Quelle est la plage des transmetteurs de conductivité ? Les facteurs clés qui influencent leurs performances et Ver

La gamme de transmetteurs de conductivité est pertinente pour les industries qui dépendent de certaines analyses de liquides. De la purification de l'eau aux procédés chimiques, ces dispositifs sont essentiels. Ce guide explique les bases de la conductivité, le fonctionnement du transmetteur et les facteurs affectant la plage du transmetteur, pour n'en citer que quelques-uns.

Comprendre la conductivité et son importance

Définition de la conductivité

Donc, la conductivité est simplement la capacité de tout matériau à conduire l'électricité. Dans le cas des liquides, c'est la capacité de la solution à conduire le passage du courant électrique à travers elle. Cette capacité dépend presque entièrement de la concentration d'ions dissous dans la solution.

Ions : Ce sont des atomes ou des molécules qui ont gagné ou perdu des électrons, acquérant ainsi une charge électrique nette positive ou négative.

Eau pure : L'eau qui est intensément purifiée ou qui a été complètement désionisée a très peu d'ions, ce qui en fait un mauvais conducteur avec une faible conductivité.

Eau contaminée : Ces substances sont des sels, des acides et des alcalis qui, lorsqu'ils sont dissous dans l'eau, se dissocient en ions (NaCl en Na⁺ et Cl⁻). Tant qu'il y a des ions mobiles dans la solution, elle conduira l'électricité et aura une conductivité plus élevée.

Habituellement, elle est exprimée en Siemens par centimètre ; cependant, pour les échantillons ayant des conductivités plus faibles, des unités plus petites, telles que les microSiemens par centimètre, sont utilisées.

Applications de la mesure de conductivité

La mesure de conductivité est une technique analytique non destructive qui fournit une lecture de la concentration totale d'ions dans une solution sans révéler quels ions sont présents. Néanmoins, elle offre rapidité, fiabilité et des procédures simples pour surveiller les changements dans la composition d'une solution.

Importance dans diverses industries

La mesure de conductivité est utilisée et est importante dans une grande variété de procédés industriels.

Epuration de l'eau : Assurez la plus haute pureté de l'eau pour prévenir la corrosion et la contamination dans les centrales électriques et les installations de fabrication pharmaceutique. Les transmetteurs de conductivité surveillent la pureté de l'eau à toutes les étapes de la production, détectant même les plus légères traces d'impuretés ioniques.

Agriculture : La conductivité de l'eau du sol est couramment utilisée pour analyser la salinité du sol. Des niveaux élevés de salinité entravent la croissance des cultures ; par conséquent, les agriculteurs utilisent ces données pour gérer l'irrigation et la fertilisation.

Alimentation et Boissons : La mesure de la conductivité dans les brasseries, les laiteries et les usines de transformation alimentaire est utilisée pour surveiller les systèmes CIP. Cela garantit le rinçage complet des agents de nettoyage pour éviter la contamination des produits.

Fabrication chimique : Ces transmetteurs surveillent les réactions chimiques et maintiennent les concentrations des solutions pour garantir la qualité des produits et l'efficacité du processus.

Transmetteurs de conductivité : Une présentation générale

Qu'est-ce qu'un transmetteur de conductivité ?

Un transmetteur de conductivité est un dispositif électronique connecté à un capteur de conductivité. Son utilisation principale est d'acquérir le signal électrique de ce capteur, de le traiter et de le transformer en un signal de sortie plus standardisé, qui peut être un signal analogique de 4-20 mA ou un signal numérique via des protocoles tels que HART ou PROFIBUS. Cette sortie standardisée est ensuite envoyée à un PLC, un DCS ou un autre équipement de surveillance.

Principe de fonctionnement d'un transmetteur de conductivité

Les étapes impliquées sont les suivantes :

Détection : Le capteur de conductivité a des électrodes qui sont immergées dans le liquide. Une tension alternative connue est appliquée entre elles.

Mesure : Le flux de courant à travers la solution est mesuré. Selon la loi d'Ohm, le courant est inversement proportionnel à la résistance de la solution (Courant = Tension/Résistance).

Calcul : Le transmetteur calcule la valeur de la conductance (inverse de la résistance) et, à partir de cela, détermine la conductivité en tenant compte de la constante de cellule du capteur qui correspond à la géométrie physique de la cellule.

Compensation de température : Étant donné que la conductivité varie considérablement avec la température, le transmetteur utilise son capteur de température interne pour compenser de tels changements, normalisant la lecture à une certaine température de référence (habituellement 25°C).

Transmission : La valeur finale de la conductivité, avec compensation, est transmise sous forme de signaux standard au système de contrôle.

Types de transmetteurs de conductivité

Les transmetteurs de conductivité peuvent être classés en fonction de la technologie de capteur utilisée :

Transmetteurs conductifs (ou à contact) : Ces transmetteurs ont des électrodes de détection immergées directement dans le fluide de mesure. Ils sont très précis dans la plage de conductivité allant du bas au moyen et sont donc excellents pour les applications d'eau pure. Ils se présentent généralement sous la forme de configurations à deux électrodes ou à quatre électrodes.

Transmetteurs inductifs (ou toroïdaux) : Ils sont composés de deux bobines enroulées de fil (toroïdes) enfermées dans un boîtier en plastique robuste. La première bobine induit une tension dans la solution, complétant une boucle de courant. La deuxième bobine mesure l'amplitude du courant induit, qui est proportionnel à la conductance de la solution. L'absence d'électrodes métalliques exposées signifie que ces instruments sont exempts d'encrassement ou de corrosion, les rendant adaptés pour les solutions agressives, visqueuses ou hautement conductrices.

Facteurs influençant la plage de conductivité

Effets de la température sur la conductivité

La température reste le facteur le plus influent affectant la conductivité. Une augmentation de la température de la solution augmente l'énergie cinétique des ions ; par conséquent, la conductivité augmente. L'effet est puissant, avec une variation de 2-3 % par degré Celsius.

Les transmetteurs de conductivité effectuent une compensation thermique automatique (ATC) pour garantir des mesures précises et comparables. Soit par conception, soit dans leur logiciel, ils ajustent la conductivité mesurée à ce qu'elle serait à une certaine température de référence, généralement 25°C. Étant donné que différentes solutions ont des coefficients de température différents, les transmetteurs sophistiqués permettent à l'opérateur de définir celui approprié pour l'application, depuis l'eau pure jusqu'aux acides forts.

Effet de la composition de la solution

La nature et la concentration des substances dissoutes dictent la conductivité.

Faible conductivité : L'eau déionisée, l'eau d'alimentation des chaudières et l'eau de rinçage sont considérées comme appartenant à cette plage de faible conductivité car elles ont des concentrations d'ions très faibles (par exemple, 0-20 µS/cm).

Conductivité moyenne : L'eau potable, l'eau de surface et de nombreuses solutions de procédés industriels ont des niveaux moyens de sels dissous et appartiennent à cette catégorie (par exemple, 20 - 2 000 µS/cm).

Conductivité élevée : L'eau de mer, les solutions chimiques concentrées et les eaux usées industrielles ont une très haute concentration d'ions qui produit une valeur de conductivité élevée (par exemple, de plus de 2 000 µS/cm à 2 000 000 µS/cm ou 2 S/cm).

Le choix du capteur est crucial. En d'autres termes, un capteur conductif pour l'eau pure perdra rapidement en précision lors de la mesure de solutions à haute conductivité. En revanche, les capteurs inductifs manquent de sensibilité pour mesurer les traitements d'ultra - pureté.

Étalonnage et son importance

L'étalonnage est le processus de vérification et d'ajustement du système de mesure (capteur et émetteur) pour garantir la justesse des lectures. Il comprend l'utilisation de solutions étalon qui ont des valeurs de conductivité connues.

Pourquoi étalonner ? Au fil du temps, les caractéristiques du capteur peuvent changer en raison d'encrassement, d'abrasion ou d'attaque chimique. Cet effet est éliminé grâce à un étalonnage périodique.

Procédure d'étalonnage : Pour l'étalonnage à un seul point, le capteur est immergé dans une solution standard, puis la lecture du transmetteur est ajustée pour correspondre à la valeur standard. Plus de points peuvent être utilisés lors de l'étalonnage pour améliorer la précision sur une plage de fonctionnement plus large.

Fréquence : La fréquence à laquelle l'étalonnage est requis dépend de l'importance qu'il a dans l'application réelle et de la sévérité de l'environnement du processus réel.

Capteurs de conductivité : Technologie et innovations

Avancées dans la technologie des capteurs

Les capteurs de conductivité modernes sont conçus pour être encore plus durables et précis.

Capteurs conductifs à quatre électrodes : Deux électrodes extérieures transportent le courant dans la solution, tandis que la paire d'électrodes intérieures mesure la tension entre elles. Ce faisant, cela réduit les erreurs dues à la polarisation ou à l'encrassement, prolongeant ainsi la plage effective du capteur et améliorant la précision par rapport aux capteurs conventionnels à deux électrodes.

Matériaux durables : Contrairement au passé, les capteurs inductifs sont maintenant fabriqués avec des matériaux hautement résistants, tels que le PEEK et le PVDF, afin qu'ils puissent résister aux produits chimiques agressifs et aux températures élevées typiques de nombreux processus industriels.

Intégration numérique : Les capteurs modernes ont déjà intégré l'électronique numérique. Cela a rendu possible de nombreux diagnostics embarqués et envoyé les informations de diagnostic directement au transmetteur.

Explication de la technologie Memosens

La technologie Memosens est un autre saut considérable dans le domaine de la connectivité des capteurs. Développée par Endress+Hauser, c'est une norme de transmission numérique sans membrane pour les capteurs en analyse liquide.

Comment ça fonctionne ? Les capteurs Memosens contiennent une puce microprocesseur à l'intérieur de la tête du capteur qui enregistre les données d'étalonnage, les heures de fonctionnement et d'autres informations de diagnostic. Une connexion inductive sans contact est établie de sorte qu'elle est 100 % étanche à l'eau et à la corrosion.

Avantages de Memosens :

Pré-étalonnage : Les capteurs peuvent être pré-étalonnés dans un laboratoire contrôlé puis rapidement remplacés sur le terrain, ce qui réduit les temps d'arrêt du processus.

Fiabilité : En raison de sa nature sans contact, l'humidité, la corrosion et les connexions défectueuses affectant les systèmes analogiques conventionnels sont éliminés.

Prédiagnostic : Les données de diagnostic stockées peuvent être utilisées par les utilisateurs pour prédire quand l'état de fonctionnement d'un capteur nécessitera une maintenance ou un remplacement, évitant ainsi les pannes soudaines.

Tendances futures dans la mesure de la conductivité

Développement des technologies de capteur

En outre, il est très probable que les futurs développements se concentreront sur la création de capteurs « plus intelligents ». De tels capteurs auront probablement des capacités de mesure multi-paramètres améliorées, permettant à un seul appareil de mesurer, par exemple, la conductivité, le pH et la température simultanément. En utilisant des techniques d'intelligence artificielle et d'apprentissage automatique, ces capteurs pourront peut-être s'auto-diagnostiquer des problèmes ou modifier leurs performances en fonction des conditions de processus changeantes.

Prédictions de croissance du marché

Le marché mondial des transmetteurs et capteurs de conductivité devrait continuer sa tendance à la croissance stable. Cette croissance est stimulée par des réglementations environnementales strictes, des besoins accrus en matière de gestion des ressources en eau et la volonté mondiale d'accroître l'automatisation et l'efficacité des industries à travers le monde. L'Internet des objets industriel (IoT) entraînera également un besoin croissant de transmetteurs intelligents connectés qui transfèrent des données vers des plateformes d'analyse basées sur le cloud.

Defis et opportunites a venir

Malgre des progres significatifs dans le domaine de l'ingenierie, des problemes persistent. La detection dans des temperatures extremement elevees, des pressions elevees ou des milieux corrosifs est un domaine de recherche actif. En meme temps, ces defis offrent des opportunites pour de nouvelles innovations et le developpement de solutions de la prochaine generation qui ouvrent de nouvelles applications et de nouveaux marches.

Mots-clés: Quel est la plage de fonctionnement des transmetteurs de conductivité?