水質(zhì)傳感器的工作原理是什么

更新時(shí)間：2025-12-20

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水質(zhì)傳感器的核心工作原理是 “待測(cè)水質(zhì)參數(shù)→敏感元件特異性響應(yīng)→信號(hào)轉(zhuǎn)換→數(shù)據(jù)輸出"，即通過(guò)特定敏感元件捕捉水體中目標(biāo)指標(biāo)的物理、化學(xué)或生物特性變化，再將其轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電信號(hào)，經(jīng)處理后輸出直觀的水質(zhì)數(shù)據(jù)。

不同類型的水質(zhì)傳感器，因監(jiān)測(cè)指標(biāo)的差異，工作原理側(cè)重點(diǎn)不同，具體可分為以下三大類：

電化學(xué)型水質(zhì)傳感器
這類傳感器是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中zui常用的類型，核心是利用電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)參數(shù)檢測(cè)，常見于 pH、溶解氧、氨氮、余氯等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

pH 傳感器：核心部件是玻璃電極和參比電極。玻璃電極膜對(duì)水中氫離子（H?）有選擇性響應(yīng)，氫離子濃度不同，電極膜兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生不同的電位差；參比電極提供穩(wěn)定的參考電位，兩者的電位差與水體 pH 值呈線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量電位差即可計(jì)算出 pH 值。
溶解氧（DO）傳感器：分為極譜型和原電池型。極譜型傳感器需施加恒定電壓，水中溶解氧在陰極被還原，產(chǎn)生與溶解氧濃度成正比的還原電流；原電池型無(wú)需外部供電，通過(guò)陽(yáng)極（如鋅）氧化、陰極（如銀）還原氧的自發(fā)反應(yīng)產(chǎn)生電流，電流大小直接反映溶解氧含量。
氨氮傳感器：基于離子選擇電極原理，敏感膜對(duì)銨離子（NH??）有特異性識(shí)別能力，銨離子濃度越高，電極輸出的電位信號(hào)越強(qiáng)，結(jié)合水體 pH 補(bǔ)償算法，可精準(zhǔn)計(jì)算氨氮濃度。

光學(xué)型水質(zhì)傳感器
基于光的散射、吸收、熒光等光學(xué)特性，通過(guò)檢測(cè)光信號(hào)的變化量來(lái)反推水質(zhì)參數(shù)，常見于濁度、余氯、COD（化學(xué)需氧量）等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

濁度傳感器：采用 “90° 散射光法"。傳感器發(fā)射特定波長(zhǎng)的紅外光，水中懸浮顆粒物會(huì)使光線發(fā)生散射，散射光的強(qiáng)度與顆粒物的濃度（濁度）成正比；光電探測(cè)器接收 90° 方向的散射光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算濁度值。
光學(xué)余氯傳感器：利用余氯與特定顯色劑反應(yīng)后產(chǎn)生的顏色變化，或余氯對(duì)特定波長(zhǎng)光線的吸收特性。余氯濃度越高，光線被吸收的程度越強(qiáng)，通過(guò)測(cè)量入射光與透射光的強(qiáng)度差，即可換算出余氯含量。
熒光法溶解氧傳感器：相比電化學(xué)法更穩(wěn)定。傳感器發(fā)射藍(lán)光激發(fā)熒光物質(zhì)，熒光物質(zhì)躍遷后釋放紅光；水中溶解氧會(huì)抑制熒光強(qiáng)度，熒光衰減時(shí)間與溶解氧濃度呈反比，通過(guò)檢測(cè)衰減時(shí)間可計(jì)算溶解氧含量。

生物型水質(zhì)傳感器
以生物活性物質(zhì)（如細(xì)菌、藻類、酶）作為敏感元件，利用目標(biāo)物質(zhì)對(duì)生物活性的影響實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，常見于生物毒性、致病菌等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

生物毒性傳感器：將發(fā)光細(xì)菌作為敏感材料，細(xì)菌在正常狀態(tài)下會(huì)持續(xù)發(fā)光；當(dāng)水中存在重金屬、有機(jī)物等有毒物質(zhì)時(shí)，細(xì)菌的發(fā)光代謝會(huì)受到抑制，發(fā)光強(qiáng)度下降；通過(guò)檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的變化率，可快速判斷水體的毒性等級(jí)，適用于突發(fā)水污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)。
大腸桿菌傳感器：基于免疫識(shí)別原理，傳感器表面固定大腸桿菌特異性抗體，當(dāng)水樣中存在大腸桿菌時(shí)，抗體與菌體結(jié)合會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)或光學(xué)信號(hào)的變化，信號(hào)強(qiáng)度與大腸桿菌濃度正相關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速定量檢測(cè)。

此外，所有類型的水質(zhì)傳感器都需配備信號(hào)處理模塊，其作用是將敏感元件輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、校準(zhǔn)，最終轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)（如 4-20mA），供顯示器讀取或傳輸至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

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