¿Cómo se calcula la válvula de pH? Fundamentos y funcionamiento del sensor de pH

Definición de pH

el pH es la representación numérica del equivalente en gramos por litro de la concentración de iones de hidrógeno en cualquier solución. Varía de 0 a 14. Es una medida logarítmica de los moles de iones de hidrógeno por litro de solución. Las soluciones con un valor de pH entre 0 y 7 son soluciones ácidas con una gran concentración de iones de hidrógeno, mientras que las soluciones con valores de pH entre 8 y 14 son soluciones básicas con una pequeña concentración de hidrógeno. Las soluciones con un valor de pH de 7 son soluciones neutras. La medición del pH da una medida de la alcalinidad o acidez de una solución.

¿Por qué es esencial la medición del pH?

• Para controlar el nivel de pH de la sangre, que debe estar entre 7,35 y 7,45
• Controlar el nivel de pH del suelo para un crecimiento óptimo de los cultivos, según sea necesario.
• Controlar el pH de la lluvia para poder detectar los contaminantes en el aire si el agua de lluvia se vuelve más ácida.
• Para controlar el pH de muchos otros productos cotidianos, como la leche, el champú, etc.

Tres formas de medir el pH de una solución

• Utilizando una tira indicadora que, al introducirla en una solución, cambia de color. A continuación, se saca la tira y se compara su color con un color de la carta de colores para determinar el valor de pH correspondiente.
• Utilizando un fluido indicador de pH en el que se añade la solución desconocida al fluido y el cambio de color del fluido se compara con un color ya disponible en la rueda de colores para decidir el valor del pH.
• Utilizando un sensor de pH en el que simplemente se introduce una sonda en la solución para leer el pH.

5 Ventajas de utilizar un medidor de pH en comparación con otros métodos

• Proporcionan mediciones más precisas.
• Se puede utilizar fácilmente.
• La lectura del pH es relativamente más fácil.
• Proporcionan mediciones más precisas, ya que pueden medir hasta 1/100^th de la unidad de pH.
• Son reutilizables.

Principio del medidor de pH o sensor de pH

el medidor de pH funciona fundamentalmente sobre el hecho de que la interfaz entre dos líquidos produce un potencial eléctrico que puede ser medido. En otras palabras, cuando un líquido dentro de una envoltura de vidrio se coloca dentro de una solución distinta de ese líquido, existe un potencial electroquímico entre los dos líquidos.

componentes del sensor de pH

Se trata básicamente de un electrodo formado por cuatro componentes:

• Un electrodo de medicióntubo de vidrio al que se le suelda un fino bulbo de vidrio, lleno de una solución de cloruro potásico de pH conocido de 7. También contiene un bloque de cloruro de plata conectado a un elemento de plata. Genera el voltaje utilizado para medir el pH de la solución desconocida.

• Un electrodo de referenciase trata de un tubo de vidrio formado por una solución de cloruro de potasio en íntimo contacto con un bloque de cloruro de mercurio en el extremo del mismo. Se utiliza para proporcionar una conexión estable de tensión cero para completar todo el circuito.

  

• Preamplificadorun dispositivo de acondicionamiento de la señal que convierte la señal del electrodo de pH de alta impedancia en una señal de baja impedancia. Refuerza y estabiliza la señal, haciéndola menos susceptible a las perturbaciones eléctricas.

• Transmisor o analizador: Se utiliza para visualizar la señal eléctrica del sensor y consta de un sensor de temperatura para compensar la variación de temperatura.

Funcionamiento del sensor de pH:

El electrodo se coloca dentro del vaso de precipitados lleno de la solución cuyo pH se va a medir. El bulbo de vidrio soldado al extremo del electrodo de medida está dopado con iones de litio, lo que hace que actúe como una barrera selectiva de iones y permita que los iones de hidrógeno de la solución desconocida migren a través de la barrera e interactúen con el vidrio, desarrollando un potencial electroquímico relacionado con la concentración de iones de hidrógeno. Por tanto, el potencial del electrodo de medida cambia con la concentración de iones de hidrógeno. Por otro lado, el potencial del electrodo de referencia no cambia con la concentración de iones de hidrógeno y proporciona un potencial estable con el que se compara el electrodo de medida. Consiste en una solución neutra que puede intercambiar iones con la solución desconocida a través de un separador poroso, formando así una conexión de baja resistencia para completar todo el circuito. La diferencia de potencial entre los dos electrodos proporciona una medida directa de la concentración de iones de hidrógeno o pH del sistema y se amplifica primero para reforzarla y luego se suministra al voltímetro.

U = E_pH - E_ref

E_pH - Potencial de tensión del electrodo de medición

E_ref - Potencial de tensión de un electrodo de referencia

El pH se calcula a partir de la ecuación de Nernst, según la cual el cambio de potencial total por cada cambio de pH es igual a

U = -kTpH

k- Constante de Boltzmann, T- Temperatura.

Precauciones en la medición del pH:

• El potencial del electrodo de medición tiende a variar con la temperatura, lo que puede afectar a la medición del pH. Por ello, hay que prever una técnica de compensación de la temperatura. Esto se consigue bien manualmente, tomando una medida de temperatura por separado e introduciendo el valor en el medidor de pH, o bien utilizando la compensación automática de temperatura, que consiste en un sensor de temperatura alimentado al medidor de pH.
• Como el vidrio es un mal conductor de la electricidad, el electrodo de medición tiene una gran resistencia en comparación con el electrodo de referencia, lo que provoca una gran caída de tensión que afecta a la medición de salida. Una solución a este problema es el uso de un medidor amplificado con una alta resistencia o el uso de una configuración de medición de tensión de equilibrio cero.
• El ácido fluorhídrico no debe utilizarse en ninguna solución porque disuelve el vidrio

Sensores de pH modernos disponibles en el mercado:

• PHE-45P: Puede medir el pH en todo el rango con una sensibilidad de 0,02pH y funciona en un rango de temperatura de -5 a +95⁰C. Consiste en un compensador de temperatura Pt1000 RTD.

• Sensor de pH WQ201: Está medido por Global Water Instrumentation Inc y se monta en 25 pies de cable marino de hasta 500 pies de longitud, con una salida de 4-20mA.

Aplicaciones del sensor de pH

control del pH

la medición del pH desempeña un papel importante en muchas aplicaciones industriales, como el control químico en los depuradores industriales, la medición del dióxido de azufre en las refinerías de azúcar y la optimización de la coagulación en la clarificación del agua. Proporciona un punto de control para la neutralización de ácidos y bases.

El sistema de control del pH se utiliza para medir el pH de la solución y controlar la adición de un agente neutralizador para mantener la solución a un pH neutro definido. Consta de un analizador de pH y dos o más sensores de pH.

Ahora que hemos adquirido un conocimiento básico del sensor de pH y su aplicación para el control del pH, descubramos otras aplicaciones de este sensor. Si tienes más preguntas sobre este tema o sobre proyectos eléctricos y electrónicos, deja un comentario a continuación.

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