无线水质监测系统
作者：Piyu Dhaker，应用工程师
简介
饮料生产、制药厂、废水处理厂等多个行业都依靠水质监测系统对重要水质指标进行测量和控制。定义水的物理、化学和生物学特性的参数可作为水质指标。例如：
► 物理：温度和浊度
► 化学：pH值、氧化还原电位(ORP)、电导率和溶解氧
► 生物学：藻类和细菌
本文重点讨论历来不可或缺但不可靠而造成实施负担的化学测量参数。电化学是化学的一个分支，通过测量电子从一种反应物到另一种反应物的转移来表征还原-氧化反应的行为。电化学技术可以直接或间接用于检测和测量上述水质指标。电化学测量系统主要由两个模块组成：
► 传感器：一种用于测量水质指标并产生相应电信号的器件。
► 测量和处理单元：测量和处理电信号的电路。
通常整个加工厂中部署单独的有线传感器。现场传感器需要经常清洗、校准和更换。无线网络可减少一些这样的负担，但通常被认为不够可靠，不能部署在这些应用的恶劣环境中。
随着科技的发展，现在采用新的测量和网络技术可以实现高可靠性无线传感网络。本文介绍一款演示平台，它将ADuCM355 的通用传感器接口功能与ADI公司的SmartMesh®IP 技术线状可靠性相结合，构成稳健的低功耗无线水质监测系统，专用于水质指标pH值测量。将该原理轻松扩展到其他电化学参数，可以针对每个无线传感节点形成一系列水质测量。
图1.典型电化学测量系统。
pH值测量和pH探针
pH值是衡量水溶液中氢离子和氢氧化物离子相对量的一项指标。中性溶液指氢离子浓度正好等于氢氧化物离子浓度的溶液。pH值是表示氢离子浓度、衡量溶液酸碱度的另一种方式，定义如下：
其中H+是氢离子浓度（单位：摩尔/升）。
溶液的pH值为0至14，中性溶液的pH值为7，酸性溶液的pH值小于7，碱性溶液的pH值大于7。
pH探针是由玻璃电极和参考电极组成的电化学传感器。
图2. pH探针
将pH探针插入溶液中时，测量电极会产生一个电压，该电压取决于溶液的氢离子活性，然后该电压与内部参比电极的电位进行比较。测量电极和参比电极之间的电位差就是测得的电位，用能斯特方程表示为：
其中：
E是电极电压，活性未知
a = ±30 mV，零点容差
T为环境温度(°C)
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