Upload
doannguyet
View
226
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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.
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,
[email protected], tlf. 5537-2095
www.insatech.com 31