Erkenningsnummer: DV.O105732
 |  |  |  |
(bron : Yokogawa)
Omvormers sensoren en kabels voor geleidbaarheid
In dit artikel willen we het graag met u hebben over vragen bij toepassingen in(ultra-) zuiver water applicaties zoals o.a. demi water.
De keuze is vaak afhankelijk van de sector waarin u werkt. In de energiesector wordt de (voedings-) waterkwaliteit traditioneel uitgedrukt in “micro-Siemens per cm”.Werkt u in de halfgeleider industrie dan wordt er gesproken over “MOhm x cm” als indicatie voor de zuiverheid van water. Er bestaat natuurlijk een ondubbelzinnige relatie tussen de twee eenheden: neemt de geleidbaarheid met een factor 10 toe, dan vermindert de weerstand met dezelfde factor.
De keuze voor de te gebruiken eenheid is dus vaak niet vrij. Deze wordt vaak bepaald door wat is normaal in de industrie. Laat je het begrip “normaal” los, dan kun je eventueel tot een andere keuze komen. Bij toepassing in het gebied van ultra lage geleiding (ofwel ultra hoge weerstand) geldt het volgende voorbeeld, waarin een bepaald meetbereik en de actuele meetwaarde bekeken wordt door zowel een geleidbaarheids- als een specifieke weerstandsmeter. We vergelijken de situaties en analyseren het oplossend vermogen voor beide typen meters.
Temperatuurcompensatie bij geleidbaarheidsmeting is belangrijk. Vuistregel is dat de geleidbaarheid van op water gebaseerde vloeistoffen circa 2% verandert bij een temperatuursverandering van 1°C. Deze verandering komt met name door de verandering in beweeglijkheid van de ionen (elektrisch geladen deeltjes die de geleidbaarheid veroorzaken)in de vloeistof. Het aantal ionen verandert in het algemeen niet, althans niet meetbaar.
Bij demin-water doet zich een andere situatie voor : de ionen in demin-water zijn niet afkomstig van opgeloste zouten, zuren of basen, maar zijn uit elkaar gevallen (gedissocieerde) watermoleculen. De concentratie van ionen in demi-water is zeer klein, vandaar dat het een zeer lage geleidbaarheid heeft. Watermoleculen dissociëren echter meer bij toenemende temperatuur: dit zorgt relatief gezien voor een sterke toename in ionen. Hierdoor is het temperatuureffect op de geleidbaarheid bij demi-water veel sterker dan bij andere watersoorten. Het effect kan wel oplopen tot een geleidbaarheidsverandering van circa 10% per °C.
Het is daarom belangrijk dat de transmitter is voorzien van een extra niet lineaire temperatuurcompensatie voor gebruik in lage geleidbaarheid applicaties. Een onnauwkeurigheid van de temperatuursensor van 0,5°C, waarschijnlijk bij gebruik van bijvoorbeeld Pt1000 of Ni100, betekent alsnog een meetfout van 5%. Bij gebruik van een Pt100 kan deze fout tot circa 2% worden beperkt.
Een geleidbaarheidsmeting in een “schone” procesvloeistof als ultrapuur water is een echte “fit and forget” meting : je installeert de meting en je hoeft er eigenlijk nooit meer naar om te kijken. De meting zal bij normale procesomstandigheden een zeer lage geleidbaarheidswaarde aangeven: 0,55...0,5*S/m. Slechts zeer incidenteel zal de meting een afwijkende (=te hoge) geleidbaarheidswaarde signaleren.
Immers een defecte kabel, een slecht contact, een cel met scaling en zelfs droogstand van de cel zal zichtbaar zijn als een “perfecte” water kwaliteit. Ook als de water kwaliteit verre van perfect is.
Controle op de concrete werking van de geleidbaarheidsmeting is dus geen overbodig onderhoud en kan eenvoudig in een aantal stappen gedaan worden:
a) Omvormer en kabel kunnen separaat van de cel worden gecontroleerd door de cel te vervangen door een weerstandsbank voor simulatie van zowel het geleidbaarheid als het temperatuur signaal. Hiermee is de lineariteit van zowel de display als de mA-uitgang van de meting te controleren.
b) De cel zelf wordt allereerst visueel geïnspecteerd, en eventueel gereinigd. vervolgens wordt de cel weer aangesloten.
c) De omvormer geeft in geval van een droge cel een aanwijzing van 0 +/-0,01*S/m aan.
d) De temperatuurmeting wordt vergeleken met een gecalibreerde (digitale) thermometer, en eventueel aangepast.
e) Onderdompeling in een standaard vloeistof zal een tweede controle punt voor geleidbaarheid opleveren. Betrouwbare (=stabiele) standaard oplossingen zijn verkrijgbaar vanaf 147 +/-3S/m (ASTMD1125 solution D).
f) Eventueel zijn stap d. en e. te vervangen door de proces geleidbaarheidsmeting in-line te controleren met een gecalibreerde vergelijkende meting. De meetcel van de vergelijkende meting wordt hiertoe eerste enige tijd gespoeld met proceswater. Let wel dat de temperatuurcompensatie van de procesmeting en de vergelijkende meting beide voor ultra puur water meting geschikt zijn.
Vele geleidbaarheidstransmitters zoals bv. de EXASC200 (2-draads) en EXA SC402 (4-draads) zijn standaard voorzien van een speciale temperatuurcompensatie voor gebruik in ultralaag geleidende vloeistoffen. In combinatie met geleidbaarheidscellen zoals de SC4A, SC42 en SX42, die standaard uitgerust zijn met de Pt1000 temperatuursensor, bieden deze transmitters u een nauwkeurige ultra puur zuiver meting.
Een geleidbaarheidsmeter meet de concentratie van ionen (elektrisch geladen deeltjes) in een vloeistof. Deze meter kan echter niet “zien” om welke (soort) deeltjes het gaat. Toch kun je bij vele zuren, basen en zoutoplossingen met een geleidbaarheidsmeter nauwkeurig en zeer betrouwbaar de concentratie van de vloeistoffen meten. Er moet dan echter wel sprake zijn van een mengsel van alleen water met het betreffende zuur, base of zout. Bij mengsels van meerder zuren, basen of zouten en water kun je niet de exacte concentratie bepalen door de geleidbaarheid te meten.
Bij lage concentratie (minder dan 1 gewichtsprocent) van zuren, basen of zouten is er vrijwel een lineaire relatie tussen de concentratie en de geleidbaarheid : verdubbeling van concentratie betekent een verdubbeling van de geleidbaarheid. Wordt de concentratie hoger dan verdwijnt het lineaire verband, de geleidbaarheid neemt relatief minder snel toe bij toenemende concentratie. Boveneen bepaalde concentratie kan het zelfs voorkomen dat de geleidbaarheid gaat afnemen terwijl de concentratie verder toeneemt. Een grafiek waarin de geleidbaarheid is afgezet tegen de concentratie zal vaak een curve vorm hebben met een maximum geleidbaarheidswaarde. Sommige curven, bijvoorbeeld die van zwavelzuur en oleum vertonen zelfs meerdere maxima en minima. Rond deze maxima en minima kun je eigenlijk geen goede concentratiemeting doen met een geleidbaarheidsmeter maar in de concentratiegebieden er onder of boven wel. Indien een geleidbaarheidsmeter een vrij programmeerbare uitgang heeft (d.w.z. een door de gebruiker zelf te bepalen niet lineaire relatie tussen de 4-20 mA uitgang en de geleidbaarheid), kan de geleidbaarheidsmeter als een “echte” in-line concentratiemeter gebruikt worden.
Als het om het meten van de concentratie van zoutoplossing gaat wel, echter bij diverse zuren en basen niet ! Met uitzondering van het “ultra puur water gebied” geldt voor NaCl temperatuurcompensatie de vuistregel : een correctie van circa 2% per °C. Met name bij geconcentreerde zuren en basen gelden andere compensatiewaarden. Ieder zuur of iedere base heeft een eigen compensatiewaarde. Bovendien veranderen de compensatiewaarden voor bepaalde zuren met concentratie en temperatuur. In deze situaties is de NaCl temperatuurcompensatie niet nauwkeurig genoeg en is een zuur of base specifieke compensatie nodig in de vorm van een proceseigen coëfficiënt. In sommige gevallen is zelfs een enkel, hoewel specifiek coëfficiënt, niet voldoende en is een correctie nodig die zich aanpast aan de concentratie en de procestemperatuur.
 |  |  |  |  |  |  |
ShareThis