浅谈TDS水质检测笔的工作原理

2018-12-6 08:35:52 23880 电阻

自我介绍首先介绍一下我自己，从事TDS水质检测笔工作十几年，对各方案的TDS水质检测笔的工作原理非常了解，也对各个方案的优缺点略知一二，做为资深人士，今天就和大家一起来探讨一下，TDS水质检测笔的工作原理和各部件的运用方式及各方案的优缺点。
TDS的意义TDS是总溶解性固体物质 Total Dissolved Solids 的英文首字母缩写，是指水中总溶解性物质的浓度，单位毫克/升（mgl)，主要反映的是水中Ca2+ MG2+ Na+ K+ 等离子的浓度，与水的硬度导电率有较好的对应关系，TDS值越小，水中Ca2+ MG2+ Na+ K+ 等离子的浓度越低，电导率越小。
TDS测试对水质检测还是有一定参考意义的，特别是当水质中杂质过多时，TDS会显示出较大数值，简单而言TDS值与水质的洁净程度有关。
TDS应用常识纯净水、矿泉水久置后，TDS值较开始上升过高，共病毒和菌落总数也会相应增高，此时不可生饮，影响健康;
TDS既总固体溶解量，如示值为100，即每升中含100毫克杂质
3楼以上的用户，由顶层蓄水箱供水，易造成二次污染，应常检测TDS值的变化，可催促物业管理总站定时清洗
洗衣机应放多少洗衣粉，用TDS笔检测可将经验数字化，清洗程序后，排水前检测的示值与自来水一样即可视为清洗干净，若示值超过自来水，则应减少洗衣粉的投入量
水果、蔬菜若用水浸泡，测其TDS值若有偏高，可怀疑有化学污染，应引起重视
去泳池游泳过程中可测池水清洁度的变化，示值过高应引起重视
深井水若示值高达300以上，说明杂质含量过高
每个地区，城市由于管道及水源不同，TDS值不同
北方硬水含钙镁离子，TDS值偏高，会结水垢，一般硬水150-400（结垢），超硬水（若咸水）大于400（严重结垢）
花肥首次按规定配制后，测其值，用该数字可方便今后配制
钓鱼缸用水，可测其值，知其洁净程序。若数值上长较大，应及时换水
海产养殖用水，可测其值，以便今后配制和检测
TDS影响因素水温：TDS笔的最佳测试温度为25℃，不可用于测量高温水体（例如：热开水）
水的流速：TDS笔不能用于测量晃动较大的水体
水质的污染：TDS笔不能用于测量污染浓度较高的水估
电导率与TDS的换算关系TDS用来衡量水中所有离子的总含量，通常以PPM表示，电导率也可用来间接表征TDS
溶液的电导率等于溶液中各种离子电导率之和，比如：纯食盐溶液：
Cond.=Cond(purec water)+Cond（NaC1）
Cond.=0.055+Cond（NaC1）
电导率和TDS的关系关不呈线性，但在有限的浓度区段内，可采用线性公式表示，例如100Us/cm×0.5(as NaC1)=50ppm TDS (us 微西门子)
所以，经验公式是：将以微西门子为单位的电导率折半约等于TDS（PPM）
有时TDS也用其它盐类表示，如Ca03（系统则为0.66）
TDS与电导率的换算系统可以在0.3-1.0之间调节，以对应不同各类的电解质溶液
那么换算系数在0.3-1.0之间各自对应哪些各类的电解质溶液？
如0.5-NaC1 0.66-Ca03 0.50-KC1
电导率与水的硬度水溶液的电导率直接和溶解性总固体浓度成正比，而且固体量浓度越高，电导率越大，利用电导率仪或总固体溶解量计可以间接得到水的总硬度值，如前述，为了近似换算方便，1US/CM电导率=0.5PPM硬度。但是需要注意：
1、  以电导率间接测算水的硬度，其理论误差约20-30PPM。
2、  溶液的电导率大小决定分子的运动，温度影响分子的运动，为了比较测量得到比较真实的结果，测试温度一般定为20℃或25℃。
3、  采用试剂检测可以获取比较准确的水的硬度值。
电导率与TDS的关系是：电导率约是TDS的2倍，对照关系如下表：

电导率（Us/cm）	TDS（ppm）	电导率（Us/cm）	TDS（ppm）	电导率（Us/cm）	TDS（ppm）
0.1	0	75	35.3	650	305.5
0.2	0.1	100	47	700	329
0.5	0.2	125	58.8	750	352.5
1	0.5	150	70.5	800	376
1.5	0.7	175	82.3	850	399.5
2	0.9	275	129.3	900	423
2.5	1.2	300	141	950	446.5
5	2.4	350	164.5	1000	470
10	4.7	400	188	1250	587.5
15	7	450	211.5	1500	705
20	9.4	500	235	1750	822.5
25	11.8	550	258.5	2000	940
50	23.5	600	282	2500	1175

TDS探针间距设计在设计过程中，探针的尺寸固定，即L/S=常数，L为两探针之间的间距，S为探头浸入溶液深度与探冰龙横截面长度的乘积，如L=1.5cm，S=4cm×0.15cm=0.6cm2，所以L/S=2.5cm-1=250m-1;PCB 电路充放电电容=0.1uf。将两探针之间的被测溶液也视为电阻，可确定F与K的线性关系，即：K=3.24×10-5F，即推算出TDS=（0.55≈0.70）×3.24×10-5×F。
TDS探针材质选型TDS值与电导率成间接正比关系，目前基本市场上的TDS值基本采用探针式的方法，也就是直接通过电导率的测试反过来推算TDS值，但是相同的水质不同温度下的TDS值是一致的，这个与电导率是不一样的，同样的水质不同温度下测定的值都要与之一至，所以需要精确测定不同水质不同水温下的TDS值，哪必须有温度检测，通过测定的水温来进行TDS校正。
现在市场上廉价的笔式TDS水质检测笔基本上都采用的探针是铜镀镍和不锈钢探针，这两种探针在水中随着温度与水质污染程序，两种探针在水中存在不同程度的极化现象。
同时市场上还有号称是钛合金探针的，也是铜底镍的，真正的钛合金探针是黑色的，市场上有，但是很少，例如HM他们的探针是镀铂，铂对水的影响比较小，但是生产工艺较高，成本也一直无法下来，最好的探针材料是石墨，但是石墨生产加工比较困难。
探针采集电路分析目前市场上所有的TDS检测都是采用探针的方式，电路上分为两种方法，1、采用直流的方式，直接加电压于探针两极，测试定探会两极间的电压，计算得到水的等效电导率，得到TDS值，2、采用硬件方式在探针端产生一个脉冲波形，从而使探针两端实现交变的直流电压，测定探针两极间的电压，计算得出水的TDS值。
第一种电路因为探针电极表面极化成双电层，产生了极化电阻，串入等效电路中，使水的等效电阻值发生误差，严重影响探的测量精度和采样电路的可靠性。
为了避免探针两端长期加上同一方向的正向电压，而采用第二种电路，但是此脉冲电路一直在对水以一定的频率进行充放电过程，从面产生寄生电容，产生充放电问题，如果采样时间刚好落在充放电时间内，哪样得到的数值就会十分的不精确，由此测得的TDS值很不准，并且采用此种电路复杂，成本较高。
TDS多频交互式检测方法长期在探针两端加入同一方向的电压会导致极化现象，而如果探针而如果探针两端有正负电压的脉冲交替产生的极化现象较为轻微。