Leitfähigkeitssensoren


Die Messung der spezifischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen wird immer wichtiger für die Bestimmung von Verunreinigungen im Wasser oder für die Konzentrationsmessung gelöster Chemikalien.

Was ist Leitfähigkeit?

(Elektrische) Leitfähigkeit ist das Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, z. B. einer Lösung, einen elektrischen Strom zu leiten. Der Begriff „elektrische Leitfähigkeit“ ist aus dem ohmschen Gesetz U=I•R abgeleitet; dabei ist die Spannung (U) das Produkt von Strom (I) und Widerstand (R); der Widerstand ergibt sich aus dem Verhältnis von Spannung zu Strom. Wird eine Spannung an einen Leiter angelegt, fließt ein Strom, der vom Widerstand des Leiters abhängt.  Leitfähigkeit ist hier einfach definiert als der Kehrwert des Widerstands einer Lösung zwischen zwei Elektroden.

  • Die Messung der spezifischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen wird immer wichtiger für die Bestimmung von Verunreinigungen im Wasser.  Yokogawa hat ein vollständiges Programm an Präzisionssensoren und -instrumenten entwickelt, um diese Messungen auch unter extremen Bedingungen zuverlässig durchführen zu können.

  • Diese Sensoren sind für Anwendungen bei niedriger Leitfähigkeit vorgesehen, wie sie in der Halbleiter- und Kraftwerksindustrie-, der Wasserwirtschaft und der Pharmabranche vorkommen; sie zeichnen sich durch eine zweckmäßige kompakte Bauform aus.

  • Die Hamilton CONDUCELL 4US-Sensoren für Triclover- und INGOLD-Prozessanschlüsse kommen oft dann erfolgreich zum Einsatz, wenn die Zugangsöffnung für induktive Sensoren zu schmal ist.

  • Diese Leitfähigkeitszellen weisen extrem hohe Temperatur- und Druckbereiche auf: Die Gewindeausführungen halten einem Druck von 16 bar bei 200 °C stand und die Flanschausführungen einem Druck von 40 bar bei 250 °C.

  • The model ISC40 sensors are designed for use with the EXA ISC analyzers. This combination exceeds all expectations for conductivity measurement in terms of reliability, accuracy, rangeability and price performance. 

  • In zahlreichen industriellen Anwendungen ist die Messung und/oder Regelung einer bestimmten Ionenstärke im Prozess entscheidend für ein optimales Endprodukt im Prozess. Um die gewünschte prozentuale Konzentration zu erhalten, wird eine konzentrierte Lösung mit Wasser gemischt.  

  • Das kompakte, leichte und wasserdichte SC72 ist der ideale Leitfähigkeitsmesser für den Feldeinsatz. Mit weit gefasster, automatischer Bereichseinstellung, automatischer Temperaturkompensation, Selbstdiagnosefunktionen und einer großen, leicht abzulesenden LCD-Anzeige.

  • Die Messung der spezifischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen wird immer wichtiger für die Bestimmung von Verunreinigungen im Wasser. Yokogawa hat ein vollständiges Programm an Präzisionssensoren und -instrumenten entwickelt, um diese Messungen auch unter extremen Bedingungen erfolgreich durchführen zu können.

  • Bei größeren Entfernungen zwischen der Messstelle und dem Analysator, insbesondere wenn die Entfernung die Länge der Standard-Elektrodenkabel überschreitet, bietet dieses Anschlusszubehör eine zweckmäßige Möglichkeit zum Anschluss der Sensorkabel an das Messinstrument.

  • Diese Kabel sind für die Verwendung mit Leitfähigkeits-Messzellen von Yokogawa vorgesehen, die über einen Kabelstecker verfügen. Die Stecker/Buchse-Verbindung zwischen Zelle und Kabel entspricht der Schutzart IP65.

  • Die Messumformer SC450G und SC202G(S) von Yokogawa haben sich zusammen mit geeigneten 4-Elektroden-Sensoren über einen breiten Leitfähigkeitsbereich bestens bewährt. Die Hamilton CONDUCELL 4US-Sensoren für Triclover- und INGOLD-Prozessanschlüsse kommen oft dann erfolgreich zum Einsatz, wenn die Zugangsöffnung für induktive Sensoren zu schmal ist.

Die Messung der spezifischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen wird immer wichtiger für die Bestimmung von Verunreinigungen im Wasser oder für die Konzentrationsmessung gelöster Chemikalien.

Was ist Leitfähigkeit?

(Elektrische) Leitfähigkeit ist das Maß für die Fähigkeit eines Stoffes, z. B. einer Lösung, einen elektrischen Strom zu leiten. Der Begriff „elektrische Leitfähigkeit“ ist aus dem ohmschen Gesetz U=I•R abgeleitet; dabei ist die Spannung (U) das Produkt von Strom (I) und Widerstand (R); der Widerstand ergibt sich aus dem Verhältnis von Spannung zu Strom. Wird eine Spannung an einen Leiter angelegt, fließt ein Strom, der vom Widerstand des Leiters abhängt.  Leitfähigkeit ist einfach definiert als Kehrwert des Widerstands einer Lösung zwischen zwei Elektroden.

Wie wird Leitfähigkeit gemessen?

Es gibt zwei grundlegende Sensorarten zur Messung der Leitfähigkeit: Konduktive Sensoren und induktive Sensoren .

Im Fall von konduktiven Sensoren wird die Leitfähigkeit durch Anlegen eines Wechselstroms an die in eine Lösung eingetauchten Sensorelektroden und Messung der resultierenden Spannung bestimmt. Die Lösung fungiert als elektrischer Leiter zwischen den Sensorelektroden.


Bei induktiven Sensoren (auch als Ringsensoren bezeichnet) kommen die Messelemente (Elektrodenspulen) nicht in direkten Kontakt mit dem Prozess. Diese beiden auf einander abgestimmten Elektroden (identische Spulen) sind in PEEK (oder Teflon) gekapselt und so vor den schädlichen Wirkungen des Prozessmediums geschützt.   


Was macht eine Lösung leitfähig? 

Ionen in der Flüssigkeit (z.B. Na+, Ca2+, Cl-, H+, OH-) sind für das Entstehen des elektrischen Stroms verantwortlich.

Leitfähigkeit ist lediglich eine quantitative Größe: sie reagiert auf den gesamten Ionengehalt und kann nicht zwischen einzelnen leitfähigen Substanzen unterscheiden. Nur ionisierbare Stoffe tragen zur Leitfähigkeit bei, Stoffe wie Zucker oder Öle sind nicht leitfähig.

Leitfähigkeitsmessungen decken einen weiten Bereich ab von reinem Wasser mit weniger als 1x10-7 S/cm bis zu konzentrierten Lösungen mit Werten von mehr als 1 S/cm. Die Leitfähigkeitsmessung findet Anwendung bei der Entsalzung von Wasser, der Osmose, der Absalzung von Kesseln, der Bestimmung der prozentualen Konzentration von Inhaltsstoffen oder der gesamten gelösten Feststoffe (TSD).

Im Allgemeinen stellt die Leitfähigkeitsmessung eine schnelle und preiswerte Methode zur Bestimmung der Ionenstärke einer Lösung dar. Die Leitfähigkeitsmessung dient zur Bestimmung der Wasserreinheit oder der Konzentration ionisierter Inhaltsstoffe im Wasser. Es ist eine unspezifische Technik, die nicht zwischen verschiedenen Ionentypen unterscheiden kann , sondern einen Messwert liefert, der proportional zur kombinierten Wirkung aller vorhandenen Ionen ist.

Die Messgenauigkeit wird stark beeinflusst von Temperaturschwankungen, Polarisierungseffekten an der Oberfläche der Kontaktelektroden, Kabelkapazitäten, usw.

Yokogawa hat ein vollständiges Programm an Präzisionssensoren und -instrumenten entwickelt, um diese Messungen auch unter extremen Bedingungen zuverlässig durchführen zu können.

Wie wählt man den richtigen Sensor aus? 

Bei der Auswahl eines Leitfähigkeitssensors für eine Anwendung sind folgende Punkte zu berücksichtigen:

  • Wie groß ist der erforderliche Messbereich? (Davon hängt ab, welche Zellkonstante erforderlich ist).
  • Welches ist die Prozesstemperatur? (Wir haben Pt1000 als Standard festgelegt)
  • Wie sieht die chemische Zusammensetzung des Prozessmediums aus? (Davon hängt ab, welchen Werkstoff wir anbieten, um chemische Beständigkeit zu gewährleisten).

Was bedeutet die Zellkonstante, und warum muss man sich darüber Gedanken machen?

Die Zellkonstante ist ein mathematischer Wert für einen „Multiplikationsfaktor“ zur Bestimmung des Messbereichs des Sensors. Dieser mathematische Wert hängt von der Geometrie der Zelle ab. Er wird berechnet durch Division des Abstands zwischen den beiden Elektrodenplatten durch die Fläche der Elektrodenplatten (die Plattenfläche entspricht dem Bereich außerhalb minus dem Bereich innerhalb, woraus sich der Bereich zwischen den Elektroden ergibt).

Der Leitfähigkeitsrohwert wird dann mit der Zellkonstante multipliziert, weshalb die Einheit µS (Mikrosiemens)/cm angezeigt wird.

Yokogawa bietet Sensoren mit vier verschiedenen Zellkonstanten an: 0,01, 0,1, 1,0 und 10,0, die den gesamten Messbereich von 0–2.000.000 µS präzise abbilden. Diese Werte werden als nominale Zellkonstante bezeichnet, während die am Sensor angegebene Zellkonstante leicht davon abweichen kann. (z. B. ist 0,0198 statt 0,02 die spezifische Zellkonstante für diesen Sensor.) 

Eines der Probleme, die bei Verwendung einer falschen Zellkonstante auftreten können, ist Polarisierung

correct_cc_selected

Das erste Beispiel zeigt eine Anwendung mit der korrekten Zellkonstante, bei der sich die Ionen frei von einer Platte zur anderen bewegen können.

wrong_cc_used

Das zweite Beispiel zeigt die Anwendung der gleichen Zellkonstante in einem stark leitfähigen Medium.  Wenn die Spannung alterniert (die Polarität wechselt), können sich die Ionen nicht frei zur anderen Platte bewegen, da die Ionendichte zu hoch ist.  Dies hat zur Folge, dass weniger Ionen in Kontakt mit der richtigen Platte kommen, sodass sich ein falscher, zu niedriger, Ablesewert ergibt.


Für den induktiven Sensor ISC40 gibt es jedoch nur einen einzigen Zellfaktor (Zellkonstante). Er deckt den gesamten Leitfähigkeitsmessbereich von 0–2.000 S/cm ab. Aber nur am unteren Ende (unterhalb von 50µS) leidet die Sensorgenauigkeit.

Applikations-beschreibungen
Übersicht:

To defray energy costs, many industrial plants have their own boilers to generate steam to produce a portion of their energy needs. In addition to generating power, the steam may also be used directly in plant processes or indirectly via heat exchangers or steam jacketed vessels. 

Industrien:
Übersicht:

In the past, the boiler feed tank systems in sugar factories had to be checked several times a day to make sure there were no sugar solution leaks. This was a very laborious process and, as continuous monitoring was not possible, monitoring results were not reliable. When a leak occurred, recovery operations were very costly and time-consuming.

Industrien:
Applikations-beschreibungen
Übersicht:

The term "cooling tower" is used to describe both direct (open circuit) and indirect (closed circuit) heat rejection equipment. Cooling towers are heat-transfer units, used to remove heat from any water-cooled system. The cooled water is then re-circulated (and thus, recycled) back into the system. Since the process water is re-circulated, the mineral concentration increases as a result of the evaporation.

Industry:Refining, Food and Beverage, Power, Oil and Gas, Pulp and Paper, Chemical

Industrien:
Übersicht:

Control of sodium chloride (NaCl) concentration at a salt dissolver where solid salt is dissolved in water, is highly important because of the electrolysis efficiency. A conventional way of measuring the concentration of supersaturated NaCl solution had been performed by using non-contact type sensors (e.g., γ-ray density meter) since NaCl, impurities, and precipitates are in the solution.

Übersicht:

In a semiconductor plant, a variety of chemicals are used in various manufacturing processes. The chemicals used for specific purposes are produced by diluting raw liquid with demineralized water using in diluting equipment, and the control of the concentration at this point is performed by conductivity measurement. 

Übersicht:

In the manufacturing process of Pharmaceutical, Chemical and Food & Beverage industries, the cleaning and sterilization of tanks and piping are done with various cleaning solutions, fresh or hot water and steam after manufacturing products. Clean-In-Place (CIP) is the system designed for automatic cleaning and disinfecting.

Applikations-beschreibungen
Übersicht:

Reverse osmosis (RO) is a separation process that uses pressure to force a solution through a membrane that retains the solute on one side and allows the pure solvent to pass to the other side. More formally, it is the process of forcing a solvent from a region of high solute concentration through a membrane to a region of low solute concentration by applying a pressure in excess of the osmotic pressure.

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