Przetworniki pH i przewodności

Przetworniki, mierniki, regulatory i kontrolery – pomiary pH, redox, przewodności

Przetworniki, mierniki i regulatory pH WIL-102-PH (Shinko Technos) - https://acse.pl
Sterowniki pH i przewodności

Pomiary pH, redox, przewodności, rezystywności, zmętnienia, zasolenia oraz zawartości tlenu to podstawowe parametry fizykochemiczne, które są mierzone i regulowane w różnych instalacjach przemysłowych i nie tylko. Do pomiaru w/w parametrów służą różnego rodzaju przetworniki pH, redox, przewodności, itp. Parametry te są mierzone głównie w instalacjach przeznaczonych do oczyszczania i przygotowywania wody (t.j. oczyszczalnie ścieków, stacje przygotowania wody, itp.), linie do przygotowania powierzchni przed malowaniem (różnego typu myjki) lub linie do obróbki galwanicznej, itd. Do po pomiaru, relacji, kontroli, sterowania pH, potencjału redox (ORP), konduktancji, zawartości tlenu służą różnego rodzaju przetworniki, cyfrowe mierniki, regulatory i elektroniczne rejestratory procesów fizykochemicznych.

Pomiary pH (przetwarzanie, pomiar i regulacja pH)


Pomiar pH jest jednym z najczęściej wykonywanych pomiarów, ponieważ wartość pH ma bardzo duży wpływ na przebieg różnych procesów. Przemysłowy pomiar pH odbywa się najczęściej w oparciu o układ składający się ze szklanej elektrody pH i przetwornika lub regulatora. Szklana elektroda pozwala na pomiar ciągły wartości pH, bez przerywania procesu technologicznego. Zakres pomiarowy elektrody szklanych pokrywa praktycznie cały zakres pomiaru pH (0…14pH). W zależności od aplikacji mogą być stosowane są różnego rodzaju elektrody pH. Elektrody szklane charakteryzują się wysoką niezawodnością oraz żywotnością, przy założeniu, że zostały odpowiednio dobrane, zamontowane i eksploatowane.

Przetworniki, mierniki i regulatory pH, redox i przewodności AER-102  (Shinko Technos) - https://acse.pl
Regulator i sterownik pH i przewodności

Typowa elektroda pH składa się z dwóch elektrochemicznych półogniw, elektrody pomiarowej i elektrody odniesienia. Elementem pomiarowym jest szklana membrana, która posiada negatywny ładunek, natomiast jony wodorowe występujące w medium są naładowane dodatnio, dlatego im większa liczba jonów wodorowych gromadzi się na powierzchni membrany, tym na niej pojawia się większy potencjał (potencjał dodatni). Wartość pH mierzonego medium nie ma wpływu na potencjał elektrody odniesienia, który jest stały. Różnica potencjału dwóch elektrod powoduje wytworzenie sygnału elektrycznego czujnika (napięcia). Do powstania napięcia na elektrodzie konieczne jest połączenie pomiędzy oboma elektrodami, połączenie to jest realizowane przez diafragmę oraz elektrolit wypełniający system odniesienia (żelowy roztwór chlorku potasu KCL). Jony elektrolitu docierają do mierzonego roztworu przez diafragmę, zapewniając w ten sposób transport ładunku elektrycznego. Poprawność doboru elektrody pH determinuje jej żywotność, a co za tym idzie częstotliwość jej kalibracji lub wymiany.

Jak prawidłowo dobrać elektrodę pH?

Elektrody pH i redox
Elektroda pH

Podstawą prawidłowego doboru elektrody pH jest poznanie właściwości mierzonego medium oraz miejsca montażu elektrody. Podstawowymi parametrami doboru elektrody są: rodzaj medium, jego temperatura oraz ciśnienie.
Kolejnym etapem jest wybór rodzaju diafragmy. Im bardziej przepuszczalna jest diafragma, tym bardziej stabilny jest potencjał elektrody odniesienia. Diafragma jest połączeniem elektrody odniesienia z elektrodą pomiarową, która zapewnia ciągłe połączenie między tymi układami (nie może ulec zatkaniu). Jeśli mamy do czynienia z czystym medium, takim jak woda basenowa czy woda pitna wtedy właściwym wyborem będzie pojedyncza diafragma ceramiczna. Dla cięższych mediów pomiarowych, ale ciągle klarownych i niezanieczyszczonych można zastosować potrójną diafragmę ceramiczną. Zastosowanie tego typu diafragm w zanieczyszczonym medium będzie kończyło się jej zatkaniem. Dlatego dla mediów zanieczyszczonych, które mogą zawierać cząstki stałe stosuje się diafragmy w postaci pierścienia teflonowego lub też diafragmy otworowe (np. elektrody KPI10 i KPI11). W takim przypadku częściowe zabrudzenie membrany nie będzie prowadziło do przerwania połączenia pomiędzy elektrodą pomiarową, a elektrodą odniesienia. Nie należy stosować diafragm teflonowych do mediów czystych, ponieważ powierzchnia dyfundowania elektrolitu do medium jest znacznie większa, co będzie skutkowało szybszym jego wyczerpaniem, skracając jednocześnie żywotność elektrody pH.

Ważymy elementem przy pomiarze pH jest kompensacja temperatury mierzonego medium. Wartość pH bardzo silnie zależy od temperatury, dlatego w procesach, gdzie temperatura się zmienia należy stosować kompensację temperatury. Temperatura procesu może być kompensowana za pomocą zintegrowanego z elektrodą czujnika temperatury lub zewnętrznego czujnika temperatury (Pt100 lub Pt1000). W sytuacji, gdy temperatura procesu jest stała i nie zmienia się podczas procesu, to może być ustawiona w przetworniku stała temperatura kompensacji (np. na +23°C). Dla wartości 7pH temperatura nie ma wpływu.
Podczas doboru elektrody pH trzeba również brać pod uwagę ciśnienie i temperaturę procesu oraz sposób montażu.

Aby zapewnić dużą żywotność elektrody musi być ona odpowiednio zamontowana i eksploatowana:

  • Elektroda pH powinna być zamontowana w odpowiedniej pozycji, max odchylenie od pionu to 0…35°.
  • Elektroda pH powinna być wyposażona w odpowiednie uchwytach i osłony, umożliwiające uszczelnienie i czyszczenie.
  • Elektroda pH powinna być okresowo kalibrowana. Nasze przetworniki umożliwiają kalibrację elektrody w dwu punktach. Kalibrację elektrody pH przeprowadza się razem z przewodem i przetwornikiem (regulatorem) pH, w układzie tak jak jest używana w trakcie normalnej pracy. Kalibrację pH przeprowadza się przy pomocy roztworów buforowych pH.
  • Elektrodę pH należy zabezpieczyć przed wyschnięciem, nie można dopuścić do wyschnięcia elektrody pH. Dlatego elektrody pH powinny być przechowywane w zbiorniczkach z ciekłym KCl. W ten sposób elektrody są pakowane w fabryce. Długotrwałe wyschnięcie elektrody może prowadzić do pęknięcia szkła. W przypadku krótkotrwałego wyschnięcia możliwe jest przywrócenie właściwości elektrodzie pH poprzez zanurzenie jej w roztworze KCl na okres 24 godzin.
  • Elektrody pH muszą być okresowo czyszczone. Nie wolno doprowadzić do zatkania diafragmy, a czyszczenie powinno odbywać się przy pomocy środka czyszczącego i miękkiej szmatki. Części pomiarowej elektrody nie należy dotykać ręką. Ciężkie zanieczyszczenia można usuwać związkami zawierającymi pepsyny lub rozcieńczonym 3 molowym kwasem solnym. Nie wolno usuwać zanieczyszczeń za pomocą ostrych narzędzi. Po wyczyszczeniu elektrodę należy opłukać wodą destylowaną i ponownie skalibrować razem z całym układem pomiarowym.

Elektrody pH podlegają procesom naturalnego zużycia i muszą być okresowo wymieniane. Na żywotność elektrody ma wpływ bardzo wiele czynników, dlatego nie jest możliwe dokładne określenie czasu żywotności elektrody pH w danym procesie technologicznym. Żywotność elektrody można przedłużyć stosując się do powyższych zasad.

Poza doborem elektrody ważnym elementem układu do pomiaru i regulacji pH jest dobór odpowiedniego przetwornika, miernika lub regulatora pH. Nasze przetworniki (kontrolery) mogą być wyposażone wyjścia analogowe lub/i wyjścia przekaźnikowe, interfejs RS485 (Modbus RTU) oraz wiele dodatkowych funkcji użytkowych. Regulatory i kontrolery pH, które są wyposażone w wyjścia przekaźnikowe mogą starować zaworami odpowiedzialnymi za utrzymanie odpowiedniego poziomu pH. To sterowanie może odbywać się w sposób proporcjonalny lub typu ON/OFF. Niektóre regulatory mogą być wyposażone w wyjście przekaźnikowe służce do automatycznego i cyklicznego sterowaniem czyszczeniem i przepłukiwaniem elektrody pH. Niektóre przetworniki i regulatory mogą być wyposażone w dwa wyjścia analogowe, jedno służy do wysyłania za pomocą sygnału analogowego wartości mierzonego pH a drugie może służyć wysyłania wartości mierzonej temperatury. Nasze przetworniki różnią się sposobem montażu, oferujemy urządzenia do montażu naściennego, do montażu panelowego lub do montażu na szynie DIN.

Pomiar potencjału redox (ORP)

Pomiar redox odbywa się za pomocą szklanej elektrody redox, która pozwala na pomiar wartości redox w sposób ciągły, bez przerywania procesu technologicznego. Redox to głównie wskaźnik jakości wody. Wartość podawana jest w miliwoltach (mv). Zakres roboczy obejmuje praktycznie cały zakres pomiaru redox (+/-1999mV). Potencjał redox oznacza zdolność wody do wchodzenia w reakcję chemiczną zwaną utlenianiem (oksydacją) lub redukcją.
Zasada doboru, montażu i eksploatacji elektrod redox są podobne do elektrod pH. Przetworniki i regulatory potencjału redox (ORP) mogą być również wyposażone wyjścia analogowe, wyjścia przekaźnikowe, interfejs komunikacyjny RS485 (Modbus RTU) oraz wiele różnych funkcji użytkowych. Sterowanie potencjałem redox może odbywać się na zasadzie włącz/wyłącz lub proporcjonalnie. Natomiast interfejs komunikacyjny RS-485 z protokołem Modbus ASCII/RTU umożliwia połączenie naszych przetworników i regulatorów z panelami HMI, sterownikami PLC i systemami wizualizacji i zrządzania SCADA.

Pomiar przewodności (konduktancji) cieczy

Przetworniki przewodności FEB-102 (Shinko Technos)

Pomiar przewodności cieczy jest obok pomiaru pH jest najczęściej mierzonym parametrem w analitycznym. Konduktometry służą do określania jakości wody używanej w procesach produkcyjnych, takich jak przemysł spożywczy (np. produkcja soków), przemysł piwowarski, farmaceutyczny, kosmetyczny oraz w produkcji farb i lakierów. Przewodność cieczy, zwana również przewodnością elektryczną cieczy lub konduktancją cieczy, określa zdolność cieczy do przewodzenia prądu elektrycznego.

Przewodność elektryczna wody umożliwia ocenę stopnia mineralizacji wody, czyli stopnia jej zasolenia. Przewodność elektryczna wody wzrasta wraz ze wzrostem zawartości rozpuszczonych w niej jonów (kationów i anionów). Woda zawierająca małą ilość rozpuszczonych jonów wykazuje małą przewodność elektryczną; woda morska o dużym zasoleniu i dużej ilości rozpuszczonych jonów, bardzo dobrze przewodzi prąd elektryczny. Przewodność elektryczna jest powiązana z twardością wody, woda bardziej twarda tym zawiera więcej kationów wapnia Ca²⁺ i magnezu Mg²⁺, co a za tym idzie ma większa przewodność elektryczną. Przewodność wody zależy od stopnia jej zanieczyszczenia, zwiększa się wraz ze wzrostem zanieczyszczeń w wodzie. Woda czysta praktycznie nie przewodzi prądu elektrycznego. Przewodność cieczy zależy również od temperatury procesu. Wzrost temperatury procesu powoduje zwiększenie ruchliwości jonów, co powoduje wzrost przewodnictwa cieczy. Pomiar przewodności wody wykonuje się również, aby oszacować całkowitą ilość soli rozpuszczonych w wodzie (TDS), która również określa stopień zanieczyszczenia wody. Przeliczenie wartości przewodności wody na TDS zależy od składu chemicznego.

Do pomiaru i regulacji przewodności wykorzystuje się sondy przewodności i współpracujące z nimi konduktometry, przetworniki lub elektroniczne regulatory. Podstawowa sonda przewodności składa z dwóch jednakowych elektrod, które są umieszczone w stałej od siebie odległości. Przepływający prąd pomiędzy eektrodami zależy od przewodności mierzonej cieczy.

Jak dobrać sondę przewodności?

Sondy przewodności (Delta Ohm)

Dobór sondy przewodności polega głównie na wyborze sondy o odpowiedniej stałej celi pomiarowej w zależności od przewodności mierzonej cieczy. Należy używać sondy z niską stałą celi do pomiarów mediów o niskiej przewodności, sondy wysoką stałą celi do pomiarów średniej i wysokiej przewodności.

W naszej ofercie znajduje się szeroka gama konduktometrów, przetworników, mierników i kontrolerów przewodności. W zależności od wersji mogą one być wyposażone wyjścia analogowe, wyjścia przekaźnikowe, interfejs komunikacyjny RS485 (Modbus RTU) oraz wiele różnorodnych funkcji przydatnych w pomiarach i eksploatacji. Kontrola przewodności cieczy może odbywać się na zasadzie włącz/wyłącz lub proporcjonalnie. Natomiast przetworniki konduktancji i regulatory wyposażone w interfejs komunikacyjny RS-485 z protokołem Modbus ASCII/RTU umożliwia połączenie i z panelami HMI, sterownikami PLC i systemami wizualizacji i zrządzania SCADA.

Zobacz przetworniki pH, przetworniki redox (ORP), konduktometryczne przetworniki przewodności produkcji Delta Ohm i Shinko Technos.

Zobacz również nasze regulatory pH i temperatury.