Detector độ dẫn khụng tiếp xỳc (C4D) với thiết kế hai điện cực đồng trục
được giới thiệu lần đầu trờn thế giới vào năm 1998 bởi Zemann cựng cỏc cộng sự [110] và Da Silva, Do Lago [39], thiết kế này vẫn được dựng cho tới tận ngày nay. Dựa trờn thiết kế này, năm 2002, nhúm nghiờn cứu của GS Peter Hauser (khoa Húa
học, trường đại học Basel, Thụy Sỹ) đó phỏt triển thành cụng dũng sản phẩm C4D
với nguồn điện thế kớch thớch xoay chiều cao (HV – C4D, 200 V). Hóng điện tử
eDAQ của Úc sau đú đó phối hợp cựng nhúm nghiờn cứu của GS. Peter Hauser để
phỏt triển nghiờn cứu này thành dũng C4D thương phẩm.
Hỡnh 1.5. A) Sơ đồ biểu diễn cấu trỳc của detector độ dẫn khụng tiếp xỳc, với hai điện cực ngăn cỏch với dung dịch cần đo bởi thành mao quản.
B) Mạch điện tương đương
Hai điện cực hỡnh ống được đặt nối tiếp đồng trục bờn ngoài mao quản cú chứa dung dịch cần đo (hỡnh 1.4). Hai điện cực hỡnh ống tạo với dung dịch bờn trong mao quản hai tụ điện C. Khoảng dung dịch nằm giữa hai điện cực đúng vai trũ như một điện trở R. Mạch điện tương đương được mụ tả như trong hỡnh 1.5.
Nguồn điện xoay chiều (V) với tần số (f) được ỏp vào điện cực thứ nhất. Tớn hiệu được đo dưới dạng cường độ dũng điện xoay chiều (I) tại điện cực thứ hai.
Hỡnh 1.6. Biểu diễn mối liờn hệ giữa tớn hiệu đầu ra và độ lớn (điện thế và tần số) của nguồn kớch thớch xoay chiều
Theo đú, dũng điện I thu được tại điện cực thứ hai sẽ phụ thuộc vào độ lớn của điện thế V và tần số f như hỡnh 1.6. Nguồn kớch thớch V cú giỏ trị càng cao thỡ tớn hiệu I đo được cũng càng lớn. Nếu tần số hoạt động f của nguồn kớch thớch cao
(tối thiểu vài trăm kHz), giỏ trị dung khỏng Z = (1/2πfC)2 sẽ bị triệt tiờu (hỡnh 1.6), khi đú:
Với R là điện trở của dung dịch cần đo. Việc xỏc định giỏ trị điện trở này sẽ cho ta thụng tin về độ dẫn (σ) của cỏc ion cú trong dung dịch đú theo cụng thức:
Trong đú: l là chiều dài khối vật dẫn, S là tiết diện ngang vật dẫn. Theo cụng
thức 1.7 độ dẫn ( ) tỷ lệ nghịch với điện trở (R) mà R lại tỷ lệ nghịch với cường độ
dũng điện (I) theo cụng thức 1.6 nờn I sẽ tỷ lệ thuận với . Núi cỏch khỏc nếu I lớn
thỡ lớn và ngược lại.
Tớn hiệu đầu ra thu được ở dạng cường độ dũng điện (I), sau đú sẽ được chuyển đổi và khuếch đại thành tớn hiệu dạng điện thế (xoay chiều), thụng qua việc
sử dụng một điện trở khuếch đại (Rkhuờch đại) [100].
(1.8)
Điện thế xoay chiều sau đú được chuyển đổi thành điện thế 1 chiều, lọc nhiễu và khuếch đại, sau cựng chuyển đổi thành tớn hiệu số húa trước khi được hiển thị và lưu trữ trờn mỏy tớnh (hỡnh 1.7).
Để tăng độ nhạy của C4
D, cần sử dụng giải phỏp nõng cao nguồn điện thế kớch thớch xoay chiều, thay vỡ dựng cỏc điện trở khuếch đại quỏ lớn [9] do khi sử dụng cỏc điện trở khuếch đại, đồng thời cả tớn hiệu cần đo và nhiễu nền sẽ cựng được khuếch đại. Trong nhiều trường hợp, nhiễu nền sau khi khuếch đại sẽ gõy cản trở đỏng kể đến việc định tớnh và định lượng. Thụng thường, điện trở khuếch đại
(Rkhuếch đại) nằm trong khoảng 330 kΩ – 1,5 MΩ.