Die Leitfähigkeitsmessung ist ein kritischer Prozess, der die Fähigkeit einer Lösung quantifiziert, elektrischen Strom zu leiten, was in direktem Zusammenhang mit der Konzentration der Ionenspezies der Flüssigkeit steht.
Diese Kennzahl ist in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung, darunter Wasseraufbereitung, Halbleiter, Energieerzeugung, Pharmazie, Chemie sowie Lebensmittel- und Getränkeproduktion, da sie eine entscheidende Rolle bei der Bewertung der Wasserreinheit, der industriellen Prozesskontrolle und der chemischen Analyse spielt.
Diese Messwerte gehen über Routinekontrollen hinaus und sind ein wesentlicher Bestandteil umfassender Strategien zur Qualitätskontrolle, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Prozessoptimierung, bei denen selbst geringfügige Ungenauigkeiten zu erheblichen Folgen führen können, vom Produktverderb bis hin zu behördlichen Strafen. Daher ist die Auswahl des geeigneten Leitfähigkeitssensors, der auf den Leitfähigkeitsbereich der jeweiligen Anwendung, die Umweltanforderungen und die Materialverträglichkeit zugeschnitten ist, von größter Bedeutung, um sowohl die Präzision als auch die Einhaltung strenger Qualitätsstandards zu gewährleisten.
Bei der Untersuchung der verschiedenen Arten von Leitfähigkeitssensoren - von Zwei-Elektroden- bis hin zu induktiven Sensoren - werden wir untersuchen, wie die richtige Wahl die Industrie in die Lage versetzen kann, diese kritischen Standards einzuhalten und ihre Wirksamkeit zu verbessern.
Ein Leitfähigkeitssensor misst die Fähigkeit einer Lösung, elektrischen Strom zu leiten, der direkt proportional zur Ionenkonzentration in der Lösung ist. Wenn eine Spannung an den Elektroden des Sensors angelegt wird, führen die Ionen in der Lösung den elektrischen Strom.
Die Leitfähigkeit wird auf der Grundlage des gemessenen Stroms und der gemessenen Spannung berechnet, wodurch der Widerstand und anschließend die Leitfähigkeit bestimmt werden können.
Bei der Vielfalt der Anwendungen ist keine Messtechnik für jede Situation ideal. Die folgenden drei Technologien werden häufig sowohl für industrielle Prozess- als auch für Laborleitfähigkeitsmessungen verwendet:
• Leitfähigkeitssensoren mit zwei Elektroden
• Leitfähigkeitssensoren mit vier Elektroden
• Induktive Leitfähigkeitssensoren (berührungslos)
Klassische Leitfähigkeitssensoren mit zwei Elektroden bestehen aus zwei parallelen Elektroden, die von Strukturisolatoren getragen werden, die Kurzschlüsse verhindern und eine stabile Zellkonstante aufrechterhalten, indem sie einen angemessenen Abstand zwischen den Elektroden gewährleisten. Frühe Designs verwendeten oft Platinelektroden, die anfällig für Biegungen waren, was zu ständigen Veränderungen in der Zelle mit geringfügiger falscher Handhabung führte. Neuere Designs sind jetzt mit Elektroden aus Edelstahl oder Titan ausgestattet.
Ein weit verbreitetes konzentrisches Design, das 1964 von Thornton eingeführt wurde, zeichnet sich durch eine Mittelelektrode aus, die von einer äußeren Elektrode umgeben ist. Diese konzentrischen Sensoren sind aus robusten Materialien wie Titan oder Edelstahl gefertigt, die widerstandsfähig gegen Änderungen der Zellkonstante, mechanische Beschädigungen und Temperatureinflüsse sind.
Zwischen den beiden Elektroden wird eine Wechselspannung über das Fluid angelegt und der Widerstand des Fluids bestimmt.
Der Widerstand in Kombination mit einer Berechnung mit der Zellkonstante ergibt Werte für Leitfähigkeit und spezifischen Widerstand.
Der Zwei-Elektroden-Leitfähigkeitssensor eignet sich besonders effektiv für die Messung von niedriger bis mittlerer Leitfähigkeit (hoher spezifischer Widerstand) mit hoher Genauigkeit und eignet sich damit für eine Vielzahl von Anwendungen.
Darüber hinaus werden diese Sensoren für ihre Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit geschätzt, was sie zu einer praktischen Wahl für Routinemessungen macht
Wie bereits erwähnt, zeichnen sich Zwei-Elektroden-Sensoren durch die Messung niedriger bis mittlerer Leitfähigkeit mit hoher Genauigkeit aus. Damit eignen sie sich ideal für Labor- oder In-Prozess-Anwendungen wie:
Der UPW UniCond 2-Elektroden-Widerstandssensor wurde in Zusammenarbeit mit Partnern aus der Halbleiterindustrie entwickelt, um erstklassige Genauigkeit, Stabilität und Umweltisolierung in Reinstwasseranwendungen zu bieten.
Leitfähigkeitssensoren mit vier Elektroden verfügen über ein zusätzliches Elektrodenpaar, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Leitfähigkeitssensoren mit vier Elektroden funktionieren, indem sie einen Wechselstrom an die äußeren Elektroden anlegen und die resultierende Spannung zwischen den inneren Elektroden messen.
Dies ermöglicht eine genaue Berechnung des Widerstands der Lösung, die dann die Bestimmung ihrer Leitfähigkeit unter Berücksichtigung der Zellkonstante ermöglicht.
Ein bemerkenswerter Vorteil des Vier-Elektroden-Sensors besteht darin, dass während der Messung vernachlässigbarer Strom durch die inneren Elektroden fließt, wodurch Polarisationseffekte reduziert werden, die sonst die Ergebnisse verzerren könnten.
Dieses Design reduziert auch Messfehler aufgrund von Elektrodenverschmutzung. Durch die Kombination dieser beiden Faktoren eignen sich Vier-Elektroden-Sensoren besonders gut für Messungen mit hoher Leitfähigkeit.
Der Vier-Elektroden-Sensor eignet sich für Messungen mit mittlerer bis hoher Leitfähigkeit und ist damit ideal für:
Analyse von Meerwasser, Reinigungslösungen und Säuren/Basen in Laborexperimenten.
Forschungsanwendungen, bei denen eine genaue Leitfähigkeitsmessung für Ionenaustausch- und Formulierungsstudien von entscheidender Bedeutung ist.
In industriellen Anwendungen zeichnen sich Vier-Elektroden-Sensoren aus durch:
Überwachung von Prozesswässern und -abwässern in Echtzeit, z. B. für die Messung des gesamten gelösten Feststoffs im Kühlwasser und die Lecksuche.
Bereitstellung einer kontinuierlichen Rückkopplung in Systemen, die eine Ionenaustauschregeneration erfordern, bei denen die Leitfähigkeitswerte die Prozesseffizienz anzeigen (weit verbreitet in der Pharma-, Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Halbleiterherstellung zur Wasseraufbereitung).
Lebensmittel- und Getränkeanwendungen, wie z. B. die Käseherstellung.
CIP-Batch-Tanks und andere industrielle Reinigungsanwendungen.
In diesem Leitfaden finden Sie die grundlegenden Konzepte der Leitfähigkeitsmessung sowie einige gute Messpraktiken.
Unsere Experten führen Sie durch folgende Themen:
Induktive Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion und bieten ein berührungsloses Verfahren zur Messung der Leitfähigkeit.
Induktive Sensoren sind wie Transformatorspulen aufgebaut und bestehen aus parallelen Spulen, die eng beieinander liegen und in einen Polymerkörper eingebettet sind, der einem Donut ähnelt. Eine Spule wird mit Wechselstrom erregt, dieser Strom induziert über das Magnetfeld, das von der erregten Spule angelegt wird, einen zusätzlichen Strom in der umgebenden Flüssigkeit.
Die kombinierten Magnetfelder der beiden Ströme induzieren einen Strom in der Empfängerspule. Da der Strom in der erregten Spule bekannt ist, können seine Auswirkungen subtrahiert werden, und die resultierende Stromberechnung ist direkt proportional zu den Ionen in der umgebenden Flüssigkeit.
Induktive Sensoren eignen sich hervorragend für Anwendungen, bei denen Elektrodenverschmutzung ein Problem darstellt, da sie keine Elektroden haben, die mit der Lösung in Kontakt kommen. Diese Bauweise ermöglicht auch Messungen in aggressiven Medien.
Darüber hinaus eignen sie sich für Messungen mit mittlerer bis sehr hoher Leitfähigkeit.
Induktive Sensoren sind zwar in der Regel in industriellen Umgebungen üblicher, können aber auch in Laboratorien eingesetzt werden für:
Messung der Leitfähigkeit in aggressiven Chemikalien, bei denen herkömmliche Sensoren aufgrund von Verschmutzung oder Korrosion versagen könnten.
Induktive Sensoren sind besonders vorteilhaft für:
Kontinuierliche Messung in rauen Umgebungen, wie z. B. in der chemischen Verarbeitung, bei denen Elektrodenverschmutzung ein Problem darstellt.
Überwachung hoher Leitfähigkeitswerte in Prozessen wie der Abwasseraufbereitung und der industriellen Reinigung.
Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, z. B. Medientrennung, Produktüberwachung.
CIP-Batch-Tanks und andere industrielle Reinigungsanwendungen.
Chemische Kontrolle in Gülleabgabesystemen und Konzentrationskontrolle von Entwickler-, Ätz- und Reinigungslösungen in Mikroelektronikanwendungen.
METTLER TOLEDO bietet ein umfassendes Sortiment an Leitfähigkeitssensoren , die auf die unterschiedlichen Anforderungen unserer Kunden zugeschnitten sind. Um Sie bei der Navigation und der Auswahl des perfekten Sensors für Ihre Anwendung zu unterstützen, bieten wir auch einen speziellen Sensorauswahlservice an. Wenn Sie sich über unser Produktangebot informieren oder sich an unsere Experten wenden, können Sie Sensoren finden, die auf Ihre spezifischen Messanforderungen abgestimmt sind.
Unser Fokus auf Technologie und Leistung zielt darauf ab, genaue und zuverlässige Leitfähigkeitsmessungen zu unterstützen und sicherzustellen, dass Sie über die notwendigen Werkzeuge für eine effektive Überwachung und Analyse verfügen.
