PH계(일명 산도계)는 용액의 산성 알칼리도를 정밀하게 측정하는 기구이다.그 핵심원리는 전기화학효과와 에너지스트 방정식에 기초하여 전극시스템과 피측정용액 사이에서 발생하는 전동세를 측정하여 pH값을 환산한다.

　　1. 핵심측정원리: 원전지의 전동세와 에너지스트 방정식

PH계(산도계)의 작동 원리는 본질적으로 원전지 시스템을 이용한 것이다.이 시스템은 두 개의 전극인 지시 전극 (일반적으로 유리 전극) 과 비교 전극 (예: 글리세린 전극 또는 은-염화 은 전극) 이 동시에 측정 대기 용액에 스며들어 구성됩니다.비교 전극의 핵심 역할은 측정의 기준으로 알려진 안정적이고 안정적인 전극 전위를 제공하는 것입니다.유리 전극의 독특한 점은 앞부분이 수소 이온에 민감한 특수 유리 박막에 있다.그것이 용액에 접촉할 때, 그 막의 전위는 용액 중의 수소 이온의 활도의 변화에 호응하여 변화한다.

이 두 전극이 용액에서 구성된 원전지는 총 전동세 (E 배터리) 가 비교 전극 전위 (E 비교) 와 유리 전극 전위 (E 유리) 의 대수 합, 즉 E 배터리 = E 비교 + E 유리이다.이 전동력과 용액의 수소 이온 활도 사이의 관계는 Energyst 방정식을 따른다: E = E₀+(RT/F) * ln[H⁺]

그중 E는 전극전위, E₀는 표준전극전위, R은 기체상수, T는 열역학온도, F는 패러데이 상수, [H⁺]는 수소이온농도이다.방정식을 전환한후 얻을수 있는데 25 ℃ 에서 용액이 1개 pH단위가 변화할 때마다 전극전위가 상응하게 약 59.16밀리볼트 개변된다.PH계 내부 고임피던스의 정밀전위계(전류계)는 이 미세한 전위차를 측정하고 이를 증폭시켜 최종적으로 pH 판독으로 직접 변환해 보여준다.

　　2. 온도보상의 중요성

에너지 스톡 방정식의 전위 변화 값은 온도 (T) 와 직접 관련이 있습니다.따라서 현대 PH계는 다양한 온도에서 측정의 정확성을 보장하기 위해 온도 변화로 인한 측정 편차를 수정하기 위해 온도 보상 다이얼이나 자동 온도 감지 프로브와 같은 온도 보상 기능을 갖추고 있다.

　　3. 기기의 핵심 부품과 현대 발전

전통적인 계기 분리식 전극은 이미 비교적 많이 복합 전극으로 대체되었다.복합전극은 유리지시전극과 참비전극을 하나로 통합하고 포화KCI 용액을 내삼비액으로 채워 사용이 편리하다.응용 장면과 정밀도 요구에 따라 기기는 펜식, 휴대용, 실험실 데스크탑과 고정밀 공업 온라인식 등 다양한 유형으로 발전했다.그 정밀도 등급은 0.2급에서 0.001급까지 다양하며 숫자가 작을수록 정밀도가 높다.

　　4. 조작 중 교정의 필요성

전극 전위는 시간에 따라 천천히 변하기 때문에 정확한 결과를 얻기 위해서는 측정 전에 PH계를 교정해야 하며 보통 두 가지 교정법을 사용한다.즉 먼저 pH = 7의 표준 완충액으로"위치"교정을 한 다음, 측정할 용액의 산성 알칼리성에 근거하여 pH = 4 (산성 용액의 경우) 또는 pH = 9.18/10 (알칼리성 용액의 경우) 의 표준 완충액으로"사율"교정을 한다.교정은 전극의 비대칭 전위와 액체 접전위 등 요소로 인한 시스템 오차를 효과적으로 제거할 수 있다.

결론적으로 PH계(산도계)는 전기화학 원리에 기반해 수소 이온의 활도 변화로 인한 전극 전위차를 정밀하게 측정하고 에너지 스트로크 방정식을 이용해 pH 값으로 변환한다.그 설계는 화학, 물리학, 전자학 기술을 교묘하게 융합하여 과학 연구와 공업 분야에서 매우 중요한 분석 도구가 되었다.