Датчики электропроводности

Измерение удельной электропроводности водных растворов становится все более востребованным для определения примесей в воде или измерения концентрации растворенных химических веществ.

Что такое электропроводность?

Электропроводность – это способность раствора пропускать или проводить электрический ток. Термин «электропроводность» происходит из закона Ома, E = I • R; где напряжение (E) – это произведение тока (I) и сопротивления (R); сопротивление определяется как отношение напряжения к току. При подаче напряжения на проводник протекает ток, который зависит от сопротивления проводника. Электропроводность определяется как величина, обратная сопротивлению раствора между двумя электродами.

Как мы измеряется электропроводность?

Для измерения электропроводности используют два наиболее распространенных типа датчиков: контактный и индуктивный (тороидальный, безэлектродный).

При использовании контактных датчиков электропроводность измеряется путем подачи переменного электрического тока на погруженные в раствор электроды датчика (которые вместе составляют константу ячейки) и измерения результирующего напряжения. Раствор действует как электрический проводник между электродами датчика.

При использовании индуктивного датчика (также называемого тороидальным или безэлектродным) его чувствительные элементы (электроды) индуктивного датчика не вступают в непосредственный контакт с технологической жидкостью. Эти две согласованные (идентичные катушки) заключены в оболочку из ПЭЭК (или тефлона), защищающую их от неблагоприятного воздействия технологической жидкости.   

Что делает раствор электропроводящим? 

За перенос электрического тока отвечают ионы, присутствующие в жидкости (Na, Ca, Cl, H, OH).

Измерение электропроводности – это количественный метод, где значение меняется в зависимости от общего содержания ионов, но данный метод не способен различить один тип проводящих ионов в присутствии других. Кроме того, на электропроводность влияют только ионы, способные проводить электричество, такие материалы, как, например, сахар или масло, не являются проводящими.

Сфера использования кондуктометрических систем достаточно широка: от чистой воды с электропроводностью1x10-7 См/см до концентрированных растворов со значениями выше 1 См/см. Примерами типовых применений может быть контроль общего содержания растворенных веществ в деминерализаторе, воде обратного осмоса, автоматизация процесса обратной продувки котла или измерение процентной концентрации бесконтактным датчиком.

В целом, измерение электропроводности – это быстрый и недорогой способ определения ионной силы раствора. Электропроводность используется для измерения чистоты воды или концентрации ионизированных химических веществ в воде. Это неспецифический метод, который не позволяет разделить ионы по типам, а дает показания, пропорциональные суммарному действию всех присутствующих ионов.

На точность измерения сильно влияют колебания температуры, поляризационные эффекты на поверхности соприкасающихся во средой электродов, емкость кабеля и т. д.

Компания Yokogawa разработала полный спектр прецизионных датчиков и преобразователей для выполнения надежных измерений даже в экстремальных условиях.

Как выбрать подходящий датчик? 

При выборе датчика электропроводности для применения необходимо учитывать следующее:

• Диапазон измерений (от него зависит константа ячейки датчика)
• Диапазон рабочей температуры (от него зависит исполнение датчика)
• Химический состав процесса (от него зависит, какие материалы, контактирующие со средой следует использовать)

Что такое константа ячейки, и почему мы должны беспокоиться о ней?

Константа ячейки – это математическое значение «множителя», которое используется для определения диапазона измерения датчика и определяется геометрической конструкцией ячейки. Константа ячейки рассчитывается путем деления расстояния (длины) между двумя измерительными пластинами на их площадь (площадь пластин определяется как площадь снаружи – площадь внутри = площадь между электродами).

Затем исходное значение электропроводности умножается на константу ячейки – вот почему электропроводность измеряется в мкСм (микросименс)/см.

Yokogawa предлагает датчики с четырьмя константами ячеек: 0,01, 0,1, 1,0 и 10,0, которые обеспечивают высокую точность всего диапазона измерений 0–2 000 000 мкСм. Эти значения известны как номинальная константа ячейки, тогда как реальная константа, указанная на датчике, может незначительно отличаться (например, 0,0198 вместо 0,02). 

Одна из проблем, возникающая при использовании датчика с неправильной константой ячейки – это поляризация. 

Одна из проблем, возникающая при использовании датчика с неправильной константой ячейки – это поляризация.

В первом примере показана правильная константа ячейки, при которой ионы могут свободно перемещаться от одного электрода к другому

Во втором примере показана та же константа ячейки, которая используется в растворе с высокой электропроводностью. Когда напряжение меняется (переключается полярность), ионы не могут свободно переместиться к другому электроду, поскольку плотность ионов слишком высока. Это приводит к тому, что меньшее количество ионов контактирует с «правильным электродом», что приводит к ошибочно низким показаниям.

Однако у индуктивного датчика ISC40 существует только одна константа ячейки, поэтому он охватывает весь диапазон измерения электропроводности 0–2000 См/см, но при этом на нижнем уровне (ниже 50 мкСм) страдает точность.