เซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้า

การวัดค่าการนำไฟฟ้าเฉพาะในสารละลายในน้ำมีความสำคัญมากขึ้นสำหรับการตรวจวัดสิ่งสกปรกในน้ำหรือการวัดความเข้มข้นของสารเคมีที่ละลาย

การนำไฟฟ้าคืออะไร?

การนำไฟฟ้าคือการวัดความสามารถของสารละลายในการส่งผ่านหรือนำกระแสไฟฟ้า คำว่า Conductivity มาจากกฎของโอห์ม E = I • R; โดยที่แรงดันไฟฟ้า (E) เป็นผลคูณของกระแส (I) และความต้านทาน (R); ความต้านทานถูกกำหนดโดยแรงดัน / กระแส เมื่อเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวนำกระแสไฟฟ้าจะไหลซึ่งขึ้นอยู่กับความต้านทานของตัวนำ การนำไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นส่วน กลับของความต้านทาน ของสารละลายระหว่างขั้วไฟฟ้าสองขั้ว

เราจะวัดค่าการนำไฟฟ้าได้อย่างไร?

มีรูปแบบเซ็นเซอร์พื้นฐานสองแบบที่ใช้สำหรับการวัดค่าการนำไฟฟ้า: การสัมผัส และ อุปนัย (Toroidal, Electrodeless)

เมื่อใช้เซนเซอร์แบบสัมผัสค่าการนำไฟฟ้าจะถูกวัดโดยการใช้กระแสไฟฟ้าสลับกับอิเล็กโทรดของเซ็นเซอร์ (ซึ่งรวมกันเป็นค่าคงที่ของเซลล์) ที่จุ่มอยู่ในสารละลายและวัดแรงดันไฟฟ้าที่ได้ สารละลายทำหน้าที่เป็นตัวนำไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดของเซ็นเซอร์


ด้วยอุปนัย (เรียกอีกอย่างว่า Toroidal หรือ Electrodeless) องค์ประกอบการตรวจจับ (อิเล็กโทรดโคลิส) ของประสาทสัมผัสแบบอุปนัยจะไม่สัมผัสโดยตรงกับกระบวนการ ทั้งสองที่จับคู่กัน (ขดลวดที่เหมือนกัน) ถูกห่อหุ้มด้วย PEEK (หรือเทฟลอน) เพื่อปกป้องพวกมันจากผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ของกระบวนการ

อะไรทำให้สารละลายเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า?

ไอออนที่ มีอยู่ในของเหลว (Na, Ca, Cl, H, OH) เป็นสิ่งที่รับผิดชอบในการนำกระแสไฟฟ้า

การนำไฟฟ้าเป็นเพียงการ วัดเชิงปริมาณ เท่านั้นโดยตอบสนองต่อเนื้อหาไอออนิกทั้งหมดและ ไม่สามารถแยกแยะวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าเฉพาะ ต่อหน้าผู้อื่นได้ วัสดุที่แตกตัวเป็นไอออนเท่านั้นที่จะช่วยในการนำไฟฟ้า วัสดุเช่นน้ำตาลหรือน้ำมันไม่นำไฟฟ้า

การใช้งานการนำไฟฟ้าครอบคลุมหลากหลายตั้งแต่น้ำบริสุทธิ์ที่น้อยกว่า 1x10^-7 S / cm ไปจนถึงสารละลายเข้มข้นที่มีค่ามากกว่า 1 S / cm ตัวอย่างการใช้งานดังกล่าว ได้แก่ WIFI, น้ำ demineralizer, น้ำ RO, ความเข้มข้นเปอร์เซ็นต์, การระเบิดของหม้อไอน้ำและ TDS

โดยทั่วไปการวัดค่าการนำไฟฟ้าเป็นวิธีที่รวดเร็วและราคาไม่แพงในการกำหนดความแรงไอออนิกของสารละลาย การนำไฟฟ้าใช้เพื่อวัด ความบริสุทธิ์ของน้ำ หรือ ความเข้มข้นของสารเคมีที่แตกตัวเป็นไอออน ในน้ำ เป็นเทคนิคที่ไม่เฉพาะเจาะจง ไม่สามารถแยกความแตกต่าง ระหว่างไอออนประเภทต่างๆได้ทำให้การอ่านเป็น สัดส่วนกับผลรวมของไอออนทั้งหมดที่มีอยู่​

ความแม่นยำของการวัดได้รับอิทธิพลอย่างมากจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิผลโพลาไรซ์ที่พื้นผิวของขั้วไฟฟ้าสัมผัสความจุของสายเคเบิล ฯลฯ

โยโกกาวา ได้ออกแบบเซนเซอร์และเครื่องมือที่มีความแม่นยำเต็มรูปแบบเพื่อรับมือกับการวัดเหล่านี้แม้ในสภาวะที่รุนแรง

ฉันจะเลือกเซ็นเซอร์ที่เหมาะสมได้อย่างไร?

เมื่อเลือกเซ็นเซอร์วัดค่าการนำไฟฟ้าสำหรับแอปพลิเคชันเราจำเป็นต้องพิจารณาสิ่งต่อไปนี้:

• ช่วงการวัดคืออะไร? (สิ่งนี้กำหนดว่าจะต้องใช้ ค่าคงที่ของเซลล์ใด)​
• อุณหภูมิของกระบวนการคืออะไร? (เราได้กำหนดมาตรฐานไว้ที่ Pt1000)
• การแต่งหน้าทางเคมีของกระบวนการคืออะไร? (สิ่งนี้จะกำหนดว่าเรานำเสนอวัสดุก่อสร้างชนิดใดเพื่อให้แน่ใจว่าสารเคมีเข้ากันได้)

อะไร คือ ค่าคงที่ของเซลล์ และทำไมเราต้องกังวลเกี่ยวกับเรื่องนี้?

ค่าคงที่ของเซลล์คือค่าทางคณิตศาสตร์สำหรับ "ตัวคูณ" ที่ใช้กำหนดช่วงการวัดของเซ็นเซอร์ ค่าทางคณิตศาสตร์นี้กำหนดโดยการออกแบบทางเรขาคณิตของเซลล์ คำนวณโดยการหารระยะทาง (ความยาว) ระหว่างแผ่นวัดทั้งสองด้วยพื้นที่ของแผ่นเปลือกโลก (พื้นที่ของแผ่นจะถูกกำหนดโดยพื้นที่ด้านนอก - พื้นที่ด้านใน = พื้นที่ระหว่างขั้วไฟฟ้า)

จากนั้นค่าการนำไฟฟ้าดิบจะถูกคูณด้วยค่าคงที่ของเซลล์ซึ่งเป็นสาเหตุที่เราเห็นหน่วย µS (ไมโครเซียเมน) / ซม.

โยโกกาวา มีค่าคงที่ของเซลล์ 4 ค่า: 0.01, 0.1, 1.0 และ 10.0 ซึ่งให้ความแม่นยำของช่วงการวัดทั้งหมดที่ 0-2,000,000 µS ค่าเหล่านี้เรียกว่า ค่าคงที่ของเซลล์เล็กน้อย ในขณะที่ค่าคงที่ของเซลล์ที่พิมพ์บนเซ็นเซอร์อาจแตกต่างกันเล็กน้อย (คุณจะเห็น 0.0198 แทนที่จะเป็น 0.02) คือค่าคงที่ของเซลล์เฉพาะสำหรับเซ็นเซอร์นั้น

ปัญหาอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นเมื่อใช้ค่าคงที่ของเซลล์ที่ไม่ถูกต้องคือ โพลาไรเซชัน​

ตัวอย่างแรกแสดงวิธีแก้ปัญหาที่มีค่าคงที่ของเซลล์ที่ถูกต้องซึ่งไอออนมีอิสระในการเดินทางจากจานหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง

ตัวอย่างที่สองแสดงค่าคงที่ของเซลล์เดียวกันที่ใช้ในสารละลายที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง เมื่อแรงดันไฟฟ้าสลับกัน (สลับขั้ว) ไอออนจะไม่สามารถเคลื่อนที่ไปยังแผ่นอื่นได้อย่างอิสระเนื่องจากความหนาแน่นของไอออนสูงเกินไป ส่งผลให้ไอออนสัมผัสกับเพลตที่ถูกต้องน้อยลงซึ่งจะส่งผลให้การอ่านค่าต่ำผิดพลาด


อย่างไรก็ตามสำหรับ ISC40 Inductive Sensor มีเพียงเซลล์เดียว (ค่าคงที่) ครอบคลุมช่วงการวัดค่าการนำไฟฟ้าทั้งหมด 0-2,000 S / cm. แต่ในระดับต่ำสุด (ต่ำกว่า 50µS) เท่านั้นที่จะทำให้ความแม่นยำของเซ็นเซอร์ได้รับผลกระทบ