低浊度传感器（用于测量浊度≤10 NTU 的低浊水体，如饮用水、超纯水等）的工作原理基于光散射与透射定律，核心是通过精确捕捉水体中微小颗粒物对光线的散射信号，间接反映浊度水平。其设计需重点解决低浊环境下信号弱、干扰多的问题，以下是具体原理及关键技术细节：

一、核心原理：光与颗粒物的相互作用

浊度的本质是水体中悬浮颗粒物（粒径通常 0.1~10 μm）对光线的散射能力。低浊度传感器通过以下步骤实现测量：

光源发射：传感器内置稳定光源（如红外 LED、激光二极管），向水样发射固定强度的单色光（波长多为 860 nm，避免水中天然色素如叶绿素的吸收干扰）。

光的散射与透射：

当光线穿过水样时，大部分光线沿直线传播（透射光），少量被颗粒物散射（散射光），散射方向与颗粒物大小、形状相关：

小颗粒（<1 μm，如胶体）主要产生瑞利散射，散射光均匀分布在各个方向（前向、侧向、后向）；

较大颗粒（1~10 μm，如微小泥沙）主要产生米氏散射，散射光集中在前向角度（与入射光方向夹角 0°~90°）。

信号接收：传感器通过特定角度的光电探测器（如光电二极管、光电倍增管）捕捉散射光或透射光强度，再通过算法转换为浊度值（NTU）。

二、关键测量方式：散射光法（低浊度核心）

低浊水体中颗粒物少，散射光信号极弱（通常 < 0.1% 的入射光强度），因此传感器普遍采用散射光法（而非高浊度常用的透射 - 散射对比法），并通过角度优化提升灵敏度：

前向散射（90°±30°）：
低浊环境中，颗粒物以小粒径胶体为主，前向散射光强度比侧向（90°）或后向（180°）更强，更易被捕捉。例如，多数低浊传感器采用25°、45° 或 90° 前向角，平衡灵敏度与抗干扰（如气泡的后向散射干扰较?。?。

双通道补偿：
部分高精度传感器（如哈希 1720E）同时测量 “前向散射光” 和 “参考光”（未经过水样的原始光），通过比值计算消除光源波动（如 LED 衰减）导致的误差，确保低浊段（<0.1 NTU）测量稳定。

三、抗干扰设计：低浊测量的核心挑战

低浊度测量易受环境光、气泡、光学污染等干扰，传感器通过以下设计抵消影响：

光学屏蔽：

测量腔采用遮光材料（如黑色聚四氟乙烯），避免环境光进入；流通池内壁做哑光处理，减少杂散光反射。

气泡排除：

在线式传感器的流通池设计为 “U 型” 或 “斜向进水”，利用重力排气；便携式传感器需手动摇晃排除气泡（气泡会强烈散射光，导致浊度虚高）。

自动清洁：

膏端传感器配备超声波清洁或刮刀装置，定期清除光学窗口的污染物（如生物膜、钙垢），避免其成为 “假颗?！?干扰散射信号。

温度补偿：

内置温度传感器，通过算法修正水温变化对水体折射率的影响（水温每变化 1℃，低浊测量误差可能增加 0.01~0.05 NTU）。

四、校准基准：浊度单位（NTU）的溯源

传感器的测量结果需基于标准浊度溶液校准，以确保准确性：

福尔马肼标准液：国际通用基准，通过硫酸肼与六次甲基四胺反应生成的胶体颗粒，其散射特性稳定，作为 0 NTU（超纯水）、1 NTU、5 NTU 等校准点。

低浊校准技巧：校准 0 NTU 时需用 “超纯水”（电阻率≥18.2 MΩ?cm），避免水中溶解的微小颗粒物影响零点；校准后需验证线性（如 0.5 NTU 标准液的测量偏差应≤±0.02 NTU）。

总结

低浊度传感器的核心是 **“精准捕捉微弱散射光信号，并通过抗干扰设计抵消环境影响”**：通过优化光源波长、散射角度提升灵敏度，通过光学屏蔽、温度补偿、自动清洁减少误差，最终将散射光强度转化为稳定的 NTU 值。其设计难点在于低浊段（<0.1 NTU）的信号放大与噪声抑制，这也是区分传感器精度的关键（如高精度传感器可分辨 0.001 NTU 的变化，适用于制药用水；常规传感器精度为 0.01 NTU，适用于饮用水）。