www.insatech.com

Måling af ledningsevne: Hvordan og hvad skal man være opmærksom på?

www.insatech.com

Agenda

• Kort om mig

• Hvad er ledningsevne

• Ledende opløsninger

• Termer, teori

• Måleteknikker

• Valg af sensor

• udfordringer

• Spørgsmål

2

www.insatech.com

Har været ansat hos Insatech i 4 år.

Primære arbejdsområder

-pH

-Ledningsevne

-Ilt

-TOC.

3

Uddannet Laborant

-Ansat ved DTU

-Ansat ved Rets genetisk afdeling på Panum

Sarah Omø Nielsen

Product Engineer –

Analytical.

son@insatech.com

tlf. +45 2761 4517

www.insatech.com 4

Anvendelse af ledningsevne

Mest anvendt til kvalitets kontrol

• Overvågning af renhed på vand til processen

• Kontrol af vand i processen

• Kontrol af drikkevand

• Kontrol/overvågning af spildevand

Fordel:

Høj drift sikkerhed og følsomhed til en relativ lille omkostning

Begrænsning:

Målingen kan ikke anvendes til at afdække enkelte komponenter, giver kun et samlet resultat

www.insatech.com 5

Hvad er ledningsevne?

• En opløsnings evne til at lede elektrisk er

afhængig af:

• Koncentration

• Mobiliteten af ioner

• Temperatur

En opløsnings evne til at lede elektrisk …...

www.insatech.com 6

Hvad er en ledende opløsning?

• Ledningsevne måles normalt

i vandige opløsninger af

elektrolytter.

Elektrolytter er substanser

der indeholder ioner, opløste

salte eller sammensætninger

der går i ionform i en

opløsning.

Stærke elektrolytter.

Leder strøm, da kationer og anioner

kan bevæge sig frit

under påvirkning af et elektrisk felt.

- Salte eller stærk syre (F.eks. NaCl

eller HCl)Stærke elektrolytter.

Svage elektrolytter.

Substanser der ikke er fuldt

dissocierede i opløsningen.

- Dissociation ... opløsning indeholder

både ioner og neutrale molekyler =>

færre ioner til at bære ladninger.

Svage elektrolytter.

www.insatech.com 7

Definering af termer I

• Modstand. R = U / I [Ω] (Ohm)

U = R • I

U = Spænding [V] (Volt)

I = Strøm [A] (Ampere)

R = Modstand [Ω] (Ohm)

• Konduktans. G = 1 / R [S] (Siemens)

• Celle konstant. C = d / a [cm-1]

C = Celle konstant [cm-1]

d = Afstand mellem elektroder [cm]

a = Effektive areal af elektroder [cm2]

www.insatech.com 8

Definering af termer II

• Ledningsevne. k= G • C [S/cm]

k = Ledningsevne [S/cm]

G = Konduktans [S]

C = Celle konstant [cm-1]

• Reference temperatur.

Ledningsevne udlæsninger har ofte reference til en specifik temperatur. Typisk 20°C eller 25°C

• Automatisk temperatur kompensering.

Målesystemet anvender algoritmer for automatisk konvertering af ledningsevnen til en reference temperatur.

www.insatech.com 9

Cellens opbygning I

• En areal forøgelse (a) medfører et forøget antal ioner mellem elektroderne, hvilket vil give en forøget ledningsevne.

• En forøget afstand (d) mellem elektroderne vil resultere i en lavere ledningsevne .

Cellekonstanten

C = d / a [cm-1]

C = Celle konstant [cm-1]

d = Afstand mellem elektroder [cm]

a = Effektive areal af elektroder [cm2]

www.insatech.com 10

Cellens opbygning II

www.insatech.com 11

• Ledningsevne måling er temperatur-

afhængig !!

• Temperaturen er den parameter der oftest giver

anledning til fejl ved ledningsevne måling.

• Ledningsevne målinger refererer oftest til en værdi

angivet ved 20°C eller 25°C

• Afvigelser i forhold til et forventet resultat:

- Temperaturen i processen er ikke 25°C

- Temperatur korrektion er slået til / fra

- Forkert algoritme valgt ved korrektion

Temperaturens indflydelse I

www.insatech.com 12

Temperaturens indflydelse II

k25 = f 25(T) • kT

Ledningsevne kontra koncentration v. 25°C

Indlagt korrektions funktioner i udstyr.

f 25(T) for bedste kurve fit.

HUSK…

Korrektionen er afhængig af opløsningens kemiske

sammensætning og koncentration

www.insatech.com 13

Måleteknikker - konduktiv

• Medie-berørt ledningsevne

To eller flere elektroder / poler der er i kontakt med en elektrolytisk opløsning

AC strøm påtrykkes elektroder med ledningsevne meteret, den resulterende spænding måles.

• Fordel.

God følsomhed grundet direkte mediekontakt.

• Ulempe.

Elektroderne er modtagelige og udsat for forurening og korrosion , samt evt. polarisations effekter. Hvilket indvirker drastisk på den målte ledningsevne.

www.insatech.com 14

Måleteknikker - induktiv

To ringkerne spoler , en driver- og en pickup-spole, placeres i opløsningen. En AC strøm påtrykkes driver- spolen, hvilket inducere en strøm i den elektrolytiske opløsning, som pickup-spolen ”registrerer”. Størrelsen af den inducerede strøm i pickup-spolen er proportional med ledningsevnen.

• Fordel.Ringkerne er forseglede / Ikke medie-berørt.

• Ulempe.Følsomheden er mindre grundet den manglende medie kontakt. - Induceret spænding.

Induktiv ledningsevne måling.

www.insatech.com 15

Typiske applikationer

• Kedelvand

- For at kontrollere at der ikke lækager

- For rent vand i kedler bliver aggressivt

• Kontrol af WFI vand

• Vaskeprocesser – CIP

• Fase adskillelse ex. mælk/vand

• Køleanlæg.

www.insatech.com 16

Ledningsevne værdier ved 25°C

Eksempler :

Ionbyttet vand 0,055 µS/cm

RO vand(omvendt osmose) 10-15 µS/cm

Regn vand 50 µS/cm

Drikke vand 800 µS/cm

Industrielt spildevand 5 mS/cm

Havvand 50 mS/cm

1 mol/l NaCl 85 mS/cm

1 mol/l HCl 332 mS/cm

www.insatech.com 17

Valg af korrekt sensor I

Bemærk : Måleområde kontra celle konstantenCelle konstanten

Brug af reference / standard væske med kendt

ledningsevne.

Brug af reference målesystem til bestemmelse af

ledningsevne.

C = K / G hvor G = Ic / Vc => C = K • Vc / Ic

www.insatech.com 18

Valg af korrekt sensor II

• Hvad er vigtigst?

• Performance eller dokumentation?

• Transmitterens begrænsning

• Området er angivet bredt, men er som regel bestemt af C.C.

• Måleområdet

• Skalering skal være fornuftig

• Installationen

• Repræsentativ målepunkt

www.insatech.com 19

Performance vs. dokumentation

Det gyldne kompromis

Kompakte sensorer, med

lille installations flade.

Rengøringsvenlig?? Åben celle – nem

rengøring, mindst

installationsflade

Åben celle - nem

rengøring, krav til

installation

Til rent vand/WFI

Stor

installationsflade

Ikke sart sensor

www.insatech.com 20

Definering af måleområde

Vælg realistisk måleområde

- Hvad betyder måleområdet 0…150mS/cm?

Eksempel:

Vi vil både bruge signalet ved 10µS/cm og 150mS/cm

Giver det mening?!

www.insatech.com 21

Montage

www.insatech.com 22

Typiske udfordringer I

• ”Rouge” belægninger på sensorer

• Giver ekstra udfordring på kompakte

sensorer

• Sørg for at rengøre sensor

Rouge er en tynd, orangebrun belægning, der

nærmest ”af sig selv” dannes på rustfri

stålkomponenter

www.insatech.com 23

Typiske udfordringer II

• Hurtige temperatur skift

• Afvigelser på målingen

• Temperatur kompensering kan ikke følge med

• Vælg eventuelt ekstern temperatur føler

www.insatech.com 24

Typiske udfordringer III

• Perler fra ion-bytter materiale

• Sætter sig fast i elektroderne

• Kan give fejl på målinger

www.insatech.com 25

Typiske udfordringer IV

• Kontrolmåling på WFI

• Hvordan udføres dette bedst?

Tag en prøve ud i et bæger og mål på

laboratoriet?

Hvad med påvirkninger fra luftens CO2?

www.insatech.com 26

Polarisationsfejl

• Hvis der er valgt forkert sensor til applikation

• Ustabile målinger – Oftest støj problemer

www.insatech.com 27

Kalibrering.

• Kalibrering af proces sensorer

• Her er der 3 muligheder at vælge imellem:

• Bestemmelse i god ledningsevnestandard; f.eks.

akkrediteret kalibreret 1,3 µS/cm, 1% fra Hamilton

– Pas på: CO2/fugt, temperaturen, kontaminering

– Det er muligt at kalibrere indenfor 2%

• Bestemmelse ved sammenligning med kalibreret

referenceudstyr, som f.eks. en Insacal rig.

– Pas på: Stor temperatureffekt især ved lav

ledningsevne.

– Med øvelse er det muligt at kalibrere indenfor 2%

• Send udstyret til kalibrering hos f.eks. Insatech

– Cellekonstant bestemmes indenfor typisk 1%

www.insatech.com 28

Kalibrering.

• Proces kalibrering

-Sammenligning med kalibreret

referenceinstrument

www.insatech.com 29

Tak for opmærksomheden.

www.insatech.com 30

Skræddersyede kurser

• Hvis der er behov for at få uddybet et eller flere af emnerne i dette seminar, vil vi

meget gerne skræddersy et kursustilbud til din virksomhed.

• Tag fat i en Insatech-medarbejder eller kontakt Annette Henriksen,

ahe@insatech.com, tlf. 5537-2095

www.insatech.com 31