اندازه‌گیری رسانایی با هدایت‌سنج جومو
اندازه‌گیری رسانایی با هدایت‌سنج
چه در تمیزکاری سیستم‌های پرکن در کارخانه‌های لبنیات و چه در حفاظت از سیستم‌های خنک‌کاری در نیروگاه‌ها، عملکرد صحیح فرآیندها تا حد زیادی به مقدار رسانایی الکتریکی وابسته است. با مطالعه این مقاله درک خواهید کرد که چگونه می‌توان کنترل رسانایی آب را بهبود داد و چگونه این مقدار را به‌طور دقیق اندازه‌گیری کرد.
رسانایی الکتریکی چیست؟
رسانایی (ɣ) معیاری است که نشان می‌دهد یک ماده تا چه حد قادر به هدایت جریان الکتریکی است. رسانایی الکتریکی آب نیز به همین معناست: توانایی آب برای هدایت جریان.
یون‌ها یا الکترون‌ها؟ مقاومت آب از کجا می‌آید؟
در فلزات، حرکت الکترون‌ها سبب جریان الکتریکی می‌شود، اما در محلول‌های آبی، انتقال بار توسط یون‌هایی انجام می‌شود که بر اثر حل شدن نمک‌ها، اسیدها یا بازها ایجاد شده‌اند. هرچه تعداد یون‌های موجود در یک محلول بیشتر باشد، رسانایی آن نیز بیشتر است. به همین دلیل آب خالص تقریباً رسانا نیست.
اندازه‌گیری رسانایی (کانداکتیویتی) چگونه انجام می‌شود؟
دستگاه هدایت‌سنج یک ولتاژ الکتریکی در محلول ایجاد می‌کند و سپس جریان عبوری را اندازه می‌گیرد. مقدار این جریان بسته به رسانایی محلول تغییر می‌کند. بسته به روش اندازه‌گیری، دستگاه یا ولتاژ ثابت را حفظ می‌کند و جریان را می‌سنجد، یا جریان ثابت را حفظ می‌کند و مقدار ولتاژ را اندازه‌گیری می‌کند.
رسانایی و قانون اُهم
هر دو روش بر پایه قانون اُهم هستند. اگر ولتاژ ثابت باشد، جریان عبوری با افزایش رسانایی بیشتر می‌شود. اگر جریان ثابت باشد، ولتاژ با افزایش رسانایی کاهش پیدا می‌کند. از این قانون نتیجه می‌شود که اندازه‌گیری رسانایی در واقع نوعی اندازه‌گیری مقاومت است؛ زیرا رسانایی برابر معکوس مقاومت (I/U) است.
پدیده قطبی‌شدن و تأثیر آن بر اندازه‌گیری
جریان الکتریکی بین الکترودها به حرکت یون‌ها در محلول بستگی دارد. یون‌ها هنگام اندازه‌گیری به سمت الکترود با بار مخالف حرکت می‌کنند و زمانی که به سطح الکترود می‌رسند، بخشی از اختلاف پتانسیل را خنثی کرده و دیگر قادر به حرکت نیستند؛ این موضوع باعث کاهش جریان می‌شود. این پدیده که قطبی‌شدن نام دارد، با استفاده از ولتاژ متناوب جبران می‌شود. تغییر پیوسته قطبیت باعث می‌شود یون‌ها فرصت تجمع روی الکترود را نداشته باشند. هر چه رسانایی محلول بالاتر باشد، فرکانس ولتاژ باید بیشتر باشد تا از قطبی‌شدن جلوگیری شود.
رسانایی الکترولیتی به چه عواملی وابسته است؟
- یکی از عوامل تأثیرگذار میزان ناخالصی محلول است؛ هرچه محلول ناخالص‌تر باشد، رسانایی آن بیشتر است. آب خالص تقریباً رسانا نیست.
- عامل مهم دیگر دماست. رسانایی به‌شدت وابسته به دماست و افزایش یک درجه سانتی‌گراد تقریباً باعث افزایش ۲ درصدی رسانایی در آب شهری و ۶ درصدی در آب بسیار خالص می‌شود. دما می‌تواند توسط سنسورهایی مانند Pt100 یا Pt1000 اندازه‌گیری و به‌طور خودکار جبران شود یا توسط کاربر به‌صورت دستی وارد شود.
سلول‌های اندازه‌گیری رسانایی
سلول دو الکتروده
ساده‌ترین نوع سلول رسانایی شامل دو الکترود است و ولتاژ متناوب بین آن‌ها اعمال می‌شود. جریان عبوری از محلول، سیگنال اندازه‌گیری را تشکیل می‌دهد. برای بسیاری از کاربردهای صنعتی، این نوع سلول کاملاً کافی است. نوع و جنس الکترود نیز بسته به کاربرد انتخاب می‌شود.
سلول چهار الکتروده
این سلول دارای دو جفت الکترود است. یک جفت جریان را اندازه‌گیری می‌کند و جفت دیگر ولتاژ اعمال‌شده به محلول را می‌سنجد. این طراحی در مقابل خطاهایی مانند مقاومت کابل‌ها، آلودگی یا قطبی‌شدن حساسیت کمتری دارد و بنابراین دقت بالاتری ارائه می‌دهد. دستگاه با استفاده از مقادیر ولتاژ و جریان هر دو جفت الکترود، مقاومت‌های مزاحم را محاسبه و جبران می‌کند.
کاربردهای رسانایی (کانداکتیویتی)
رسانایی، هدایت یا سختی در صنایع مختلف و همچنین در پایش محیط‌زیست کاربرد مهمی دارد. بسته به نیاز، اندازه‌گیری می‌تواند در آزمایشگاه، توسط دستگاه‌های دستی در محل یا به‌صورت پیوسته در خطوط فرآیندی انجام شود.
اندازه‌گیری رسانایی الکترولیتی در مکان‌هایی زیر انجام می‌شود:
- تصفیه‌خانه‌های فاضلاب
- کارخانجات روی
- خطوط بطری‌پرکنی نوشیدنی‌ها
- صنایع دارویی
- نیروگاه‌ها و واحدهای آب‌شیرین‌کن
رسانایی همچنین برای کنترل انواع مختلف آب — از آب خالص و آب دمین تا آب آشامیدنی، آب طبیعی، آب فرایندی و آب صنعتی — و همچنین برای پایش کل مواد جامد محلول استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری رسانایی پایین از سنسورهای با ثابت سلولی 0.01 تا 0.1 استفاده می‌شود و برای رسانایی متوسط تا بالا از ثابت سلولی 0.5 تا 1.0.
سنسورهای رسانایی (کانداکتیویتی) JUMO
انتخاب سنسور مناسب نقش اساسی در دستیابی به نتایج دقیق و قابل اعتماد دارد. در JUMO سنسورهای باکیفیت رسانایی با دو یا چهار الکترود و با رابط‌های دیجیتال مانند JUMO digiLine یا IO-Link عرضه می‌شوند. برای مقایسه مدل‌ها و بررسی مشخصات فنی، می‌توانید به بخش محصولات JUMO مراجعه کنید.
یکی از مدل‌های پرکاربرد، ترانسمیتر القایی هدایت سنج یا رسانایی JUMO CTI-750 است که با کنتاکت‌های سوئیچینگ و عملکرد قابل‌اعتماد در محیط‌های صنعتی طراحی شده است.