德国EH电极CPS471CPS471D

TI00283C/28/ZH/03.10技术资料TophitCPS471,CPS471DISFET电极，可蒸汽消毒和高温灭菌，用于pH测量模拟式或Memosens数字式电极1应用•卫生型和无菌应用场合•食品行业和制药行业•生物技术通过ATEX、FM和CSA认证，适用于危险应用场合。优势•抗破裂：-电极本体采用PEEK材料-直接安装在过程中，操作简便，降低了使用成本，适用于采样和实验室分析•生物兼容性认证•双腔室参比系统：-抗毒性-无聚丙烯酰胺凝胶•满足低温应用要求：-响应时间短-始终具有高测量精度•可蒸汽消毒和高温灭菌•相比于玻璃电极，具有较长的标定间隔时间-交替变化的温度条件下，具有较短的迟滞时间-经过高温条件后，测量误差依旧很小-几乎无酸碱误差•内置温度传感器用于有效温度补偿•与自动可伸缩式安装支架配套使用，是CIP过程的理想选择Memosens技术优势•非接触式感应信号传输确保了昀高过程安全性•数字式数据传输确保了数据安全•储存传感器特征参数，操作简便•传感器中记录传感器负荷参数，可实现预维护TophitCPS471,CPS471D2Endress+Hauser功能与系统设计测量原理离子选择性，或更常见的离子敏感场效应晶体管(ISFET)于70年代设计开发，作为pH测量当中除玻璃电极之外的一种有效补充。基本原理离子选择性场效应晶体管采用MOS1)晶体管结构(å1)，其中金属栅极(部件1)不是控制电极。相反，ISFET中的介质(å2，部件3)直接接触栅极隔离层(部件2)。两个强N型导电区扩散至半导体材料(Si)的P型导电基板(å2，部件5)。N型导电区为电流供给电极(“源极”，S)和电流接收电极(“漏极”，D)。金属栅极电极(MOSFET)和介质(ISFET)形成以下带基板的电容器。栅极和基板(UGS)间的电势差导致“源极”和“漏极”间出现较高电子密度。形成N型导电沟道(部件2)，即产生漏电电流(ID)。使用ISFET时，介质直接接触栅极隔离层。因此，介质中出现氢离子(H+)，位于介质/栅极隔离层的边缘层，产生电场(栅极电位)。取决于上述效应，形成N型导电沟道，且“源极”和“漏极”之间形成电流。合适的电极回路基于离子选择性栅极电位关系生成输出信号，与离子类型浓度呈比例。pH选择性IsFET栅极隔离层用作氢离子(H+)的离子选择性层。栅极隔离层不能渗透离子(隔离效应)，但允许氢离子(H+)的可逆表面反应。取决于测量溶液的酸或碱特性，隔离层表面的功能组接收或拒绝氢离子(H+)(功能组字符)，导致隔离层表面的正放电(酸性介质接收氢离子(H+))或负放电(碱性介质拒绝氢离子(H+))。取决于pH值，可以使用指定表面电荷控制“源极”和“漏极”之间的沟道场效应。能斯特方程说明了放电电位的产生过程和“栅极”和“源极”之间的控制电压(UGS)：25°C(77°F)时，能斯特系数为–59.16mV/pH。1)金属-氧化半导体a0003855图1:MOSFET管原理示意图1金属栅极2N型导电沟道a0003856图2:ISFET原理示意图1参比电极2N型导电沟道3栅极隔离层4介质5P型硅基板6电极杆UDUGS12SDSi(p)Si(n)Si(n)IDUDUGS134562SDSi(p)Si(n)Si(n)IDUGS...U0...R...T...n...栅极和源极之间的电位偏置电压气体常数(8.3143J/molK)温度[K]电化学值(1/mol)F...aion...法拉利常数(26.803Ah)离子活度(H+)能斯特系数TophitCPS471,CPS471DEndress+Hauser3TophitCPS471的重要特性•抗破裂这是电极昀显著的特点。整个电极放置在PEEK杆中。只有强耐腐蚀的隔离层和参比层直接接液。•酸误差或碱误差相比于玻璃电极，另一个重要优点是显著降低了极端pH范围中的酸或碱错误次数。相比于玻璃电极，特别重要的是ISFET栅极上不会出现杂质离子粘附。25°C(77°F)时的测量误差小于0.01pH(在pH1和13之间)，几乎接近检测限定值。下图显示了pH1和13之间ISFET酸或碱错误，以及在pH0.09和13.86时与玻璃电极(两种不同的pH玻璃电极)的比较。a0003867-en图3:酸误差或碱误差的比对示意图•测量稳定性和电极响应时间在整个温度范围内，ISFET电极的响应时间极短。使用ISFET电极时，无需进行玻璃电极的pH玻璃源层平衡设置(温度关系)。此外，也可以在低温条件下使用，不会缩短响应时间。相比于玻璃电极，剧烈快速的温度波动和pH值波动对测量误差(迟滞性)的影响较小，因为无应力施加在pH玻璃上。•参比系统电极的内置参比电极为双腔室参比系统，带盐桥电解液。优点在于隔膜和参比铅丝之间的有效稳定接触和极长的毒性扩散路径。盐桥电解液具有很强的耐温度变化和压力变化的能力。pH(25°C)DpH1MNaOH1MHClE+HISFETpH1…13Glass1Glass2-0.20.00.20.40.60.8TophitCPS471,CPS471D4Endress+Hauser•等温曲线-能斯特(Nernst)方程说明了氢离子浓度(pH值)和温度与测量电压之间的关系。同时也是pH电极和ISFET电极的测量基础。基于此方程(等温曲线，在确定温度下pH值每变化一个单位对应的电势变化)，可以得到每次pH值变化导致的电势变化的温度值。-ISFET电极的等温曲线十分接近理论值(å4)，进一步证实了电极的高pH测量精度。a0003868-de图4:等温曲线示意图a8°C(46°F)时的等温曲线，斜率为–55.8mV/pHb37°C(99°F)时的等温曲线，斜率为–61.5mV/pHc61°C(142°F)时的等温曲线，斜率为–66.3mV/pH500300100-100-300-50002468101214pHmVabcTophitCPS471,CPS471DEndress+Hauser5Memosens(CPS471D)昀高过程安全性Memosens非接触式感应测量值传输确保了昀高过程安全性，具有下列优点：•消除了所有潮湿导致的测量问题：-接头连接免腐蚀-不再因为湿气导致测量值偏差-接头系统可在水下连接•变送器与介质电气隔离。因此，无需考虑“等电势高阻抗”或“非等电势”(适用于pH/ORP测量)或阻抗转换器对测量的影响。•数字式测量值传输的屏蔽措施确保了电磁兼容安全性(EMC)。•可以在防爆危险区中应用：内置本安型电子部件。采用数字式数据传输，数据安全性高Memosens技术将传感器中的测量值数字化后，通过非接触式的方式传输至变送器，从而不受干扰的影响。优点如下：•电极故障，或电极与变送器之间的连接中断时，自动发出错误信息。•及时错误识别功能极大地提升了测量点有效性。操作简便Memosens电极内置电子部件，用于储存标定参数和其他附加信息，例如：总工作小时数和极端测量条件下的工作小时数。电极安装完成后，标定参数自动传输至变送器中，用于计算当前测量值。电极中储存标定参数，可以在测量点之外进行电极标定。优点如下：•可以在实验室中进行昀佳工况条件下的电极标定。气候条件对标定质量和操作员无影响。•快速、轻松地更换预标定电极，极大地提升了测量点有效性。•变送器无需安装在测量点附近，可以安装在控制室中。•基于所有储存的电极负荷参数和标定参数可以确定维护间隔时间，进行预维护。•电极历史可以储存在外部数据储存器中，可在任何时间进行计算。因此，可以基于先前历史确认电极的当前应用。与变送器通信始终将数字式电极连接至Memosens变送器。变送器无法与模拟式电极进行数据传输。电极通过非接触的方式连接至电缆(CYK10)。电源和数据均采用感应式传输方式。一旦连接至变送器，可以数字式读取电极中储存的数据。通过相应的诊断/DIAG菜单可以查看这些参数。数字式电极中储存下列参数：•制造参数-序列号-订货号-生产日期•标定参数-标定日期-标定值-标定次数-昀新标定使用的变送器序列号•运行参数•运行时间•在极端工况条件下的运行小时数•蒸汽消毒次数•电极监控数据TophitCPS471,CPS471D6Endress+Hauser测量系统完整的测量系统包括：•ISFET电极Tophit•测量电缆CPK12(模拟式电极，带TOP68连接)或CYK10(Memosens数字式电极)•变送器，例如：LiquilineCM4x、LiquisysCPM223(盘式安装)、LiquisysCPM253(现场型仪表)或MycomCPM153•安装支架-浸入式安装支架，例如：DipfitCPA111-流通式安装支架，例如：FlowfitCPA250-可伸缩式安装支架，例如：CleanfitCPA471-(CPA450仅适用于CPS471D、CPS491D或特殊型CPS471-ESA和CPS491-ESA，参考“订购信息”)-固定式安装支架，例如：UnifitCPA442提供其他可选附件，取决于应用：•TopcleanCPC30或TopcalCPC310自动清洗系统•延长电缆、VBA、VBM或RM接线盒食品行业和化工行业a0003873图5:测量系统示意图，与Topcal全自动测量、清洗和标定系统配套使用1234TophitCleanfitCPA475MycomCPM153电源5678CPG310控制单元清洁剂、标定液蒸汽、水、清洁剂冲洗模块91011电缆压缩空气液体/清洁剂TophitCPS471,CPS471DEndress+Hauser7化工行业和过程领域(防爆(Ex)应用)ISFETpH电极应用广泛，可以进行在线蒸汽消毒，不仅可以显示温度值，还可以显示pH值。仅仅在高温时存在小范围的高pH值，此时传感器的pH读数值不稳定(参考“过程条件”)。此类介质会去除ISFET芯片上的氧化隔离层。受CIP清洁剂的pH值范围和温度范围的影响，ISFETpH电极仅可与自动可伸缩式安装支架配套使用。Topcal全自动测量、清洗和标定系统的优点：•CIP清洗安装在可伸缩式安装支架中的电极在清洗前可以自动从介质中移出。在可伸缩式安装支架的冲洗腔室中使用合适的清洁剂清洗电极。•单独设置标定周期。•全自动清洗和标定功能使得维护成本降低。•自动标定可以优化重现测量结果，并使得每个参数的偏差极小。a0003880-zh图6:测量系统示意图，与Topcal全自动测量、清洗和标定系统配套使用1234TophitCleanfitCPA475MycomCPM153电源5678CPG310控制单元清洁剂、标定液蒸汽、水、清洁剂冲洗模块91011电缆压缩空气液体/清洁剂1234567891011MEASMEASCALCALDIAGDIAGPARAMPARAM?1४0/1४Atex䱢⠶४䶎䱢⠶४TophitCPS471,CPS471D8Endress+Hauser水和污水a0003875图7:测量系统示意图，适用于水和污水应用1Tophit2DipfitCPA111浸入式安装支架3CPK12或CYK10专用测量电缆4Liquiline变送器制药和生物技术a0003877图8:测量系统示意图，适用于制药和生物技术应用1Tophit2UnifitCPA442安装支架3CPK12或CYK10专用测量电缆4LiquilineCM42变送器1234TophitCPS471,CPS471DEndress+Hauser9输入测量值pH值温度测量范围0...14pH–15...135°C(5...275°F)小心!注意过程操作条件。电源CPS471的电气连接通过专用测量电缆CPK12将电极连接至测量变送器。a0003887-zh图9:专用测量电缆CPK12示意图注意!•黄色和白色电缆线芯连接至电极端。•确保遵守变送器的《操作手册》要求连接电极(接线图)。变送器必须与合适的ISFET电极配套使用(例如：LiquilineCM42、MycomCPM153或LiquisysCPM223/253-IS)。不能使用仅带