مقدمه
اندازهگیری رسانایی الکتریکی (Conductivity) یکی از روشهای کلیدی در صنایع آب و فاضلاب، غذایی، دارویی و شیمیایی برای پایش کیفیت سیالات است. این پارامتر نشاندهنده میزان یونهای موجود در یک محلول بوده و نقش مهمی در کنترل فرآیندها، تضمین کیفیت و رعایت استانداردهای بینالمللی دارد.
سیستمهای اندازهگیری رسانایی معمولاً شامل یک سنسور رسانایی (هدایتی یا القایی)، یک ترانسمیتر و کابل اندازهگیری ویژه هستند. انتخاب صحیح نوع سنسور، شرایط نصب مناسب، نگهداری منظم و کالیبراسیون دقیق از عوامل اصلی در دستیابی به نتایج قابل اعتماد محسوب میشوند.
در این مقاله، اصول عملکرد روشهای هدایتی و القایی، مزایا و محدودیتها، شرایط نصب، روشهای نگهداری و کالیبراسیون تجهیزات رسانایی بررسی میشود تا مهندسان ابزار دقیق بتوانند بهترین بهرهبرداری را از این سیستمها داشته باشند.
اندازهگیری رسانایی
سنسورها و ترانسمیترها یک سیستم کامل اندازهگیری رسانایی شامل موارد زیر است:
- یک سنسور رسانایی
- یک ترانسمیتر
- یک کابل اندازهگیری ویژه
اندازهگیری رسانایی به روش هدایتی (Conductive) – اصل اندازهگیری
- رسانایی مایعات با سیستمی اندازهگیری میشود که دارای دو الکترود هممحور (مشابه خازن) است.
- مقاومت الکتریکی یا معکوس آن (هدایت G) طبق قانون اهم اندازهگیری میشود.
- رسانایی ویژه با استفاده از ثابت سلول (k) که به هندسه سنسور وابسته است، تعیین میگردد.
اندازهگیری رسانایی به روش القایی (Inductive) – اصل اندازهگیری
- یک ژنراتور میدان مغناطیسی متناوبی در سیمپیچ اولیه ایجاد میکند.
- این میدان در محیط (مایع) جریان القا میکند. شدت جریان القایی به رسانایی و غلظت یونهای محیط بستگی دارد.
- جریان ایجادشده در محیط، میدان مغناطیسی ثانویهای در سیمپیچ دوم ایجاد میکند.
- جریان القایی در سیمپیچ ثانویه توسط گیرنده اندازهگیری و پردازش میشود تا مقدار رسانایی تعیین گردد.
مزایای اندازهگیری القایی رسانایی
- بدون الکترود → عدم وجود پدیده پلاریزاسیون
- دقت بالا در محیطها یا محلولهای با آلودگی زیاد و رسوبگذاری
- جداسازی کامل گالوانیکی بین محیط و سیستم اندازهگیری
شرایط نصب برای سنسورهای القایی (مدلهای CLS50/52/54)
- سیال باید از کانال مخروطی سنسور در جهت مشخصشده عبور کند.
- نصب در لولههای افقی (وسط) یا عمودی (راست) امکانپذیر است.
- در شرایط نصب محدود، میدان الکتریکی تحت تأثیر دیواره لوله قرار میگیرد → این اثر با ضریب نصب (Installation Factor) جبران میشود.
- اگر فاصله سنسور از دیواره کافی باشد (بیش از ۱۵ میلیمتر یا DN ≥ 65)، ضریب نصب برابر ۱ در نظر گرفته میشود.
- در لولههای عایق الکتریکی، ضریب نصب بیشتر از ۱ و در لولههای رسانا کمتر از ۱ خواهد بود.
- پیش از نصب، باید کالیبراسیون صفر در هوا (Air Set) انجام شود.
- عمق غوطهوری باید بهگونهای باشد که بدنه سیمپیچ کاملاً در سیال قرار گیرد. لوله باید کاملاً پر باشد. وجود حباب گاز باعث خطا در اندازهگیری میشود.
عملیات و نگهداری
کارهای نگهداری شامل:
- تمیز کردن سنسور و مجموعه نصب
- بررسی کابل و اتصالات
- کالیبراسیون
تمیز کردن سنسور رسانایی:
- آلودگیها را با برس مصنوعی تمیز کنید.
- در صورت نیاز از اسید کلریدریک رقیق (۵٪) استفاده کنید.
- سپس با آب تمیز بهخوبی شستشو دهید.
کالیبراسیون
سیستمهای هدایتی:
- با محلول کالیبراسیون با رسانایی مشخص
- با وارد کردن مقدار دقیق ثابت سلول (k)
- با مقایسه با دستگاه مرجع (مانند CONCAL)
سیستمهای القایی:
- با محلول کالیبراسیون با رسانایی مشخص
- با مقایسه با دستگاه مرجع
در صورت امکان، بهترین روش ارسال دستگاه به مرکز کالیبراسیون برای دریافت گواهی معتبر است.
بررسی سنسورهای القایی
- مقاومت اهمی سیمپیچها: حدود ۵ تا ۷ اهم
- اندوکتانس: حدود ۲۶۰ تا ۴۵۰ میلیهانری (در ۲ کیلوهرتز)
- اتصال کوتاه بین سیمپیچها مجاز نیست (مقاومت باید بیش از ۲۰ مگااهم باشد).
بررسی ترانسمیتر (سنسورهای القایی)
- رسانایی را میتوان با مقاومتهای استاندارد (Decade Resistors) شبیهسازی کرد.
- برای شبیهسازی دما، مقاومت دهدهی بهجای سنسور Pt100 متصل میشود.
قطعات مصرفی و یدکی
محلولهای کالیبراسیون (CLY11):
- A: 74 μS/cm
- B: 149.6 μS/cm
- C: 1.406 mS/cm
- D: 12.64 mS/cm
- E: 107.0 mS/cm
کابلهای اندازهگیری:
- CYK71 برای سنسورهای هدایتی (نسخه معمولی و ضدانفجار)
- CLK5 برای سنسورهای القایی (مدلهای CLS50/52/54)
