本实现了高纯水这一难点的pH测量挑战。

还想进一步了解艾默生罗斯蒙特分析仪表，请联系：RMT.CHINA@EMERSON.COM