다양한 Applicatin을 고려할 때, 모든 상황에 적합한 단일 측정 기술은 없습니다. 다음 세 가지 기술은 산업 공정 및 실험실 전도도 측정에 일반적으로 사용됩니다.

• 2전극 전도도 센서

• 4전극 전도도 센서 

• 유도식 전도도 센서(비접촉식)

기존의 2전극 전도도 센서는 두 개의 평행 전극으로 구성되며, 전극 사이의 적절한 거리를 유지하여 단락을 방지하고 안정적인 셀 상수를 유지하는 구조적 절연체로 지지됩니다. 초기 설계에서는 백금 전극을 사용했는데, 이는 휘어지기 쉬웠기 때문에 사소한 취급 실수만으로도 셀에 지속적인 변화가 발생했습니다. 최근 설계에서는 스테인리스강이나 티타늄 전극을 사용합니다. 

1964년 Thornton이 도입한 동심원형 설계는 널리 채택되었으며, 중심 전극을 바깥쪽 전극으로 둘러싼 형태입니다. 이러한 동심원형 센서는 티타늄이나 스테인리스강과 같은 견고한 소재로 제작되어 셀 상수 변화, 기계적 손상 및 온도 영향에 대한 내성을 제공합니다.

작동 원리

두 전극 사이의 유체에 교류(AC) 전압을 인가하면 유체의 저항이 측정됩니다.

저항과 셀 상수를 이용한 계산을 결합하면 전도도와 저항률 값을 얻을 수 있습니다.

장점

2전극 전도도 센서는 특히 낮은 전도도에서 중간 전도도(높은 저항률)까지 높은 정확도로 측정하는 데 효과적이므로 광범위한 응용 분야에 적합합니다.

또한, 이 센서는 간편하고 사용하기 편리하여 일상적인 측정에 실용적인 선택입니다.

실험실 환경 및 인라인 모니터링에서의 응용

앞서 언급했듯이 2전극 센서는 낮은 전도도에서 중간 전도도를 높은 정확도로 측정하는 데 탁월합니다. 따라서 다음과 같은 실험실 또는 공정 중 응용 분야에 이상적입니다.

  • 글로벌 약전에서 요구하는 주사용수(WFI)의 최종 출고 시 품질 모니터링.
  • 역삼투압, 탈이온화, 증류, 한외여과 및 초순수(UPW)와 같은 기타 처리와 같은 다양한 처리 응용 분야의 수질 분석.
  • 연구 환경에서 비수용성 용매 및 식염수 용액 측정.
  • CIP(Clean-In-Place) Application의 헹굼 제어.
  • 발전소에서의 수질 및 증기 품질 모니터링.
  • 알코올 용액 또는 글리콜과 같은 저항성이 높은 매체에서 측정.

4전극 전도도 센서에는 측정 정확도를 높이기 위해 추가 전극 쌍이 포함되어 있습니다.

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작동 원리

4전극 전도도 센서는 외부 전극에 교류(AC) 전류를 인가하고 내부 전극 사이의 전압을 측정하여 작동합니다.

이를 통해 용액의 저항을 정밀하게 계산할 수 있으며, 이를 통해 셀 상수를 고려하여 전도도를 결정할 수 있습니다.

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장점

4전극 센서의 주요 장점은 측정 중 내부 전극을 통해 흐르는 전류가 미미하여 결과를 왜곡할 수 있는 분극 효과를 줄인다는 것입니다.

이러한 설계는 전극 오염으로 인한 측정 오차도 줄여줍니다. 이 두 가지 요소의 조합으로 인해 4전극 센서는 특히 높은 전도도 측정에 적합합니다.

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실험실 환경에서의 응용

4전극 센서는 중간에서 높은 전도도 측정에 적합하므로 다음과 같은 경우에 이상적입니다.

  • 실험실 실험에서 해수, 세척액 및 산/염기를 분석.

  • 이온 교환 및 제형 연구에서 정확한 전도도 측정이 중요한 연구 응용 분야.

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인라인 모니터링에서의 응용

산업 분야에서 4전극 센서는 다음과 같은 분야에서 탁월합니다.

  • 냉각수의 총 용존 고형물 측정 및 누출 감지와 같은 공정 용수 및 폐수를 실시간으로 모니터링.

  • 이온 교환 재생이 필요한 시스템에서 지속적인 피드백을 제공하며, 전도도 수준은 공정 효율을 나타냅니다(제약, 식음료, 반도체 제조 산업의 수처리에 널리 사용됨).

  • 치즈 생산과 같은 식품 및 음료 응용 분야.

  • CIP 배치 탱크 및 기타 산업용 세척 분야.

유도식 센서는 전자기 유도 원리를 기반으로 하며 전도도를 측정하는 비접촉 방식을 제공합니다.

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작동 원리

변압기 코일처럼 구성된 유도식 센서는 도넛 모양의 폴리머 본체 내에 촘촘하게 배치된 병렬 코일로 구성됩니다. 하나의 코일에 교류(AC) 전류가 흐르면, 이 전류는 전류가 흐른 코일에 의해 인가되는 자기장을 통해 주변 유체에 추가적인 전류를 유도합니다.

두 전류의 자기장이 합쳐져 수신 코일에 전류를 유도합니다. 전류가 흐른 코일의 전류는 이미 알려져 있으므로, 그 영향을 뺄 수 있으며, 그 결과 전류 계산은 주변 유체의 이온에 정비례합니다.

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장점

유도식 센서는 전극이 용액에 접촉하지 않으므로 전극 오염이 우려되는 응용 분야에 적합합니다. 이러한 설계는 부식성 매질에서도 측정이 가능합니다.

또한 중간부터 매우 높은 전도도 측정에 적합합니다.

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실험실 환경에서의 응용

유도식 센서는 일반적으로 산업 현장에서 더 많이 사용되지만, 실험실에서도 다음과 같은 용도로 사용할 수 있습니다.

  •  기존 센서가 오염이나 부식으로 인해 고장날 수 있는 부식성 화학물질의 전도도 측정.

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인라인 모니터링에서의 응용

유도식 센서는 특히 다음과 같은 경우에 유용합니다.

  • 전극 오염이 우려되는 화학 공정과 같은 혹독한 환경에서 연속 측정.

  • 폐수 처리 및 산업 세척 작업과 같은 공정에서 높은 전도도 수준의 모니터링.

  • 매체 분리, 제품 모니터링과 같은 식품 및 음료 분야.

  • CIP 배치 탱크 및 기타 산업 세척 분야.

  • 슬러리 분배 시스템의 화학 물질 제어 및 반도체 분야에서 현상액, 에칭액 및 세척액의 농도 제어.

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