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1. 传感器技术指标 1.1 技术指标 测量活性氯 （HOCl; HOBr 和ClO2）(0-5mg/l) 集成温度传感器 （KTY13-5）(0-60℃) 至少 9 个月连续使用无须维护—取决于使用条件 免试剂 实时在线检测活性氯 体积小，功耗低 测量内容 HOCl HOBr ClO2 工作范围 0-5 ppm 0-5 ppm 氯灵敏度 250-450 mV/ppm 250-450 mV/ppm 响应时间 < 30s < 30s 典型流速 500 L/h 在外管径为32mm 的水管中 PH 值范围 5-9 精度 ±2% 最小PH 值 5 （pH 值很低会损坏探头） 最大氯浓度 氯浓度大于5ppm 会减少传 感器探头使用寿命 氯信号输出范围 2.45-4.88V 氯信号输出零点偏移 2.45-2.55V 工作温度范围 0-60℃ 0-60℃ 温度灵敏度 16±2 mV/℃ 16±2 mV/℃ 温度响应时间 < 15 s/℃ 温度信号输出范围 0.2-4.88V 0.2-4.88V 温度信号零点漂移（T=25℃） 2.14-2.2V 2.14-2.2V 建议最小流量 在直径为32mm 的水管中最 小流速为100L/h 为避免气 泡，传感器的位置很重要。 输入电压 5.2-10V 5.2-10V 最小负载电阻 5KΩ 防潮材质 PVC和Viton® O 型圈密封 PVC 和Viton® O 型圈密封 探头电缆长度 3m 3m 探头重量 170g 170g 探头尺寸 见图2 见图2 4 2. 传感器外形 图2： DAW 传感器示意图 外壳：PVC （最高承受温度60℃） 传感器探头：SILSENS MAES 2402 电流式传感器 电子部分：稳压器&信号放大器 附带连接电缆 可用3/4” 螺纹（R BSPT）直接与管线连接 3. 使用注意事项 3.1 传感器的处理 在空气中放置很久后或第一次使用之前，将传感器在不通电情况下放置在自来水中进 行至少一小时的水合。一般传感器在第一次水合之后的响应时间可能要长一些，一般在半个 小时左右。 每次当传感器被晾干后，在使用之前至少需要水合一小时。 3.2 测量条件 传感器一定要用在搅动的溶液中（此时测量精度不高）或者用在通过管路系统流动的水 当中。如果水合时间不足或在接触溶液之前就通电的话，传感器的标定值可能会被改变。 ﹡如果将通电的传感器用在时有时无的水流中，将会缩短传 感器的寿命。 ﹡在通电时，传感器一定要放置在水中！ ﹡当电源电压低于 4.8V 时，传感器会被损坏。 传感器对气泡敏感。为避免气泡的产生，必须保证最小流量值。必须避免气泡。 传感器不适合用于测量去离子水。 3.3 储存 当数周不使用时，传感器最好储存在干燥并且没有灰尘、强光、高温的地方。或者可以 5 储存在含有少量氯的自来水当中。 3.4 交叉灵敏度 传感器会对二氧化氯，臭氧，双氧水产生交叉敏感。 使用双氧水会显著的缩短传感器的寿命。 传感器不适用于电解海水系统。 4. 传感器接线 4.1 接线介绍 DAW2405 带有 4 芯电缆： — 2 根电源线（ 5.2V – 10V 供电线及一根地线），它可以由 4 块 1.5V AA 电池供电， 或由直流 隔离 电源供电 。 — 1 根导线输出氯酸浓度的模拟电压信号，它是以电源地线电压作参考的。 — 1 根导线输出温度的模拟电压信号，它是以电源地线电压作参考的。 棕线：电源地 白线：电源输入 黄线：氯输出电压 绿线：温度输出电压 4.2 与电池和电池供电的记录仪表的连接 传感器可方便地与 9V 电池连接，地线（棕）& 供电输入（白）。 氯输出电压（地线（棕）& 氯输出（黄）之间的电压）可由3 位电压表显示。 温度输出电压（地线（棕）& 温度输出（绿）之间的电压）由3 位电压表显示。 4.3 与控制器连接 把传感器与控制器连接，而控制器是由电网供电的，那么传感器必需按照下图进行隔离。 4.3.1 用电网供电替代电池供电 6 4.3.2 传感器的次氯酸信号和温度信号的隔离 5. 传感器在水流中的安装 5.1 传感器在管道中的位置 传感器可直接安置在水管中。传感器的安装位置对于避免气泡起着非常重要的作用，尤 其在水流流速缓慢的时候，最佳安装位置是与背对水平水流方向成45 度角。建议最 好避免传感器与水流中的固体颗粒接触。 顺对水平水流方向成T45°和背对垂直水流方向成T45°的安装位置均是不可取的。如 果在水流中传感器安装位置不对，就会减少传感器探头的寿命。 代表 DAW2405 代表 水流 最佳安装 7 6. 标定 6.1 单点标定的步骤 为了获得最佳的精度，传感器应当在一个可以测量100%次氯酸的pH 值的环境下标定。 向自来水中加入稀硫酸可以获得这样的环境。pH 值绝对不能低于5。不要使用纯净的去离 子的水进行标定。 将传感器放在贯通流体的水管当中，不要通电。 推荐水管外径 32mm; 推荐流量500L/h 推荐水管外径 11/4″ 推荐流量2 GPM 放置传感器在流动的水中一小时进行水合 将传感器通电 添加稀硫酸将 PH 值调至5.5 放置传感器使其稳定在它的零点 如果零点不能达到，那么说明溶液中可能存在少量氯化物 记录值VZERO = V 添加大约 2ppm 的次氯酸 放置传感器15 分钟进行稳定 记录值VHOCl = V 使用 DPD1 精确测试水中游离氯含量 记录值[HOCl]= ppm 注意，如果标定使用的水管经常接触氯化物，那么测量结果会变得不精确。为了确认这 一点，最好能记录下标定前后的DPD 测量结果值[HOCl]。 计算传感器的灵敏度 S=((VHOCl- VZERO)*1000/[HOCl]，单位mV/mgL-1 标定的结果应当与合格证上表明的灵敏度相近 8 在现场测量当中，传感器并不需要再标定。 7. 快速测试传感器的步骤 安装 将传感器从包装中拿出来； 准备一个 250mL 的烧杯； 在烧杯中装入200mL 的自来水和一个磁力搅拌器； 将传感器放在磁力搅拌器上 用夹子将传感器探头固定在烧杯上 将磁力搅拌器打开 放置传感器水合一小时 连接传感器 准备一块标准的 9V 方形电池。 将白线连接到电池的正极。 将棕线连接到电池的负极。 为测量次氯酸浓度，准备一个能显示3 位数字的电压表。 将黄线连接到电压表的正端。 将棕线连接至电压表的负端。 测量 如果水中没有氯化物的话，传感器的读数大约在2.5V 左右。（合格证上的 “Zero without chlorine”值）如果传感器的读数更高一点，那么就证明了你准备的水中含有氯化物并且它 的pH 值可能高于7.5。 检查溶液的pH 值，如果它高于7.5，那么请放置传感器稳定一小时,然后它的读数应降 到大约2.5V。 如果溶液的pH 值低于7.5，请向溶液中加入10μL 的商用13%-14%浓度的次氯酸。然 后次氯酸输出电压应该根据传感器灵敏度的不同及溶液pH 值的不同增大到大约3V。然后 [HOCL]：HOCL 浓度 ppm 或mg/l VHOCL：HOCL 输出电压（V） Vzero without chlorine：无氯时HOCL 输出电压（V） Velectronic zero：电子零电位 Ssensor：次氯酸传感器的灵敏度（mV/mgL-1） 9 次氯酸输出电压会因时间的变化而减小。 添加10μL 的次氯酸会再一次增大次氯酸的输出电压，在经过了几次添加次氯酸之后， 次氯酸输出信号会饱和的停留在一个稍微高于4.8V 的水平上。 如果溶液的pH 值大于7.5，最好的方法就是添加100μL 的标准溶液（0.5 mol/l 硫酸） 使溶液酸化到pH=7。另外添加10μL 的次氯酸应该将次氯酸输出电压提升至3V，再加10 μL 的次氯酸可以再次增加次氯酸输出电压。在经过添加几次次氯酸之后，次氯酸输出信号 会饱和的停留在一个稍微高于4.8V 的水平上。 用传感器附带的合格证来计算溶液的次氯酸浓度。 Example: Vzero without chlorine = 2.517 + (0.11 x 26.20)/1000 = 2.520 V VHOCl = 3.306 V Ssensor = 12.0 * 26.20 = 314 mV/mgL-1 [HOCl] = ((3.306-2.520)*1000)/314 = 2.5 ppm 注意事项 为了准确的标定传感器，传感器应当放在流动的水管线当中，pH 值正好等于5.5。（按 照第6 章说明）。精密的标定也可在pH 值等于7 的情况下进行，而pH 的补偿应当经过计算 来解决。 如果传感器读数停留在2.5V 到 4.8V 并且波动很小，或者在一晚上的稳定之后低于 2.5V，请与我们联系。 8. 维护 不允许在传感器头部使用任何化学或物理方法进行维护。 [HOCL]：HOCL 浓度 ppm 或mg/l VHOCL：HOCL 输出电压（V） Vzero without chlorine：无氯时HOCL 输出电压（V） Velectronic zero：电子零电位 Ssensor：次氯酸传感器的灵敏度（mV/mgL-1） Ssensor = Shead x Gain Vzero without chlorine = Velectronic zero x (Izero without chlorine x Gain) [HOCl] = ((VHOCl – Vzero)*1000) / Ssensor 10 8.1 更换探测头 在更换过程中不许触摸传感器活动部位。也不允许探测头的插针接触水。 不允许水进入内部的探头或内部的插针中。 插针 内部探头 传感器本体 传感器头 活动部分 断开传感器连线 把传感器从水中取出 晾干传感器时，不要接触传感器活动部位 传感器和接触传感器的双手要保持干燥，以免水进到传感器头部 拧开头部盖子 确保 O 型圈在原位，且安装正确 换上一个新的探测头 在传感器本体上拧上螺钉 确保拧紧，以保证水不会进入 11 9. 附件A: 氯的测量原理 水的氯化处理有很多方法：溶解氯气(Cl2 )，次氯酸钠(NaOCl)，次氯酸钙(Ca(OCl)2)； 无论哪种方法，都是基于氯气被水解或者次氯酸盐被酸化，而产生次氯酸。 氨会与次氯酸反应产生氯胺NH2Cl, NHCl2 或NCl3，前两个物质可以产生与氯相比持续 较长时间的消毒效果。 氯化物可以分为两类，游离氯和化合氯。 根据水中PH值的不同，游离氯有可能是：溶解在水中的氯气（Cl2）、次氯酸（HOCl） 或次氯酸离子（OCl-）。溶解氯与次氯酸的数量是平衡的。(K25°C= 4x10-4)；同理，次氯酸HOCL 与次氯酸离子的数量是平衡的。(K25°C= 2.9x10-8) 图一表明，在饮用水典型的PH值大约为7.5的条件下，次氯酸与次氯酸离子二者都存在。 由于HOCL的消毒性比OCL-大约强一百倍，所以氯化物的消毒效果依赖于水的PH值，因此测量 水中次氯酸的含量可以正确判断其消毒效果。 图1 水中三种游离氯的摩尔数是PH 值的函数 12 测量原理 电气接口 这个模块包括次氯酸传感器的稳压器和温度传感器的电路。接口电路包括一个集成电 源（5V），一个用于调整工作电极和参考电极之间电位的参照电压，一个为工作电极用的电 流/电压转换器，一个温度传感器用的电流源和电压放大器。接口电路拥有自己虚拟的参照 地；两个输出信号都经过4 Hz 阻容一阶滤波器进行滤波。 我们的电化学探头属于克拉克型电流传感 器，采用微电子技术制造，用于测量水中次氯酸 （HOCl）的浓度。这个传感器由小型的电化学式 的三个电极组成，其中一个工作电极（WE）， 一个反电极(CE)和一个参考电极(RE)。测量水中 的次氯酸（HOCl）的浓度的方法是建立在测量工 作电极由于次氯酸浓度变化所产生的电流。工作 电极WE由光聚合上一层特殊的有机膜把电极表 面与分析溶液隔开。温度传感器是一个标准的硅 传感器(KTY13-5 INFINEON)，它安装在探头上、 毗邻集成的电流传感器。 传感器 接口电路 输出信号 13 氯的测量 温度测量 10. 附件B：温度补偿 温度对氯测量的影响 总体上的影响 氯的测量取决于温度，是因为HOCl/OCl- 动平衡也取决于温度；同时，温度对电化学反 应也是有影响的。 次氯酸的测量 对于次氯酸浓度的测量，温度对于HOCl/OCl-平衡的影响可以忽略不计。相反，如果 必要时，应当被注意温度对于电化学反应的影响并进行补偿。 游离氯的测量(HOCl + OCl-） 测量 HOCl + OCl-就要测量pH 值，这两个变量都应当被考虑到。 在上述两种情况下，依据精度上的要求应当考虑温度补偿。 图四：氯的灵敏度 图五：次氯酸与PH 关系 14 温度补偿 温度影响着 HOCl/OCl- 的动平衡 依照下列反应式，水溶液当中次氯酸（HOCl）的数量是与次氯酸根离子（OCl-）的 数量保持平衡的： 次氯酸浓度是pH 函数，如下： 依照下面这个公式，动平衡是随温度而变化的： ΔHm: 反应中摩尔焓值的变化=11.8KJ mol-1 (HOCl/OCl-平衡) 下图表示了pKa 值是温度的函数。 从以上分析， 我们应当为游离氯FAC (HOCl + OCl-).的测量首先进行温度补偿。 所以： 温度对于电化学反应的影响 对温度的影响可以用阿列纽斯定律来解释： 这主要源于扩散系数变量是温度的函数： 15 在 pH=5(100%HOCl)条件下的温度试验，可以解释补偿的含义：温度每增长1°C，氯 浓度增长标定值的2%。 所以：SHOCL = S0[1+0.02(T－T0)] 电化学补偿。 12.根据DAW 传感器检测的次氯酸和温度信号进行温度补偿示意： 从传感器标定中获得的常数： S0: 温度等于T0 时，传感器的灵敏度。 V0 HOCl：传感器的漂移电压。 ST：温度传感器的灵敏度。 V0 T：温度传感器的漂移电压。 变量 SHOCl: 温度为T 时，次氯酸传感器的灵敏度。 VHOCl: 传感器的输出电压。 VT: 温度传感器的输出电压。 [HOCl]:次氯酸浓度 [FAC]:游离氯(HOCl +OCl-)浓度 pKa:公式（I）中的的平衡常数。 补偿流程图 使用： ：从温度传感器标定的各项参数中得出温度 电化学补偿 为HOCl 浓度，是由T 函数补偿的 从等式(III) : 用 Ka = 2.9x10-8 在 T = 25°C 时 16 得出游离氯是：
