Sensores De Conductividad 57v6s

SENSORES DE CONDUCTIVIDAD POR: JOEL JULIO ZEA DIAZ

La conductividad  

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La conductividad es un parámetro que mide el nivel de concentración iónica en una solución. Entre más sales, ácidos o bases estén disociadas en la solución, mayor será la lectura de conductividad. En el agua, la conductividad es principalmente de iones salinos, por lo que puede tratársele como un índice de la carga de sal, en el agua residual, o de pureza, en la potable. Este parámetro también es muy popular para el control de procesos en industriales como la alimenticia y la farmacéutica.

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La conductividad se expresa, generalmente, en S/cm (o mS/cm) y se define como el producto de la conducción de la muestra y el factor geométrico de la celda de medición. La escala de soluciones acuosas inicia con el agua ultra pura, cuyo valor es de 0.05 μS/cm a 25 °C. Las aguas naturales, como el agua potable o superficial, suelen estar en el rango de los 100 - 1000 μS/cm. La parte superior de la escala la ocupan algunos ácidos y bases

Sensor de conductividad 

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La conductividad eléctrica es lo contrario de la resistencia en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica. Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm ( las unidades antiguas, erán los mhos/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm ). En la práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la cual al ser multiplicada por una constante ( k ) de cada celda en particular, se transforma en la conductividad en S/cm.

Conductividad = Conductancia de la muestra * k k = d/A k: Constante de la celda d: distancia de la separación de los electrodos A: Area de los electrodos  La medición eléAsí, un electrodo de 1 cm de separación y con una area de 1 cm , tendrá una k = 1  ctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias.  Las resistencias R1 y R2 son fijas y su valor va de acuerdo al intervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal forma que no pase corriente hacia el medidor. 

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Como se ilustra en la Figura, la corriente es transportada por los iones disueltos en solución. La aplicación de un potencial entre los dos electrodos causará iones positivos que migran hacia el electrodo negativo y los iones con carga negativa que se pueden extraer para el electrodo positivo. El potencial aplicado está por debajo de la tensión de activación de modo que ninguna reacción tiene lugar en los electrodos.

CONDUCTIVIDAD INDUCTIVA 

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Una célula de medición inductiva consiste en dos bobinas, una transmisora y otra receptora. Ambas bobinas están integradas en un alojamiento hueco. El alojamiento se sumerge en el fluido, que inunda su interior. A continuación se aplica una tensión alterna sinusoidal a la bobina transmisora. Esto produce una corriente en el fluido proporcional a su conductividad. A su vez, esta corriente induce una tensión en la bobina receptora. La conductividad se determina midiendo esta segunda tensión y conociendo la constante de la célula. El sistema integra también un sensor de temperatura que permite aplicar correcciones de temperatura. Muy adecuada para entornos agresivos.

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Puede ser evidentes a partir de la ilustración que los más iones que están disponibles, mayor será la capacidad de transporte de corriente. Este es el caso en las soluciones diluidas de tal manera que la conductividad total es la suma de la conductividad de los iones individuales. La capacidad de la solución a granel para conducir la electricidad es también dependiente de los iones específicos presentes. Cada ion tiene una movilidad diferente en solución, que afecta a su capacidad de transporte de corriente. La tabla siguiente recoge la conductancia iónica equivalente,, de varios iones comunes . Se puede observar que la conductancia relativa varía sustancialmente dependiendo del ion específico, con iones hidrógeno y iones hidróxido de ser mucho más conductora que todos los otros iones.

Sensores de conductividad 

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Sensores de conductividad son más o menos clasificados en dos tipos: los electrodos en o tipos y tipos inductivos. Los tipos electrodos de o se clasifican además en el tipo de o 2-electrodo y el tipo de o 4-electrodo. En la siguiente tabla se muestran las constantes de celda, rangos mínimos de medida y rangos máximos de medición de los sensores respectivos. Las aplicaciones de los sensores conductores están más o menos clasificados de la siguiente manera. Tipos y rangos de medición de sensores.

POLARIZACIÓN 

Si se aplica una tensión de corriente continua, los iones podrían construir una "nube de iones" cerca de la superficie del electrodo como se muestra en la Figura 1B [3]. Esto evitaría que otros iones en solución a partir de ser atraído por el electrodo. Esto se conoce como el "efecto de polarización". Por lo tanto, los potenciales de CA se utilizan para prevenir la acumulación localizada de iones. La señal de CA accionada se opera típicamente entre 2-10 voltios a 60 Hz-3, 000 Hz, con frecuencias más bajas se utilizan para las concentraciones más bajas .

EFECTOS DE LA TEMPERATURA 

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El efecto de la temperatura sobre la conductividad es una relación muy compleja. Un aumento de la temperatura resulta en un aumento en la conductividad, pero dependiendo de los iones específicos en solución y su concentración, la medida del efecto de la temperatura variará drásticamente. Agua ultrapura también presenta una consideración adicional, siendo ésta la disociación de H + y OH-iones como una función de la temperatura. la siguiente figura se muestra cómo el efecto de la temperatura varía dramáticamente dependiendo tanto de la temperatura y la calidad del agua [5]. A sólo 1 ppm (1000 ppb) el cambio en la concentración de la sal cambia la pendiente de compensación de temperatura de aproximadamente 5% /ºC para el agua pura a 2.5% /ºC durante 1 ppm de NaCl. Por lo tanto, es fundamental que todas las lecturas de conductividad hacer referencia a una temperatura particular, típicamente de 25 ºC, y que el factor de compensación aplicada es específica para la que se mide el medio.

DISEÑO DE SENSOR DE DOS ELECTRODOS 

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Sensores de 2 electrodos se construyen de una manera sencilla. Son adecuados para mediciones en soluciones limpias. Contaminaciones, por ejemplo, por la cal, afectar a la medición Este o con sensor de conductividad y es más adecuado para aplicaciones de baja conductividad de agua pura y ultrapura como desmineralizadores y agua de la caldera en centrales eléctricas.

DISEÑO DE SENSOR DE 4 ELECTRODOS 

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Consta de dos electrodos de corriente y dos de tensión. Entre los dos electrodos de corriente hay una corriente eléctrica constante. Con los dos electrodos de tensión una caída de tensión se mide al otro lado de la muestra. La caída de tensión depende de la conductividad de la muestra. Debido a este principio de medición, 4 sensores de electrodo tienen un rango de medición lineal mucho más amplio y no son sensibles a la contaminación Debido a que este método de medición no se ve afectada significativamente por la suciedad o los electrodos, que es adecuado para medir objetos sucios tales como aguas residuales industriales y de aguas residuales.

DISEÑO DEL SENSOR DE CONDUCTIVIDAD INDUCTIVO 

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consiste en dos bobinas toroidales encapsulados en un cuerpo de polímero inerte ( PEEK , polipropileno , etc ) como se muestra en la Figura Una bobina se activa a una frecuencia de 10 kHz - . 20 kHz, que , por medio de principio electromagnético , induce un campo eléctrico a través del orificio central del sensor [ 6 , 7 ] . Cuando se coloca en una solución conductora , se genera un bucle de corriente , que luego es detectado por el toroide de medición . El más conductor el medio, más señal se transfiere a la segunda bobina .

DISEÑO DEL SENSOR DE CONDUCTIVIDAD INDUCTIVO 

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El diseño inductivo ofrece varias ventajas importantes sobre otros diseños : ya que no hay o electrodos metálicos con la solución de la muestra , la corrosión es un problema menor ; no hay efectos de polarización ; y la señal aumenta con la disminución de la resistencia ( en comparación con el o opuesto con electrodos ) . También , en gran medida , el sensor no se ve afectada por los revestimientos resistivos en el sensor , incluyendo aceites y grasas . Una consideración de instalación es que el campo inducido se extiende varias pulgadas más allá del cuerpo del sensor en sí . Por lo tanto , se requiere típicamente más grandes para tuberías de sensores inductivos que ponerse en o . Si no se proporciona el espacio adecuado, se verá afectada la lectura. Si la tubería no es conductor , las lecturas serán bajas , si la tubería es conductor, las lecturas serán altos . Este efecto puede ser compensado por la calibración del sensor en la configuración en la que se va a utilizar .

COMPENSACIÓN DE TEMPERATURA 

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El efecto que la temperatura tiene en la conductividad es importante, por lo que, para obtener mediciones precisas, deberá compensarse la temperatura a un valor de referencia, por lo general 25 grados Celsius (77 grados Fahrenheit). Todos los sensores de conductividad disponen de un elemento de compensación de temperatura integrado Pt 100 o Pt 1000, situado a una altura adecuada en el interior de la punta del sensor para garantizar una respuesta rápida y precisa a los cambios de temperatura

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Corrección de temperatura lineal . La corrección de la temperatura lineal es una corrección empírica utilizada para convertir la conductividad a la temperatura medida a la conductividad a 25 º C. Tiene la forma :

Correccion de agua de alta pureza 

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Alta corrección agua pureza. La alta pureza de corrección de agua es también llamada la corrección de cloruro de sodio diluido. El modelo asume la muestra es agua pura contaminado con una cantidad traza de cloruro de sodio. También se supone (correctamente) que la presencia de la sal no influye en la conductividad del agua. Esto significa que la conductividad de la solución es simplemente la suma de la conductividad del agua y la conductividad de iones sodio y cloruro. La corrección puede entenderse mejor por referencia a la gráfica de abajo.

Corrección de la conductividad de cationes 

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La corrección de la temperatura conductividad catiónica es también llamada la corrección de ácido clorhídrico diluido . Se utiliza exclusivamente en las plantas de energía de vapor que se utiliza la medición de la conductividad de cationes para detectar la contaminación en el condensado de vapor y de agua de alimentación de caldera . El algoritmo de corrección consiste en dos pasos . En primer lugar, el uso de la conductividad y la temperatura medida , el analizador calcula la concentración de ácido clorhídrico . A continuación, el analizador calcula la conductividad producido por la misma concentración de ácido clorhídrico a 25 ° C. Aunque el algoritmo es fácil de describir, el álgebra involucrado es extensa. Típicamente , los errores son pequeñas a menos que la muestra es muy frío ( < 10 ° C ) .