מד מוליכות חשמלית: מדריך מקיף למתחילים

בהקשר המודרני של בקרת איכות, ניטור סביבתי וייצור מיוחד, היכולת להעריך במדויק את הרכב הנוזלים היא בעלת חשיבות עליונה.מוליכות חשמלית(EC) משמש כפרמטר בסיסי, המציע תובנה קריטית לגבי הריכוז הכולל של חומר יוני מומס בתוך תמיסה.מד מוליכות חשמלית(מד EC) הוא מכשיר אנליטי הכרחי המשמש לכימות תכונה זו.

מדריך מקיף זה מיועד לאנשי מקצוע ולמתחילים כאחד, ומספק פירוט קפדני של עקרונות מד ה-EC, תפקודו, כיולו ויישומים מגוונים, ומבטיח שמתחילים יוכלו לשלב בביטחון טכניקת מדידה חיונית זו בתהליך העבודה התפעולי שלהם.

תוֹכֶן הָעִניָנִים:

1. מהי מוליכות חשמלית?

2. מהו מד מוליכות חשמלית?

3. מהו עקרון הפעולה של מד המוליכות החשמלית?

4. מה מודד מד מוליכות חשמלית?

5. כל מיני מדי מוליכות חשמלית

6. כיצד לכייל מד מוליכות חשמלית?

7. יישומים רחבים של מד המוליכות החשמלית

8. מה ההבדל בין מד מוליכות חשמלית למד pH?

א. מהי מוליכות חשמלית?

מוליכות חשמלית(κ) הוא מדד ליכולתו של חומר להעביר זרם חשמלי. בתמיסות מימיות, העברה זו מושגת לא על ידי אלקטרונים חופשיים (כמו במתכות) אלא על ידי תנועת יונים מומסים. כאשר מלחים, חומצות או בסיסים מומסים במים, הם מתפרקים לקטיונים טעונים חיוביים ואניונים טעונים שליליים. חלקיקים טעונים אלה מאפשרים לתמיסה להוליך חשמל.

באופן כללי, מוליכות (σ) מוגדרת מתמטית כהופכי של התנגדות (ρ), המציין את יכולתו של חומר להוליך זרם חשמלי (σ = 1/ρ).

עבור תמיסות, המוליכות תלויה ישירות בריכוז היונים; בפשטות,ריכוז גבוה יותר של יונים ניידים מביא ישירות למוליכות גבוהה יותר.

בעוד שיחידת המוליכות הבינלאומית הסטנדרטית (SI Unit) היא סימנס למטר (S/m), ביישומים מעשייםכְּמוֹניתוח איכות המיםובניתוח מעבדה, הערכים מיקרו-סימנס לסנטימטר (µS/cm) או מילי-סימנס לסנטימטר (mS/cm) הםנפוץ יותר ונמצא בשימוש נרחב יותר.

II. מהו מד מוליכות חשמלית?

An מד מוליכות חשמליתהוא מכשיר אנליטי מדויק שתוכנן למדידת המוליכות של תמיסה, הפועל על ידי הפעלת שדה חשמלי וכימות זרימת הזרם הנובעת מכך.

המכשיר מורכב בדרך כלל משלוש יחידות פונקציונליות עיקריות:

1. תא המוליכות (גשש/אלקטרודה):זהו החיישן שמגיע לקשר עם התמיסה הממוקדת. הוא מכיל שתי אלקטרודות או יותר (לעתים קרובות עשויות מפלטינה, גרפיט או נירוסטה) המופרדות במרחק קבוע.

2. יחידת המונה:זהו הרכיב האלקטרוני שמייצר את מתח העירור (AC) ומעבד את אות החיישן.

3. חיישן הטמפרטורה:רכיב הכרחי זה משולב לעתים קרובות בתוך הגשוש כדי למדוד את טמפרטורת הדגימה לצורך פיצוי מדויק.

מד ה-EC מספק את הנתונים החיוניים הנדרשים לניהול תהליכים בהם ריכוז מוצקים מומסים הוא קריטי, כגון טיהור מים וייצור כימי.

ג. מהו עקרון הפעולה של מד המוליכות החשמלית?

עקרון המדידה מסתמך על הקשר בין מוליכות להתנגדות, בתיווך גיאומטריה קבועה. כאן, בואו נחקור יחד את שלבי המדידה העיקריים:

1. יישום מתח AC:המונה מפעיל מתח זרם חילופין (AC) מדויק וידוע על פני שתי האלקטרודות בפרוב, דבר המונע קיטוב ופגיעה במשטחי האלקטרודה.

2. מדידת זרם:מד המוליכות החשמלית מודד את גודל הזרם (I) הזורם דרך התמיסה, וזרם זה פרופורציונלי לריכוז היונים הנעים.

3. חישוב מוליכות:המוליכות החשמלית (G) של התמיסה בין שתי הלוחות מחושבת באמצעות צורה מסודרת מחדש של חוק אוהם: G = I/V.

4. קביעת מוליכות:כדי לקבל את המוליכות הספציפית (κ), המוליכות הנמדדת (G) מוכפלת בקבוע התא של הגשוש (K): κ = G · K. קבוע התא (K) הוא גורם גיאומטרי קבוע המוגדר על ידי המרחק (d) בין האלקטרודות לשטח הפנים האפקטיבי שלהן (A), K = d/A.

מוליכות רגישה מאוד לטמפרטורה; עלייה של 1 מעלות צלזיוס יכולה להעלות את הקריאה בכ-2-3%. כדי להבטיח שהתוצאות ניתנות להשוואה ברחבי העולם, כל מדי ה-EC המקצועיים משתמשים בפיצוי טמפרטורה אוטומטי (ATC).

המונה מתייחס לערך המוליכות הנמדד לטמפרטורה סטנדרטית, בדרך כלל 25 מעלות צלזיוס, באמצעות מקדם טמפרטורה מוגדר, מה שמבטיח שהערך המדווח מדויק ללא קשר לטמפרטורה בפועל של הדגימה במהלך המדידה.

IV. מה מודד מד מוליכות חשמלית?

בעוד שהפלט הבסיסי של מד ה-EC הואמוליכות חשמלית, קריאה זו משמשת באופן שגרתי לכמת או להערכת פרמטרים קריטיים אחרים של איכות מים בסוגים שונים של מפעלים תעשייתיים:

1. מוליכות חשמלית (EC):המדידה הישירה, המדווחת ב-µS/cm או mS/cm.

2. סך מוצקים מומסים (TDS): TDSמייצג את המסה הכוללת של חומר אורגני ואנאורגני מומס ליחידת נפח של מים, בדרך כלל מבוטאת במ"ג/ליטר או בחלקים למיליון (ppm). מכיוון ש-EC קשור חזק לתוכן היוני (החלק הגדול ביותר של TDS), מד ה-EC יכול לספק ערך TDS משוער באמצעות גורם המרה (גורם TDS), שבדרך כלל נע בין 0.5 ל-0.7.

3. מליחות:עבור מים מליחים, מי ים ותמלחות תעשייתיות, EC הוא הגורם המכריע בהגדרת המליחות, שהוא הריכוז הכולל של כל המלחים המומסים במים, המדווח בדרך כלל ב-PSU (יחידות מליחות מעשיות) או חלקים לאלף.

V. כל מיני מדי מוליכות חשמלית

מדי EC בתצורות שונות מתוכננים לעמוד בדרישות הספציפיות של דיוק, ניידות וניטור רציף, והנה הןהמְשׁוּתָףסוגי מוליכותמטריםזֶהנראים לעתים קרובות בסוגים שונים של סצנות תעשייתיות:

VI. כיצד לכייל מד מוליכות חשמלית?

כיול קבוע הוא חובה לשמירה על הדיוק והאמינות של כל מערכת מדידה של EC. כיול מתקנן את תגובת המונה לערכים ידועים, ומאמת את קבוע התא (K).

נוהל כיול סטנדרטי:

1. בחירה סטנדרטית:בחר מוסמךפתרון סטנדרטי של מוליכות(למשל, תמיסות אשלגן כלורי (KCl) עם ערכים ידועים כמו 1413 µS/cm או 12.88 mS/cm) שמקיפים את טווח הדגימה הצפוי שלך.

2. הכנת גשוש:יש לשטוף את האלקטרודה היטב במים מזוקקים (DI) ולאחר מכן עם כמות קטנה של תמיסת תקן כדי לטפל במשטח. יש לייבש היטב בעזרת נייר נטול סיבים; אין לנגב בגסות.

3. מדידה:טבלו את הגשוש לחלוטין בתמיסה הסטנדרטית, תוך הקפדה על כך שאין בועות אוויר לכודות ליד משטחי האלקטרודה. אפשרו לטמפרטורה להתייצב.

4. התאמה:הפעל את פונקציית הכיול של המונה. המכשיר יקרא אוטומטית את הערך המיוצא ויתאים את הפרמטרים שלו באופן פנימי (או ינחה את המשתמש להזין את הערך הסטנדרטי הידוע).

5. אימות:עבור עבודה בדיוק גבוה, יש לאמת את הכיול באמצעות תמיסה סטנדרטית שנייה ושונה.

VII. יישומים רחבים של מד המוליכות החשמלית

היישומים של מדידת EC נפוצים וקריטיים במגוון מגזרים:

1. טיהור מים:ניטור יעילות של מערכות אוסמוזה הפוכה (RO) ודיוניזציה. המוליכות של מים טהורים במיוחד היא מדד ישיר לאיכותם (μS/cm נמוך מצביע על טוהר גבוה).

2. מדעי הסביבה:הערכת הבריאות הכללית והמליחות של גופי מים טבעיים (נהרות, אגמים, מי תהום), המשמשת לעתים קרובות כאינדיקטור לזיהום פוטנציאלי או נגר מינרלים.

3. חקלאות וגננות:שליטה בריכוז תמיסת רכיבים תזונתייםבהידרופוניקה ודישון. בריאות הצמח קשורה ישירות לרמת ה-EC של מי ההזנה.

4. בקרת תהליכים תעשייתיים:ויסות מחזורי ניקוז במגדלי קירור ובדודים למניעת אבנית וקורוזיה על ידי שמירה על ריכוז מוצקים מומסים בגבולות מקובלים.

5. אוכל ושתייה:בקרת איכות, המשמשת למדידת ריכוז המרכיבים (למשל, מלח בתמיסות מלח או ריכוז חומצה במשקאות).

VIII. מה ההבדל בין מד מוליכות חשמלית למד pH?

בעוד ששניהם כלים חיוניים לניתוח נוזלים, מד ה-EC ו-thהמד pHמדידהאורמאפיינים ייחודיים באופן מהותי של פתרון:

בניתוח מקיף של המים, שני הפרמטרים נחוצים. לדוגמה, בעוד שמוליכות גבוהה מראה שיש יונים רבים בנוכחותם, ה-pH מראה אם ​​יונים אלה תורמים בעיקר לחומציות או בסיסיות.