工作原理

· 玻璃電極法：這是最常見的 pH 傳感器原理。pH 傳感器通常由一個對氫離子有選擇性響應的玻璃電極和一個參比電極組成。玻璃電極的敏感膜對不同濃度的氫離子具有不同的電位響應，當它浸入被測溶液時，溶液中的氫離子會與玻璃膜表面水化層中的氫離子進行交換。在不同氫離子濃度的溶液中，由于交換程度不同會產(chǎn)生不同的電位差，該電位差符合能斯特方程，通過測量這個電位差并與參比電極的電位進行比較，就可以計算出溶液的 pH 值。

· 金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）法：利用金屬氧化物半導體場效應晶體管對氫離子的敏感特性來測量 pH 值。當溶液中的氫離子與 MOSFET 的敏感膜相互作用時，會改變敏感膜表面的電荷分布，從而影響 MOSFET 的電學性能，如閾值電壓等。通過測量這些電學參數(shù)的變化，可以間接得到溶液的 pH 值。這種方法具有響應速度快、易于集成等優(yōu)點，常用于微型化的 pH 傳感器中。

結構組成

· 玻璃電極：是 pH 傳感器的核心部件，其下端是對氫離子敏感的玻璃膜，膜內(nèi)裝有已知 pH 值的緩沖溶液，并插入一根內(nèi)參比電極（通常為銀 - 氯化銀電極）。玻璃膜的厚度通常在 0.1 - 0.2 毫米左右，其特殊的化學成分和結構使得它對氫離子具有選擇性透過性和電位響應特性。

· 參比電極：為測量提供一個穩(wěn)定的電位基準，確保測量的準確性。常見的參比電極有甘汞電極和銀 - 氯化銀電極。參比電極通過鹽橋與被測溶液相連，鹽橋中含有電解質(zhì)溶液，其作用是保持溶液之間的電接觸，同時防止被測溶液與參比電極內(nèi)的溶液相互污染。

· 電極外殼：用于保護玻璃電極和參比電極，通常由絕緣材料制成，如聚四氟乙烯、玻璃等。外殼上還可能設有一些接口，用于連接測量儀器或進行電極的固定和安裝。

特點

· 高精度：能夠精確測量溶液的 pH 值，一般精度可達 0.01 - 0.1 pH 單位，滿足大多數(shù)應用場景對測量精度的要求。

· 寬測量范圍：可以測量從酸性到堿性的廣泛 pH 值范圍，通常為 0 - 14，但一些特殊的 pH 傳感器可以測量更寬的范圍，如超酸性或超堿性溶液。

· 快速響應：在將 pH 傳感器浸入被測溶液后，能夠在較短的時間內(nèi)達到穩(wěn)定的電位輸出，快速給出準確的 pH 測量值，一般響應時間在幾秒鐘到幾分鐘不等。

· 穩(wěn)定性好：在正常使用條件下，pH 傳感器具有較好的穩(wěn)定性，能夠長時間保持準確的測量性能。經(jīng)過適當?shù)男屎途S護，電極可以使用較長時間。

· 可重復性：對于相同的被測溶液，多次測量能夠得到較為一致的結果，具有良好的可重復性，這使得測量數(shù)據(jù)具有可靠性和可比性。

應用領域

· 工業(yè)生產(chǎn)：在化工、制藥、食品飲料等行業(yè)中，pH 值是許多生產(chǎn)過程中的關鍵參數(shù)。例如，在制藥過程中，反應溶液的 pH 值對藥物的合成、純度和穩(wěn)定性有重要影響；在食品飲料生產(chǎn)中，控制產(chǎn)品的 pH 值可以影響其口感、保質(zhì)期和微生物穩(wěn)定性。pH 傳感器可實時監(jiān)測和控制生產(chǎn)過程中的 pH 值，確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。

· 環(huán)境保護：用于監(jiān)測地表水、地下水、工業(yè)廢水和生活污水的 pH 值。水體的 pH 值是反映水質(zhì)狀況的重要指標之一，過高或過低的 pH 值可能表明水體受到了酸堿污染，會對水生生物和生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。通過實時監(jiān)測 pH 值，能夠及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，采取相應的污染防治措施。

· 農(nóng)業(yè)領域：土壤的 pH 值對農(nóng)作物的生長發(fā)育至關重要，不同的農(nóng)作物對土壤 pH 值有不同的適宜范圍。pH 傳感器可用于測量土壤的 pH 值，幫助農(nóng)民了解土壤的酸堿度狀況，合理調(diào)整施肥和土壤改良措施，以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。此外，在無土栽培中，也需要精確控制營養(yǎng)液的 pH 值，為植物提供良好的生長環(huán)境。

· 科研實驗：在化學、生物學、醫(yī)學等科研領域中，pH 傳感器是常用的實驗儀器之一。例如，在生物化學實驗中，研究酶的活性、蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性等都需要精確控制溶液的 pH 值；在細胞培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)液的 pH 值對細胞的生長和代謝有著重要影響，通過 pH 傳感器可以實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的 pH 值，為細胞提供適宜的生長環(huán)境。