余氯传感器的工作原理是什么？

余氯传感器的工作原理基于余氯（游离性余氯如次氯酸、次氯酸根，或化合性余氯如氯胺）的化学特性，通过特定的化学反应或物理作用将余氯浓度转化为可测量的电信号（如电流、电压），最终实现对余氯含量的定量检测。不同类型的余氯传感器原理存在差异，目前主流的技术路线主要有以下几类：

一、膜电极法（电流型传感器，最长用）

膜电极法是工业和市政领域应用罪广泛的余氯检测技术，核心组件包括工作电极、参比电极、对电极以及选择性渗透膜，其原理如下：

选择性渗透：水样中的游离性余氯（如次氯酸 HOCl）可透过传感器表面的透气膜（通常为聚四氟乙烯膜），进入电极反应腔；而水中的其他离子（如氯离子、金属离子）被膜阻挡，避免干扰。

电化学氧化还原反应：在工作电极（通常为金电极或铂电极）表面，余氯发生还原反应：

次氯酸（HOCl）还原：HOCl + H⁺ + 2e⁻ → Cl⁻ + H₂O
反应中，余氯得到电子被还原，产生微弱电流。

电流信号与浓度关联：产生的电流强度与水中余氯的浓度成正比（遵循法拉第电解定律），传感器通过测量电流值，经校准后转换为余氯浓度（单位：mg/L）。

参比电极与对电极作用：参比电极（如 Ag/AgCl 电极）提供稳定的基准电位，确保测量准确性；对电极（如铂电极）则完成电流回路，平衡电子转移。

优势：响应速度快（通常＜30 秒）、可实时监测、抗干扰能力较强，适合在线连续检测。

二、比色法（光学传感器）

比色法基于余氯与特定显色剂的化学反应，通过检测颜色变化强度确定浓度，原理类似实验室的 “比色管检测"，但实现了自动化：

显色反应：传感器内置显色剂（如 DPD 试剂，N,N - 二乙基对苯二胺），与水样中的余氯反应生成有色化合物 ——

游离性余氯与 DPD 反应生成粉红色化合物；

化合性余氯需加入催化剂（如碘化钾）后反应显色。

光学检测：通过光源（如 LED）照射显色后的水样，测量溶液的吸光度（颜色越深，吸光度越高），根据朗伯 - 比尔定律，吸光度与余氯浓度成正比。

信号转换：传感器将吸光度信号转化为电信号，经校准后输出余氯浓度。

优势：检测精度高，适合低浓度余氯（如饮用水中 0.05mg/L 以下）；但需定期更换显色剂，维护成本较高，响应速度较慢（通常 1-5 分钟）。

三、恒电压电解法（较少见，衍生自膜电极法）

与膜电极法类似，但通过在工作电极上施加恒定电压，使余氯在电极表面发生氧化反应（而非还原反应），产生的氧化电流与余氯浓度成正比。该方法对电极材料和电压控制要求较高，目前应用不如膜电极法普遍。

四、其他辅助设计

为确保测量稳定性，传感器通常还包含：

温度补偿：余氯的溶解度和反应活性受温度影响，传感器内置温度探头，通过算法修正温度对测量结果的干扰。

自动清洗装置：部分在线传感器配备刮刀或超声波清洗功能，防止膜表面结垢（如钙镁沉淀、生物黏泥）影响渗透效率。

总结

不同原理的余氯传感器核心逻辑一致：利用余氯的化学特性（氧化性、与显色剂反应性），将其浓度转化为可测量的电信号或光学信号。膜电极法因实时性和实用性成为主流，比色法则在高精度场景中补充应用，两者共同满足了各行业对余氯监测的多样化需求。