Какой диапазон электропроводности имеют датчики электропроводности? Основные факторы, влияющие на их производительность и Ver

Диапазон проводимости передач актуален для отраслей, которые основываются на определенных анализах жидкостей. От очистки воды до химических процессов, эти устройства являются очень важными. В этом руководстве объясняются основы проводимости, принцип работы передатчика и факторы, влияющие на диапазон передачи, и многое другое.

Понимание проводимости и ее важности

Определение проводимости

Таким образом, проводимость - это просто способность любого материала проводить электричество. В случае жидкостей это способность раствора пропускать электрический ток. Эта способность почти полностью зависит от концентрации растворенных ионов в растворе.

Ионы: Это атомы или молекулы, которые либо приобрели, либо потеряли электроны, тем самым получивший чистый положительный или отрицательный электрический заряд.

Чистая вода: Вода, которая интенсивно очищена или полностью обезионирована, имеет очень мало ионов, что делает ее плохим проводником с низкой проводимостью.

Загрязнённая вода: Эти вещества - это соли, кислоты и щёлочи, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы (NaCl на Na⁺ и Cl⁻). Пока в растворе есть подвижные ионы, он будет проводить электричество и иметь более высокую электропроводность.

Обычно она выражается в сименсах на сантиметр; однако для образцов с более низкой электропроводностью используются более мелкие единицы, такие как микросименсы на сантиметр.

Применение измерения электропроводности

Измерение электропроводности - это неразрушающий аналитический метод, который даёт показание общего содержания ионов в растворе, не раскрывая, какие именно ионы присутствуют. Тем не менее, он обеспечивает быстроту, надежность и простоту процедуры для мониторинга изменений в составе раствора.

Важность в различных отраслях промышленности

Измерение электропроводности используется и имеет важное значение в широком спектре промышленных процессов.

Очистка воды: Гарантировать наивысшую чистоту воды для предотвращения коррозии и загрязнения в электростанциях и фармацевтических производствах. Трансмиттеры электропроводности контролируют чистоту воды на всех этапах производства, обнаруживая даже самые незначительные следы ионных примесей.

Сельское хозяйство: Электропроводность почвенной воды обычно используется для анализа солености почвы. Высокие уровни солености препятствуют росту сельскохозяйственных культур; поэтому фермеры используют эти данные для управления поливом и внесением удобрений.

Пищевая промышленность и производство напитков: Измерение электропроводности в пивоварнях, молочных предприятиях и пищевых предприятиях используется для мониторинга систем очистки в процессе (CIP). Это обеспечивает тщательную промывку очистительных средств, чтобы предотвратить загрязнение продуктов.

Химическое производство: Эти преобразователи мониторируют химические реакции и поддерживают концентрацию растворов, чтобы обеспечить качество продукции и эффективность процесса.

Преобразователи электропроводности: Обзор

Что такое преобразователь электропроводности?

Преобразователь электропроводности - это электронное устройство, подключенное к датчику электропроводности. Его основное назначение - получать электрический сигнал от этого датчика, обрабатывать его и затем преобразовывать в более стандартный выходной сигнал, который может быть аналоговым сигналом 4 - 20 мА или цифровым сигналом по протоколам, таким как HART или PROFIBUS. Затем такой стандартизированный выход поступает в ПЛК, ЦСУ или другое оборудование мониторинга.

Рабочий принцип датчика электропроводности

Включаемые шаги следующие:

Сенсорное обнаружение: Датчик электропроводности имеет электроды, которые погружены в жидкость. Между ними подается известное переменное напряжение.

Измерение: Измеряется ток, проходящий через раствор. Согласно закону Ома, ток обратно пропорционален сопротивлению раствора (Ток = Напряжение/Сопротивление).

Вычисление: Передающее устройство вычисляет значение электропроводности (обратное значение сопротивления) и на его основе определяет электропроводность, учитывая ячеечную постоянную датчика, соответствующую физической геометрии ячейки.

Температурная компенсация: Поскольку электропроводность значительно изменяется в зависимости от температуры, передающее устройство использует свой внутренний температурный датчик для компенсации таких изменений, нормируя показания к некоторой эталонной температуре (обычно 25°C).

Передача: Финальное значение электропроводности с учетом компенсации передается в виде стандартных сигналов в систему управления.

Типы датчиков электропроводности

Датчики электропроводности могут быть классифицированы в соответствии с используемой датчиковой технологией:

Контактные датчики электропроводности: Эти датчики имеют чувствительные электроды, погруженные непосредственно в измеряемую жидкость. Они очень точны в диапазоне низкой и средней электропроводности и, следовательно, идеально подходят для анализа питьевой воды. Они обычно имеют двухэлектродную или четырехэлектродную конфигурацию.

Индуктивные датчики электропроводности: Они состоят из двух намотанных проволокой катушек (тороидов), помещенных в прочный пластиковый корпус. Первая катушка индуцирует напряжение в растворе, образуя контур тока. Вторая катушка измеряет величину индуцированного тока, которая пропорциональна электропроводности раствора. Отсутствие открытых металлических электродов означает, что эти приборы не подвержены загрязнению или коррозии, что делает их подходящими для агрессивных, вязких или высокоэлектропроводящих растворов.

Факторы, влияющие на диапазон электропроводности

Влияние температуры на проводимость

Температура остается самым влиятельным фактором, влияющим на проводимость. Повышение температуры раствора увеличивает кинетическую энергию ионов; следовательно, проводимость увеличивается. Эффект значителен, при этом проводимость изменяется на 2-3% при каждом градусе Цельсия.

Передаватели проводимости выполняют автоматическую температурную компенсацию (АТК), чтобы обеспечить точные и сравнимые показания. Они, либо по конструкции, либо с помощью программного обеспечения, корректируют измеренную проводимость до значения, которое она имела бы при некоторой эталонной температуре, обычно 25°C. Поскольку различные растворы имеют разные температурные коэффициенты, сложные передаватели позволяют оператору установить подходящий коэффициент для конкретного применения, от дистиллированной воды до сильных кислот.

Влияние состава раствора

Природа и концентрация растворенных веществ определяют проводимость.

Низкая проводимость: Деионизованная вода, питательная вода котла и промывочная вода относятся к диапазону низкой проводимости, так как они имеют очень низкую концентрацию ионов (например, 0-20 мкСм/см).

Средняя электропроводность: питьевая вода, поверхностная вода и многие промышленные технологические растворы имеют средние уровни растворенных солей и относятся к этой категории (например, 20 - 2000 мкСм/см).

Высокая электропроводность: морская вода, концентрированные химические растворы и промышленные сточные воды имеют очень высокую концентрацию ионов, что приводит к высоким значениям электропроводности (например, от более 2000 мкСм/см до 2000000 мкСм/см или 2 См/см).

Выбор датчика является критически важным. Другими словами, проводящий датчик для чистой воды быстро потеряет точность при измерении растворов с высокой электропроводностью. Напротив, индуктивные датчики не обладают достаточной чувствительностью для измерения в условиях обработки воды сверхчистой степени.

Калибровка и ее важность

Калибровка - это процесс проверки и настройки измерительной системы (датчика и преобразователя) для обеспечения правильности показаний. Она включает использование стандартных растворов с известными значениями электропроводности.

Зачем калибровать? С течением времени характеристики датчика могут измениться из-за загрязнения, истирания или химического воздействия. Этот эффект устраняется путем периодической калибровки.

Процедура калибровки: Для одноточечной калибровки датчик погружают в стандартный раствор, а затем настройвают показания преобразователя так, чтобы они соответствовали стандартному значению. Во время калибровки можно использовать больше точек, чтобы повысить точность в более широком диапазоне работы.

Частота: Как часто требуется калибровка зависит от того, насколько это важно для конкретного применения и насколько жестокая является фактическая технологическая среда.

Кондуктивные датчики: Технологии и инновации

Прогресс в технологии датчиков

Современные кондуктивные датчики разработаны так, чтобы быть еще более прочными и точными.

Четырехэлектродные кондуктивные датчики: Два наружных электрода пропускают ток в раствор, в то время как внутренний пары электродов измеряет напряжение между ними. При этом это уменьшает ошибки, возникающие из-за поляризации или загрязнения, тем самым расширяя эффективный диапазон датчика и повышает точность по сравнению с обычными двухэлектродными датчиками.

Прочные материалы: В отличие от прошлого, индуктивные датчики теперь изготавливаются из высокопрочных материалов, таких как PEEK и PVDF, поэтому они могут выдерживать агрессивные химические вещества и высокие температуры, характерные для многих промышленных процессов.

Цифровая интеграция: Современные датчики уже оснащены цифровой электроникой. Это стало возможным благодаря множеству бортовых диагностических систем и позволяет передавать диагностическую информацию непосредственно в передатчик.

Объяснение технологии Memosens

Технология Memosens представляет собой еще один значительный скачок в области подключения датчиков. Разработанная компанией Endress+Hauser, это цифровой стандарт безмембранной передачи данных для датчиков в жидкостном анализе.

Как это работает? Датчики Memosens содержат микросхему внутри головки датчика, которая записывает калибровочные данные, часы работы и другую диагностическую информацию. Создается индуктивное бесконтактное соединение, которое является 100% водонепроницаемым и коррозионно-стойким.

Преимущества технологии Memosens:

Предварительная калибровка: Датчики могут быть предварительно калиброваны в контролируемой лабораторной среде и затем быстро заменены в полевых условиях, что сокращает время простоя процесса.

Надежность: Благодаря бесконтактной природе исключаются воздействия влаги, коррозии и неисправных соединений, которые могут повлиять на традиционные аналоговые системы.

Предварительный диагноз: Диагностические данные, которые сохраняются, могут быть использованы пользователями для предсказания того, когда рабочее состояние датчика потребует технического обслуживания или замены, таким образом, избегая внезапных отказов.

Будущие тенденции в измерении электропроводности

Развитие технологий датчиков

Также весьма вероятно, что в будущем разработки будут сосредоточены на создании "умных" датчиков. Такие датчики, вероятно, будут иметь расширенные возможности многопараметрических измерений, позволяя одному устройству измерять, например, электропроводность, рН и температуру одновременно. Используя технологии искусственного интеллекта и машинного обучения, эти датчики могут иметь возможность самодиагностики проблем или корректировки своих характеристик в соответствии с изменяющимися технологическими условиями.

Прогнозы роста рынка

Мировой рынок передающих устройств и датчиков электропроводности, вероятно, продолжит тенденцию к устойчивому росту. Этот рост обусловлен строгими экологическими нормами, увеличивающимися потребностями в управлении водными ресурсами и глобальным стремлением к большей автоматизации и эффективности, преследуемым промышленностью по всему миру. Промышленный Интернет вещей (IoT) также вызовет растущую потребность в умных, подключенных передающих устройствах, которые передают данные на аналитические платформы, работающие в облаке.

Предстоящие вызовы и возможности

Несмотря на значительные успехи в области инженерных наук, проблемы остаются. Измерение параметров в условиях чрезвычайно высоких температур и давлений или в агрессивных средах является актуальной областью исследований. В то же время эти вызовы создают возможности для новых инноваций и разработки решений следующего поколения, которые откроют новые области применения и рынки.

Теги: Какой диапазон проводимости имеют датчики проводимости?