Elektrisk konduktivitetsmätare
En elektrisk konduktivitetsmätare ( EC-mätare ) mäter den elektriska konduktiviteten i en lösning . Den har flera tillämpningar inom forskning och ingenjörskonst, med vanlig användning inom hydroponik , vattenbruk , vattenkultur och sötvattensystem för att övervaka mängden näringsämnen, salter eller föroreningar i vattnet.
Princip
Vanliga laboratoriekonduktivitetsmätare använder en potentiometrisk metod och fyra elektroder. Ofta är elektroderna cylindriska och koncentriskt anordnade [ citat behövs ] . Elektroderna är vanligtvis gjorda av platinametall. En växelström appliceras på det yttre paret av elektroderna. Potentialen mellan det inre paret mäts [ citat behövs ] . Konduktiviteten skulle i princip kunna bestämmas genom att använda avståndet mellan elektroderna och deras ytarea med Ohms lag, men för noggrannhetens skull används i allmänhet en kalibrering med elektrolyter med välkänd konduktivitet.
Industriella konduktivitetssonder använder ofta en induktiv metod, som har fördelen att vätskan inte väter sensorns elektriska delar. Här används två induktivt kopplade spolar. Den ena är den drivande spolen som alstrar ett magnetiskt fält och den matas med exakt känd spänning. Den andra bildar en sekundärspole till en transformator. Vätskan som passerar genom en kanal i sensorn bildar ett varv i transformatorns sekundärlindning. Den inducerade strömmen är utsignalen från sensorn.
Ett annat sätt är att använda konduktivitetssensorer med fyra elektroder som är gjorda av korrosionsbeständiga material. En fördel med fyra-elektrods konduktivitetssensorer jämfört med induktiva sensorer är skalningskompensation [ förtydligande behövs ] och förmågan att mäta låga (under 100 μS/cm) konduktiviteter (en funktion som är särskilt viktig när man mäter nära 100 % fluorvätesyra).
Temperaturberoende
Konduktiviteten hos en lösning är mycket temperaturberoende , så det är viktigt att antingen använda ett temperaturkompenserat instrument eller att kalibrera instrumentet vid samma temperatur som lösningen som mäts. Till skillnad från metaller ökar konduktiviteten hos vanliga elektrolyter vanligtvis med ökande temperatur.
Över ett begränsat temperaturintervall kan hur temperaturen påverkar konduktiviteten hos en lösning modelleras linjärt med hjälp av följande formel:
![\sigma _{T}={\sigma _{{T_{{cal}}}}[1+\alpha (T-T_{{cal}})]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/96deb16e2dc6a3c94c6c9041c1a086a5891bae8a)
var
- T är provets temperatur,
- T cal är kalibreringstemperaturen,
- σ T är den elektriska ledningsförmågan vid temperaturen T ,
- σ T cal är den elektriska ledningsförmågan vid kalibreringstemperaturen T cal ,
- α är lösningens temperaturkompensationsgradient.
Temperaturkompensationsgradienten för de flesta naturligt förekommande vattenprover är cirka 2 %/C°; den kan dock variera mellan 1 och 3 %/C°. Kompensationsgradienterna för några vanliga vattenlösningar listas i tabellen nedan.
|
Vattenlösning vid 25 °C |
Koncentration ( massprocent ) |
α (%/C°) |
|---|---|---|
| HCl | 10 | 1,56 |
| KCl | 10 | 1,88 |
| H 2 SO 4 | 50 | 1,93 |
| NaCl | 10 | 2.14 |
| HF | 1.5 | 7.20 |
| HNO 3 | 31 | 31 |
Tillämpningar för konduktivitetsmätning
Konduktivitetsmätning är ett mångsidigt verktyg för processkontroll. Mätningen är enkel och snabb och de flesta avancerade sensorer kräver endast lite underhåll. Den uppmätta konduktivitetsavläsningen kan användas för att göra olika antaganden om vad som händer i processen. I vissa fall är det möjligt att utveckla en modell för att beräkna koncentrationen av vätskan.
Koncentration av rena vätskor kan beräknas när konduktiviteten och temperaturen mäts. De förinställda kurvorna för olika syror och baser är kommersiellt tillgängliga. Till exempel kan man mäta koncentrationen av fluorvätesyra med hög renhet med hjälp av konduktivitetsbaserad koncentrationsmätning [Zhejiang Quhua Fluorchemical, China Valmet Concentration 3300]. En fördel med konduktivitets- och temperaturbaserad koncentrationsmätning är den överlägsna hastigheten för inlinemätning jämfört med en on-line analysator.
Konduktivitetsbaserad koncentrationsmätning har begränsningar. Koncentration-konduktivitetsberoendet för de flesta syror och baser är inte linjärt. Konduktivitetsbaserad mätning kan inte avgöra på vilken sida av toppen mätningen är, och därför är mätningen endast möjlig på en linjär sektion av kurvan. Kraftmassafabriker använder . konduktivitetsbaserad koncentrationsmätning för att kontrollera alkalitillsatser till olika steg i kokningen Konduktivitetsmätning kommer inte att bestämma den specifika mängden alkalikomponenter, men det är en bra indikation på mängden effektiv alkali (NaOH + 1 ⁄ 2 Na 2 S som NaOH eller Na 2 O) eller aktiv alkali (NaOH + Na 2 S som NaOH eller Na20 ) i kokvätskan. Sammansättningen av spriten varierar mellan olika steg i kokningen. Därför är det nödvändigt att utveckla en specifik kurva för varje mätpunkt eller att använda kommersiellt tillgängliga produkter.
Det höga trycket och temperaturen i tillagningsprocessen, i kombination med en hög koncentration av alkalikomponenter, utsätter en stor belastning för konduktivitetssensorer som installeras i processen. Skalningen på elektroderna måste beaktas, annars avviker konduktivitetsmätningen, vilket kräver ökad kalibrering och underhåll.
Se även
externa länkar
- [./ Https://www.astm.org/d1125-14.html ASTM D1125-14 standardtestmetoder för elektrisk ledningsförmåga och resistivitet hos vatten]
- ASTM D5682
- DIN 55667