，通过质量作用定律应用于水分子分解的平衡，可以获得水的电离常数：
，式中，当T=22℃时， Kw=10-14。所谓pH值是指水溶液中氢离子活度的负对数
，溶液的pH值是用来度量溶液酸碱度的，所以pH/OPR分析仪又被称作酸度计。pH电极的电位对氢离子活度变化的响应可用能斯特方程描述，如下列公式所示：
，式中E为pH电极所产生的电位，mV；E0为当氢离子活度为1mol/L时，pH电极所产生的电位，mV；R为理想气体常数，8.314J/(K· mol)；T为样水绝对温度，K；F为法拉第常数，9.649×104C/mol；n为参加反应的得失电子数，氢离子为+1；aH+为溶液中氢离子的活度，mol/L。
为了得到正确的氢离子活度，通常需要测量电极(指示电极)、参比电极、温度电极共三部分来实现。现在市场上普遍使用的通常为复合电极，即为了使用的便利性，将温度、测量和参比复合到一起，形成物理结构上的1支pH电极，如图所示。
ORP中文名称是氧化还原电位。ORP作为介质(包括土壤、天然水、培养基等)环境条件的一个综合性指标，它表征介质氧化性或还原性的相对程度。ORP值是由溶液中的电子活度所决定，实际上ORP可看作是某种物质对电子结合或失去难易程度的度量。ORP的测量原理与pH一样，都是能斯特方程的应用，根据测量电极与参比电极组成的工作电池在溶液中测得电位差，利用待测溶液的pH值或ORP值与工作电池的电势大小之间的线性关系，再通过电位计转换成pH或mV单位数值来实现测定。
ORP值计算公式如下所示：
，与pH计算公式不同，式中：Ox为参加反应的氧化物活度；Red为反应生成还原物的活度。典型的pH/ORP测量系统应包括： pH/ORP电极、pH/ORP分析仪、安装支架、电极电缆。
pH/ORP分析仪用于实现信号接收、转换和处理、存储、显示、输出等功能。
电极电缆采用高阻抗电缆，将传感器的电势信号传递给二次仪表。
其中pH/ORP安装支架对于pH/ORP现场应用有着很大的影响，在实际应用时应考虑是采用流通式安装支架，浸入式安装支架或是可在线插拔式的安装支架，每一种安装支架都有相应的配件用来实现pH/ORP传感器的自动清洗，可用变送器配合继电器来控制清洗水流的喷射。
在一些条件苛刻的应用场合，由于pH/ORP电极需要现场标定，还应考虑采用带有自动清洗或标定功能的在线插拔支架。
pH/ORP分析仪的应用
目前，市场上所使用的pH传感器主要是锑电极和玻璃电极。锑电极结构简单，维护方便，环境适应性强，但其测量精度差，目前只在少数对准确度要求不高、水质较差，成分复杂的样品环境使用，例如污水的监测。玻璃电极是目前应用最广泛的传感器，其对于水质要求较高，测量精度高，主要用于普通水和纯水的测量，在电力、石油化工、钢铁冶炼等行业都有广泛的应用，用于除盐水的制水系统监测、给水系统的监测、锅炉炉水系统监测、蒸汽系统和凝结水系统的监测等。
ORP分析仪可用于工业废水处理工程的检测控制。
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