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Leitfähigkeitssensor | Leitfähigkeitselektrode

Leitfähigkeitssensoren für Prozess- und Reinwasseranwendungen

Leitfähigkeitssensor und Leitfähigkeits-Analyzer – Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist Leitfähigkeit? Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Stoffes, elektrischen Strom zu leiten. Sie wird in der Regel mit einem Me...

Was ist Leitfähigkeit?

Elektrische Leitfähigkeit ist die Fähigkeit eines Stoffes, elektrischen Strom zu leiten. Sie wird in der Regel mit einem Messgerät für die elektrische Leitfähigkeit (EC-Messgerät) oder Leitfähigkeitsanalyzer gemessen.

Was ist Widerstand?

Der elektrische Widerstand ist der Kehrwert der Leitfähigkeit. Der Widerstand ist die inhärente Eigenschaft zur Bestimmung der Fähigkeit eines gegebenen Materials, den Fluss eines elektrischen Stroms zu bremsen.

Warum messen wir die Leitfähigkeit?

Die elektrische Leitfähigkeit wird schon seit vielen Jahren mit Messgeräten für elektrische Leitfähigkeit (EC, engl. für Electrical Conductivity) gemessen und ist auch heute noch ein wichtiger und häufig verwendeter Analyseparameter. Messgeräte für elektrische Leitfähigkeit stellen eine einfache und wirtschaftliche Lösung dar, um Angaben zur Reinheit des Messmediums (in der Regel Wasser) zu machen (je höher der Leitfähigkeitswert, desto höher die Konzentration gelöster Ionen im Wasser). Seine hohe Zuverlässigkeit, Messempfindlichkeit, schnelle Ansprechzeit und der relativ geringe Preis eines Leitfähigkeits-Analyzers machen ihn zu einem wertvollen und praktischen Werkzeug für die Qualitätskontrolle. In manchen Anwendungen zur Analyse der Reinheit wird der Widerstand gemessen (der Kehrwert der Leitfähigkeit).

Was misst ein Leitfähigkeitssensor?

Ein Leitfähigkeitssensor (bzw. eine Leitfähigkeitselektrode oder Leitfähigkeitssonde) misst die Fähigkeit einer Lösung, elektrischen Strom zu leiten. Eine Lösung ist leitfähig, wenn sie Ionen enthält: je höher die Konzentration an Ionen, umso höher die Leitfähigkeit. Weitere Informationen über Inline-Leitfähigkeitssensoren von METTLER TOLEDO finden Sie unter:

Nach welchem Messprinzip arbeitet ein Leitfähigkeitssensor?

Eine Leitfähigkeitselektrode oder Leitfähigkeitssonde besteht aus einem Elektrodenpaar, an das eine Spannung angelegt wird. Der Leitfähigkeitssensor misst den fließenden Strom und berechnet die Leitfähigkeit.

In welcher Einheit wird die Leitfähigkeit gemessen?

Die Leitfähigkeit wird in Siemens pro cm (S/cm) gemessen. Eine Leitfähigkeit von 1 S/cm ist recht hoch, und bei den meisten Leitfähigkeitsmessungen werden Lösungen untersucht, deren Leitfähigkeit in mS/cm (ein Tausendstel von einem S/cm) oder in μS/cm (ein Millionstel von einem S/cm) gemessen wird.

Wie viele Arten von Leitfähigkeitssensoren gibt es?

Folgende drei Leitfähigkeitselektroden-Technologien werden zur Prozessleitfähigkeitsmessung in einem Inline-Messgerät für elektrische Leitfähigkeit eingesetzt:

Wie funktioniert ein 2-Pol-Leitfähigkeitsmessgerät?

Das klassische 2-Pol-Leitfähigkeitsmessgerät besteht aus zwei parallelen Platten zur Prozess-Leitfähigkeitsmessung. Zwischen den beiden Messzellen wird eine Wechselspannung angelegt und der Widerstand gemessen. Der 2-Pol-Leitfähigkeitssensor wird in den verschiedenen Stadien der Wasseraufbereitung und -reinigung eingesetzt. Der Nachweis selbst kleinster Verunreinigungen in Reinstwasser ist mit ihr möglich.

Wie funktioniert ein 4-Pol-Leitfähigkeitsmessgerät?

4-Pol-Messgeräte für elektrische Leitfähigkeit (EC) verwenden ein zusätzliches Elektrodenpaar. Die äußeren Elektroden sind die stromführenden Elektroden, an denen Wechselstrom angelegt wird. Sie werden genauso betrieben wie der 2-Pol-Leitfähigkeitssensor. Die Inline-Leitfähigkeitsmesselektroden liegen im elektrischen Feld der stromführenden Elektroden und messen die Spannung mit einem hochohmigen Verstärker. Der Stromfluss durch die äußeren Elektroden und die Lösung kann durch die Schaltung genau gemessen werden. Sind die Spannung an den inneren Elektroden und der Strom bekannt, lassen sich Widerstand und Leitwert errechnen. Der Vorteil der 4-Pol-Leitfähigkeitssensoren liegt darin, dass nur vernachlässigbar niedriger Strom durch die inneren Elektroden, an denen die Messung erfolgt, fließt. Daher treten keine Polarisationseffekte auf, die sich sonst auf die Messung auswirken würden. Der 4-Pol-Leitfähigkeitssensor ist auch weniger anfällig für Messfehler durch Elektrodenverschmutzung. 4-Pol-Sensoren eignen sich für mittlere bis hohe Leitfähigkeiten.

Wie funktioniert eine induktive Leitfähigkeitselektrode?

Eine induktive Leitfähigkeitselektrode von METTLER TOLEDO ist aufgebaut wie ein Paar Transformatorspulen, wobei sich die zu messende Lösung im Kern des Transformators befindet. Die parallelen Spulen liegen eng beieinander in einem Kunststoffgehäuse (wie ein Donut, der in die Lösung eingetaucht wird) und gewährleisten so genaue Prozessleitfähigkeitsmessungen. Es sind keine Elektroden vorhanden, und normalerweise steht kein Metall im Kontakt mit der Lösung. Eine Spule wird mit Wechselstrom versorgt und das in die zweite Spule induzierte Signal steht in Relation zur Leitfähigkeit der Lösung, die durch und um den Sensor herum fliesst. Die Zellkonstante hängt unter anderem vom Durchmesser der Öffnung ab. Die induktiven Leitfähigkeitssensoren decken mittlere bis sehr hohe Leitfähigkeitsbereiche ab und sind besonders widerstandsfähig gegen Ablagerungen.  Da sie keinen Kontakt zum Messmedium haben, eignen sie sich besonders für chemische (korrosive) Anwendungen, bei denen es aufgrund des Mediums zu Schäden an den Metallelektroden kommen kann.

Was ist eine Zellkonstante?

Bei 2- und 4-Pol-Leitfähigkeitssensoren ist die Zellkonstante der Quotient aus dem Elektrodenabstand einer Leitfähigkeitselektrode und der Elektrodenfläche. Je kleiner die Zellkonstante, desto präziser kann die Inline Leitfähigkeitssonde Leitfähigkeitsänderungen in Medien erkennen. Eine kleine Zellkonstante verringert jedoch auch den Messbereich des Sensors. Genaue Leitfähigkeitsmessungen erfordern ein akkurates Messen der Zellkonstante. Diese wird mittels Kalibrierung bestimmt. Bei Leitfähigkeitssensoren von METTLER TOLEDO wird die Zellkonstante präzise gemessen und im Qualitätszertifikat des jeweiligen Sensors dokumentiert. Kalibrierlösungen sind auf die NIST-Standards rückführbar (National Institute of Standards and Technology).

Wie wird ein Leitfähigkeitssensor kalibriert?

Ein in einem Online-EC-Messgerät eingesetzter Leitfähigkeitssensor von METTLER TOLEDO kann gegen eine Lösung, deren Leitfähigkeit bekannt ist, kalibriert werden (vergleichbar mit einem pH-Sensor, der gegen eine Lösung mit bekanntem pH-Wert kalibriert wird). Alternativ kann ein Messgerät mit einer Reihe von Präzisionswiderständen verwendet werden, welche bekannte Leitfähigkeitsmesswerte simulieren.

Wann muss ich den Leitfähigkeitssensor kalibrieren oder verifizieren?

Im Allgemeinen verändert sich die Zellkonstante des Sensors nicht. Wenn jedoch die Sensorelemente in irgendeiner Weise verändert werden (z. B. feste Ablagerungen oder andere Verschmutzungen der Elektroden bzw. des Sensorisolators, Verlust von Elektrodenmaterial durch Korrosion), ändert sich auch die Zellkonstante. Leitfähigkeitssensoren von METTLER TOLEDO werden werksseitig kalibriert und die Zellkonstante wird genau bestimmt. Daher ist bei Verwendung des Inline-Leitfähigkeitssensors in der Regel keine Kalibrierung erforderlich. Es wird jedoch empfohlen, die Genauigkeitsprüfung und Justierung bei Bedarf auf jährlicher Basis vorzunehmen. Die Häufigkeit der Prüfung oder Kalibrierung hängt stark von den Anwendungen oder von den Anforderungen der Standardbetriebsverfahren der Anlage ab.

Hat die Temperatur Einfluss auf die Leitfähigkeitsmessung?

Die Leitfähigkeit ist sehr temperaturabhängig. Wenn die Temperatur einer Probe ansteigt, nimmt die Viskosität der Probe ab und die Mobilität der Ionen zu. Daher kann die gemessene Leitfähigkeit der Probe ansteigen, obwohl die Ionenkonzentration konstant bleibt.

Gemäß bewährter Vorgehensweise muss jedes Ergebnis eines Leitfähigkeitssensors deshalb bei einer bestimmten Temperatur spezifiziert oder temperaturkompensiert werden, normalerweise auf den Industriestandard von 25 °C. Da die Temperatur ebenfalls probenabhängig ist, müssen die passenden Algorithmen zur Temperaturkompensation sorgfältig ausgewählt werden.


4-Pol-Leitfähigkeitssensor InPro 7100
Induktive Leitfähigkeitssensoren
Leitfähigkeitssensoren und Panels für Reinwasser

2-Pol oder 4-Pol Leitfähigkeitssensoren

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Publikationen

Leitfaden für Online-Leitfähigkeitsmessungen
Der CONDverter: eine mobile Leitfähigkeits-App
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