Перейти к основному содержимому
Üsküdar / İstanbul

Измерение электропроводности: типы датчиков, константа ячейки и выбор

Электропроводность — косвенный показатель концентрации растворённых ионов в воде; на ней основаны решения от качества чистой воды до циклов концентрирования в котлах и градирнях. Непрерывный контроль позволяет сразу увидеть потерю циклов или утечку.

Что измеряет электропроводность?

Электропроводность — косвенный показатель концентрации растворённых ионов в воде. В водных растворах она возникает из-за диссоциации растворённых кислот, оснований и солей на положительные и отрицательные ионы. В сверхчистой воде, где ионов почти нет, остаётся лишь небольшое количество ионов H₃O⁺ и OH⁻, и электропроводность чрезвычайно низка; эта собственная электропроводность воды образует нижнюю границу шкалы. Практические единицы — µS/cm и mS/cm (1 mS = 1000 µS); единица СИ — S/m.

При измерении на ячейку из двух или четырёх электродов подают переменное напряжение и измеряют сопротивление. Константа ячейки компенсирует геометрию ячейки и определяется калибровкой по стандарту электропроводности. Поскольку электропроводность зависит от температуры, в датчике есть температурный элемент, а значение приводится к эталонной температуре 25 °C.

Четыре вопроса, определяющие выбор датчика

  1. Диапазон: сверхчистая вода — несколько µS/cm и менее, вода котлов и градирен — десятки тысяч µS/cm, концентрированные растворы — сотни mS/cm. Диапазон определяет константу ячейки и число электродов.
  2. Среда: чистая вода или агрессивный раствор, оставляющий отложения или загрязнения? Во втором случае в игру вступает тороидальный (безэлектродный) датчик.
  3. Условия процесса: температура, давление, требования к CIP/SIP или автоклавированию и материал, контактирующий со средой (нержавеющая сталь, PEEK, графит, титан, платина).
  4. Присоединение и выход: PG13.5, Tri-Clamp, NPT или Varivent; цифровой Arc, 4-20 mA, пассивный или активный датчик; а также контроллер, к которому он подключается.

Сравнение 2-электродных, 4-электродных и тороидальных датчиков

ТипПринципПреимуществоОграничениеПримеры продукции
2-электродный контактныйДва электрода, сопротивление измеряется переменным напряжениемПрост и экономичен; чувствителен при низкой электропроводности (чистая и сверхчистая вода)Одна ячейка не охватывает широкий диапазон; константа ячейки выбирается под диапазонConducell UPW (0.01-1500 µS/cm Arc), Conducell 2DC-PG (10 µS/cm - 20 mS/cm)
4-электродный контактныйЧетыре электрода, хорошая линейность в широком диапазонеОт следовых значений до очень высокой электропроводности одним датчикомДля диапазона сверхчистой воды больше подходит 2-электродный тип UPWConducell 4UxF (1 µS/cm - 500 mS/cm аналоговый), Conducell 4US (0.1 µS/cm - 500 mS/cm)
Безэлектродный (тороидальный)Бесконтактное индуктивное измерение герметизированными катушкамиНечувствителен к отложениям и загрязнению; долгий срок службы в агрессивных и концентрированных растворахДиапазоны начинаются с сотен µS/cm; не подходит для чистой водыТороидальные датчики Walchem CPVC и PEEK (500 µS/cm - 2000 mS/cm)
Контактный, для градирен и котловГрафитовый или стальной электрод, константа ячейки 0.01 - 10.0Выбор константы ячейки охватывает низкую и высокую электропроводность; доступны монтажные принадлежности для градирен и котловНе подходит для масляных сред и сред с отложениямиКонтактные датчики Walchem (константа ячейки 1.0: 0-30 000 µS/cm; 10.0: 0-300 000 µS/cm)

Диапазон, температура, давление и присоединение по семействам

Значения взяты из каталогов и брошюр производителей и приведены к 25 °C. Для получения кода заказа и актуальных технических значений пришлите номер модели.

ДатчикДиапазон измеренияКонстанта ячейкиТемператураДавлениеПрименение
Hamilton Conducell UPW (на английском)Arc: 0.01-1500 µS/cm; аналоговый: 0.02-2000 µS/cmменее 0.1/cm (2-электродный)0-130 °C10 bar (130 °C)Сверхчистая вода, чистая вода, WFI
Hamilton Conducell 4UxF (на английском)Arc: 1 µS/cm - 300 mS/cm; аналоговый: 1 µS/cm - 500 mS/cm0.36/cm (4-электродный)от -20 до 150 °C20 bar (135 °C); 10 bar (150 °C)CIP, биопроцессы, химическая и фармацевтическая промышленность
Hamilton Conducell 4US (на английском)0.1 µS/cm - 500 mS/cm0.147/cm (4-электродный)0-135 °C0-20 bar (135 °C)Контроль CIP, ферментация
Hamilton Conducell 2DC-PG (на английском)10 µS/cm - 20 mS/cm1/cm (2-электродный)от -5 до 80 °C6 barВода и сточные воды
Walchem контактный (градирня) (на английском)0-30 000 µS/cm (константа ячейки 1.0)1.0Типично для градирни 0-70 °CПолипропилен 10 bar; нержавеющая сталь + PEEK 20 barУправление продувкой градирни
Walchem контактный (котёл) (на английском)0-30 000 µS/cm; константа ячейки 10.0 с W100/W600 достигает 0-300 000 µS/cm1.0 или 10.0Типично для котла 0-205 °C17.2 bar (250 PSI)Непрерывная продувка котла
Walchem контактный (общий) (на английском)Константа ячейки 0.01: 0-0.3 mS; 0.1: 0-3 mS; 1.0: 0-30 mS; 10.0: 0-300 mS0.01 / 0.1 / 1.0 / 10.0Полипропилен 0-100 °C; нержавеющая сталь 0-120 °CPP 6.9 bar; SS 13.8 barСистема RO, линия конденсата
Walchem тороидальный (на английском)500 µS/cm - 2000 mS/cm; активные узкие диапазоны 0.1-1, 1-10, 10-100, 100-1000 mS6.286 (пассивная модель)Корпус CPVC и PEEK; примерно 70-120 °C в зависимости от моделиCPVC 140 PSI (около 9.7 bar); PEEK 250 PSI (около 17 bar)Химическая ванна, хроматы, скруббер

Согласование константы ячейки и диапазона

Один датчик не работает одинаково хорошо при любой электропроводности: малая константа ячейки подходит для низкой электропроводности, большая — для высокой. У контактных датчиков Walchem, совместимых с контроллерами W100/W600, константа ячейки 0.01 достигает 0-0.3 mS, 0.1 — 0-3 mS, 1.0 — 0-30 mS и 10.0 — 0-300 mS.

Температура непосредственно влияет на диапазон. В таблице множителей диапазона Walchem значение составляет 100 % при 25 °C, 181.3 % при 0 °C, 75.5 % при 40 °C, 55.6 % при 60 °C и 35.7 % при 100 °C, а для тороидального датчика 22.9 % при 180 °C: на горячей линии верхний предел, который может измерить датчик, заметно ниже каталожного значения. Проверяйте диапазон при температуре процесса, а не при 25 °C.

Встроенный температурный элемент датчиков Hamilton Conducell предназначен только для компенсации электропроводности и не должен использоваться для управления температурой процесса. В руководстве 4UxF также отмечено, что константа ячейки зависит от геометрии монтажа, поэтому датчик следует калибровать в установке, подобной процессу, а уплотнительные кольца — расходные детали, которые заменяют не позднее чем через год.

Какой датчик для какого применения?

ПрименениеЗачем электропроводностьПодход к выбору датчикаПодробнее
Чистая вода, WFI, сверхчистая водаКритерий приёмки/отбраковки фармацевтического класса воды; непрерывная регистрация2-электродный датчик UPW, соответствующий USP 645, Arc или VP6Электропроводность чистой воды и USP 645 (на английском)
Пермеат RO и выход EDIПроизводительность мембраны и качество на выходеКонтактный датчик с малой константой ячейки или тип UPWСистемы RO · Системы EDI
Котловая вода и конденсатУправление продувкой, уносом и пенообразованием; чистота конденсатаКонтактный датчик котлового типа, константа ячейки 1.0 или 10.0Электропроводность котловой воды (на английском)
ГрадирняЦиклы концентрирования и уставка продувкиКонстанта ячейки 1.0, корпус из полипропилена или нержавеющей стали + PEEKАвтоматизация градирен (на английском)
CIP и пищевая промышленность и напиткиРазделение фаз, вытеснение промывной воды, концентрация химических реагентов4-электродный 4UxF или 4US; детали, контактирующие со средой, соответствуют требованиям FDACIP и SIP: пояснения (на английском)
Химическая ванна, хроматы, скрубберКонцентрация ванны, подача химических реагентовБезэлектродный тороидальный датчик; результат в µS/cm, mS/cm, ppm или % концентрацииТороидальный датчик электропроводности (на английском)

Контроллеры, трансмиттеры и выходы

Walchem: контроллерам WebMaster нужен активный датчик с электроникой, преобразующей сигнал в напряжение; для контактных датчиков серии W400, W600 и W100 работают с пассивными датчиками. Intuition-6 и Intuition-9 имеют универсальный вход датчика и принимают как контактные, так и безэлектродные датчики электропроводности. См. контроллеры Walchem для водоподготовки (на английском).

Hamilton: датчики Arc выдают полностью температурно-компенсированный сигнал непосредственно по Modbus и 4-20 mA, поэтому трансмиттер не нужен; аналоговые датчики (VP) подключаются ко входу трансмиттера.

О портативных измерениях см. руководство по портативным анализаторам воды (на английском). Более широкий ряд онлайн-приборов — на странице онлайн-анализаторов (на английском) и на страницах брендов Hamilton и Walchem (на английском).

Если вы ищете аналог вашего текущего прибора, пришлите марку и модель на [email protected], и наши инженеры смогут предложить аналог с тем же присоединением и диапазоном измерения.

ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

Часто задаваемые вопросы

Технические ответы от Mikron Proses.

Как выбрать датчик электропроводности?

Решают четыре вопроса. 1) Ожидаемый диапазон: сверхчистая вода и пермеат RO имеют несколько µS/cm и менее, вода котлов и градирен — десятки тысяч µS/cm, концентрированные растворы — сотни mS/cm; диапазон определяет константу ячейки и число электродов. 2) Среда: чистая вода или агрессивный раствор, образующий отложения или загрязнение на электродах, — в последнем случае рассматривают тороидальный (безэлектродный) датчик. 3) Условия процесса: температура, давление, требования к CIP/SIP и автоклавированию. 4) Присоединение и выход: PG13.5, Tri-Clamp, NPT, цифровой Arc, 4-20 mA, пассивный или активный датчик.

Чем отличаются 2-электродные и 4-электродные датчики электропроводности?

Оба типа подают на электроды переменное напряжение и измеряют сопротивление. 2-электродная ячейка проста и экономична и очень хорошо работает при низкой электропроводности, например в сверхчистой и чистой воде; Hamilton Conducell UPW — 2-электродный и в исполнении Arc измеряет 0.01-1500 µS/cm. 4-электродная ячейка даёт широкий диапазон и хорошую линейность: Conducell 4UxF измеряет от 1 µS/cm до 500 mS/cm по аналоговому выходу и до 300 mS/cm по выходу Arc. Как общее правило, 2-электродные датчики применяют для чистой воды с предельно низкой электропроводностью, а 4-электродные — для процессов с широким диапазоном или высокой электропроводностью.

Что такое константа ячейки и почему она важна?

Электропроводность определяют, подавая переменное напряжение на измерительную ячейку и измеряя сопротивление; константа ячейки компенсирует геометрию ячейки и определяется калибровкой по стандарту электропроводности. Малая константа ячейки подходит для области низкой электропроводности, большая — для высокой. Контактные датчики Walchem выпускаются с константами ячейки 0.01 / 0.1 / 1.0 / 10.0; по каталогу Hamilton константа составляет менее 0.1/cm для UPW, 0.147/cm для 4US, 0.36/cm для 4UxF и 1/cm для 2DC-PG. Константа ячейки зависит также от монтажа, поэтому Hamilton рекомендует калибровать датчик в той геометрии, в которой он установлен.

Когда предпочтителен тороидальный (безэлектродный) датчик электропроводности?

Когда раствор образует отложения на электродах, загрязняет или корродирует их, как в масляных моющих ваннах, растворах хроматов, промывочных баках и скрубберах. Герметизированный тороидальный датчик Walchem не имеет прямого электрического контакта с раствором, и тонкие отложения на него не влияют. Его диапазоны — примерно 500 µS/cm - 2000 mS/cm (узкополосные активные модели начинаются с 0.1-1 mS/cm), поэтому для очень малоэлектропроводных вод, таких как чистая вода и пермеат RO, нужен контактный датчик или датчик типа UPW. См. руководство по тороидальным датчикам электропроводности (на английском).

Почему электропроводность указывают при 25 °C?

Электропроводность растворов заметно меняется с температурой, поэтому измерение выполняют вместе с температурным элементом (термистором или RTD), а значение приводят к эталонной температуре 25 °C. В таблице диапазонов Walchem 25 °C принято за 100 %; множитель составляет 181.3 % при 0 °C, 55.6 % при 60 °C и 35.7 % при 100 °C, поэтому верхний предел, который может измерить данный датчик, уменьшается с ростом температуры. При выборе датчика проверяйте диапазон при температуре процесса.

Как связаны электропроводность и TDS?

TDS напрямую не измеряется, а рассчитывается из электропроводности с помощью коэффициента. Коэффициент различается для каждого типа воды; в руководствах по эксплуатации производителей RO приводится зависимость TDS = K × EC25 и указано, что K следует определять для каждого потока. Портативный измеритель Pyxis SP-600 по умолчанию использует 0.67 × µS/cm, коэффициент настраивается пользователем. В управлении котлами и градирнями электропроводность обычно используют непосредственно как уставку, а пересчёт в TDS нужен только для отчётности.

Какой стандарт используется для калибровки датчика электропроводности?

Стандарт электропроводности, близкий к ожидаемому диапазону. В каталоге Hamilton перечислены стандарты 1.3 / 5 / 15 / 84 / 100 / 147 / 706 / 1413 / 12 880 / 100 000 µS/cm (25 °C); стандарты 1.3 и 5 µS/cm поставляются с сертифицированной точностью 1 %. Обычные стандарты низкой электропроводности после вскрытия флакона дрейфуют из-за поглощения CO2, а состав Hamilton на глицериновой основе, как указано, этой проблемы лишён. Для чистой воды подробная методика изложена в руководстве по электропроводности чистой воды (на английском).

Позвонить Запрос