ЗАСІБ ВИМІРЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ NaCl У ВОДІ НА ОСНОВІ КОНДУКТОМЕТРИЧНОГО СЕНСОРА
Ключові слова:
кондуктометричний сенсор, NaCl, мостова схема Уітстона, концентрація іонів, калібрування, електроди, температурна компенсаціяАнотація
Запропоновано сучасний підхід до визначення концентрації NaCl у воді за допомогою кондуктометричного сенсора, який поєднує класичні електрохімічні методи з новітніми схемотехнічними та математичними рішеннями.
Ключовим компонентом вимірювального засобу є коаксіальний кондуктометричний сенсор з плоскими електродами, здатний формувати стабільне електричне поле для точного вимірювання електропровідності розчину. Принцип дії сенсора базується на прямій залежності провідності від концентрації розчинених іонів, зокрема Na⁺ і Cl⁻. Засіб оснащений температурним сенсором (герметичним терморезистором), що забезпечує автоматичну температурну компенсацію, враховуючи зміну іонної рухливості за різних температур.
Розроблено математичну модель, яка описує залежність електропровідності від концентрації, температури, геометрії сенсора та молярної провідності іонів. Зокрема, показано, що підвищення температури на кожний градус Цельсія збільшує провідність на 2…3 %, що обґрунтовує необхідність впровадження температурної корекції. Мостова схема Уітстона використовується для виявлення змін опору, пов’язаних зі зміною концентрації солі.
Калібрування сенсора здійснюється із застосуванням еталонних розчинів Milwaukee, сертифікованих за стандартом NIST. Результати метрологічного дослідження підтверджують високу точність — відносна похибка становила лише 1,46 % за концентрації 342 ppm.
Розроблений засіб вирізняється простотою конструкції, доступністю компонентної бази, а також придатністю для використання як у лабораторних, так і у польових умовах. Запропоноване рішення є перспективним для впровадження в автоматизовані системи контролю якості води, зокрема в аграрному, промисловому та медичному секторах.
Подальші напрямки досліджень передбачають удосконалення чутливого елемента шляхом мікроструктуризації електродів, розширення діапазону вимірювань, реалізацію бездротових інтерфейсів для віддаленого моніторингу, впровадження самокалібрувальних алгоритмів та розширення функціональності до мультиіонного аналізу.
Посилання
I. A. Dudatiev, and I. S. Ozmench, “Сonductometric sensor for determining the concentration of impurities in water” International Conference on Optoelectronic Information Technologies, Vinnytsia, Ukraine, 2025, pp. 228-230.
W. Z. Taffese, et al., “Autonomous corrosion assessment of reinforced concrete structures: Feasibility study,” Sensors, vol. 20, no. 23, pp. 1-18, 2020. https://doi.org/10.3390/s20236825 .
A. M. Ibernón, I. Gasch, J. M. Romero, and J. Soto, “New use of an Ag electrode and a potentiodynamic method to control the presence of chlorides in porous media like concrete,” Electrochimica Acta, vol. 476, pp. 143-251, 2024. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2024.143251 .
K. Lal, S. A. Jaywant, and K. M. Arif, “Electrochemical and optical sensors for real-time detection of nitrate in water,” Sensors, vol. 23, no. 16, pp. 70-99, 2023. https://doi.org/10.3390/s23167099 .
S. N. Zainurin, et al., “Advancements in monitoring water quality based on various sensing methods: a systematic review,” International Journal of Environmental Research and Public Health, vol. 19, no. 21, pp. 14080, 2022. https://doi.org/10.3390/ijerph192114080 .
F. Valentini, A. Calcaterra, S. Antonaroli, and M. Talamo, “Smart portable devices suitable for cultural heritage: a review,” Sensors, vol. 18, no. 8, pp. 24-34, 2018. https://doi.org/10.3390/s18082434 .
K. Sun, W. Cui, and C. Chen, “Review of underwater sensing technologies and applications,” Sensors, vol. 21, no. 23, pp. 7849, 2021. https://doi.org/10.3390/s21237849 .
I. Helm, L. Jalukse, and I. Leito, “Measurement uncertainty estimation in amperometric sensors: A tutorial review,” Sensors, vol. 10, no. 5, pp. 4430-4455, 2010. https://doi.org/10.3390/s100504430 .
M. Cuartero, M. Parrilla, and G. A. Crespo, “Wearable potentiometric sensors for medical applications,” Sensors, vol. 19, no. 2, pp. 363, 2019. https://doi.org/10.3390/s19020363 .
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
