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

Transkript

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

2 Agenda Kort om mig Hvad er ledningsevne Ledende opløsninger Termer, teori Måleteknikker Valg af sensor udfordringer Spørgsmål 2

3 Uddannet Laborant -Ansat ved DTU -Ansat ved Rets genetisk afdeling på Panum Har været ansat hos Insatech i 4 år. Primære arbejdsområder -ph -Ledningsevne -Ilt -TOC. Sarah Omø Nielsen Product Engineer Analytical. son@insatech.com tlf

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 4

5 Hvad er ledningsevne? En opløsnings evne til at lede elektrisk... En opløsnings evne til at lede elektrisk er afhængig af: Koncentration Mobiliteten af ioner Temperatur 5

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) Svage elektrolytter. Substanser der ikke er fuldt dissocierede i opløsningen. - Dissociation... opløsning indeholder både ioner og neutrale molekyler => færre ioner til at bære ladninger. Stærke elektrolytter. Svage elektrolytter. 6

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 [cm 2 ] 7

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. 8

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 [cm 2 ] 9

10 Cellens opbygning II 10

11 Temperaturens indflydelse I Ledningsevne måling er temperaturafhængig!! 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 11

12 Temperaturens indflydelse II Ledningsevne kontra koncentration v. 25 C k25 = f 25(T) kt Indlagt korrektions funktioner i udstyr. f 25(T) for bedste kurve fit. HUSK Korrektionen er afhængig af opløsningens kemiske sammensætning og koncentration 12

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. 13

14 Måleteknikker - induktiv Induktiv ledningsevne måling. 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. 14

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. 15

16 Ledningsevne værdier ved 25 C Eksempler : Ionbyttet vand 0,055 µs/cm RO vand(omvendt osmose) 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 16

17 Valg af korrekt sensor I Celle konstanten Brug af reference / standard væske med kendt ledningsevne. Brug af reference målesystem til bestemmelse af ledningsevne. Bemærk : Måleområde kontra celle konstanten C = K / G hvor G = Ic / Vc => C = K Vc / Ic 17

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 18

19 Performance vs. dokumentation Det gyldne kompromis Kompakte sensorer, med lille installations flade. Rengøringsvenlig?? Åben celle - nem rengøring, krav til installation Åben celle nem rengøring, mindst installationsflade Til rent vand/wfi Stor installationsflade Ikke sart sensor 19

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?! 20

21 Montage 21

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 22

23 Typiske udfordringer II Hurtige temperatur skift Afvigelser på målingen Temperatur kompensering kan ikke følge med Vælg eventuelt ekstern temperatur føler 23

24 Typiske udfordringer III Perler fra ion-bytter materiale Sætter sig fast i elektroderne Kan give fejl på målinger 24

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? 25

26 Polarisationsfejl Hvis der er valgt forkert sensor til applikation Ustabile målinger Oftest støj problemer 26

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: CO 2 /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% 27

28 Kalibrering. Proces kalibrering -Sammenligning med kalibreret referenceinstrument 28

29 Tak for opmærksomheden. 29

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

31 31