CE-Vietnam.com

    logo

Cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc

Cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc (capacitively coupled contactless conductivity detector - C4D) với thiết kế hai điện cực đồng trục (thiết kế vẫn được dùng cho tới tận ngày nay) xuất hiện lần đầu trên thế giới vào năm 1998. Dựa trên thiết kế này, năm 2002, nhóm nghiên cứu của GS Peter Hauser (khoa Hóa, trường đại học Basel, Thụy Sỹ) đã phát triển thành công dòng sản phẩm C4D với nguồn điện thế kích thích xoay chiều cao (HV-C4D, 200V). Hãng điện tử eDAQ của Úc sau đó đã phối hợp cùng nhóm nghiên cứu của GS. Peter Hauser để phát triển nghiên cứu này thành dòng C4D thương phẩm. Hiện nay trên thế giới có hai công ty chuyên sản xuất và cung cấp các sản phẩm C4D thương phẩm dùng cho điện di mao quản và sắc ký lỏng cao áp, bao gồm: Istech (www.istech.at) và eDAQ (http://www.edaq.com/c4d-contactless-conductivity-introduction). Tại Việt Nam, từ năm 2012, sản phẩm này được phân phối độc quyền bởi công ty HTTP (www.http.com.vn). Kỹ thuật chế tạo C4D cũng đã được chuyển giao về Việt Nam  qua các chương trình hợp tác với nhóm nghiên cứu của GS. Peter Hauser (Thụy Sỹ).
Bộ cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc thương phẩm của hãng eDAQ

Một số tính năng nổi trội của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc:
  • Điện cực không cần tiếp xúc với dung dịch đo >> tránh bị ăn mòn và hỏng điện cực
  • Thể tích mẫu đo rất nhỏ (vài nL)
  • Là detector vạn năng (đáp ứng với tất cả các hợp phần mang điện tích trong môi trường nước)
  • Có thể đặt ở bất kì vị trí nào bằng cách di chuyển tùy ý dọc theo cột phân tích (khác với detector UV, vốn chỉ có thể cố định tại một điểm nơi có cửa sổ quang trên cột tách)
  • Có thể dùng cho tất cả các cột tách với vật liệu chế tạo khác nhau (khác với detector UV, vốn chỉ phù hợp với những cột trong suốt)
  • Với điện di mao quản, C4D không yêu cầu tạo cửa sổ quang trên cột tách silica >> Giảm nguy cơ gẫy cột như thường xảy ra với detector đo quang.
  • Độ nhạy không phụ thuộc vào đường kính cột tách >> Sử dụng được với mao quản nhỏ hơn 25 mm (để tăng hiệu quả tách chất). Với detector UV, cột mao quản phải có đường kính trong tối thiểu là 50 mm mới tạo dủ độ dài đường truyền quang
  • Có khả năng thu nhỏ, vận hành được bằng ắc quy.
  • Có thể tự chế tạo được với cơ sở hạ tầng của các xưởng điện tại Việt Nam

Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc

Hình 1: Nguyên lý hoạt động của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc


Hình 2: A) Sơ đồ biểu diễn cấu trúc của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc, với hai điện cực ngăn cách với dung dịch cần đo bởi thành mao quản. B) Mạch điện tương đương

Hai điện cực hình ống được đặt nối tiếp đồng trục bên ngoài mao quản có chứa dung dịch cần đo (hình 1). Hai điện cực hình ống tạo với dung dịch bên trong mao quản hai tụ điện C. Khoảng dung dịch nằm giữa hai điện cực đóng vai trò như một điện trở R. Mạch điện tương đương được mô tả như trong hình 2. Việc xác định giá trị điện trở này sẽ cho ta thông tin về độ dẫn của các ion có trong dung dịch đó.
Nguồn điện xoay chiều (V) với tần số (f) được áp vào điện cực thứ nhất. Tại điện cực thứ hai, tín hiệu đo được ở dạng cường độ dòng điện (I). Theo đó, dòng điện thu được tại điện cực thứ 2 sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện thế V và tần số f (xem công thức ở hình 3). Nguồn kích thích V có giá trị càng cao thì tín hiệu I đo được cũng càng lớn.

Hình 3: Biểu diễn mối liên hệ giữa tín hiệu đầu ra và độ lớn (điện thế và tần số) của nguồn kích thích xoay chiều

Tín hiệu đầu ra thu được ở dạng cường độ dòng điện (xoay chiều), sau đó sẽ được chuyển đổi và khuếch đại thành tín hiệu dạng vôn thế (xoay chiều), thông qua việc sử dụng một điện trở khuếch đại (Rfeedback, xem hình 3). Vôn thế xoay chiều sau đó được chuyển đổi thành vôn thế 1 chiều, lọc nhiễu và khuếch đại, sau cùng chuyển đổi thành tín hiệu số hóa (xem hình 4) trước khi được hiển thị và lưu trữ trên máy tính.
Hình 4: Sơ đồ thiết kế của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc

Mô tả các bộ phận của cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc
Một bộ cảm biến đo độ dẫn không tiếp xúc hoàn chỉnh bao gồm mạch chính và cell, với các bộ phận sau:

  • Bộ phát nguồn kích thích xoay chiều (điện thế 20 – 500 V, tần số 100 – 1000 kHz) (nằm trong mạch chính)
  • Hai điện cực kim loại hình trụ đồng trục (điện cực kích thích và điện cực thu tín hiệu) (nằm trong cell)
  • Bộ khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu từ cường độ dòng điện thành điện thế (nằm trong cell). Việc chuyển đổi và khuếch đại tín hiệu được thực hiện theo nguyên lý U đo = Itín hiệu x Rf , với Rf là  điện trở khuếch đại (R feedback = 330 kΩ - 1.5 MΩ)
  • Bộ chuyển tín hiệu xoay chiều thành 1 chiều (Rectifier, nằm trong mạch chính)
  • Bộ lọc nhiễu và khuếch đại tín hiệu điện 1 chiều (nằm trong mạch chính)
  • Bộ chuyển đổi tín hiệu điện analog thành digital (Analog-to-Digital-Converter ADC)
  • Máy tính với phần mềm ghi tín hiệu ở dạng số hóa
Loading...