آموزش کار با هدایت سنج
هدایت سنج یا کنداکتومتر یا کنداکتیومتر که گاهی به آن ECمتر یا کنداکتیویتی‌متر نیز می‌گویند، تجهیزی است که برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی محلول‌ها و مواد مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. هدایت سنج یک تجهیز بسیار ضروری در بسیاری حوزه‌ها از جمله شیمی، علوم محیط زیست، هیدرولوژی، کشاورزی و مانیتورینگ کیفیت آب است. در واقع هر هدایت سنج دارای یک پرب یا پروب (probe) است که درون آن دو عدد یا بیشتر الکترود از جنس مواد رسانا (عمدتا فلز) قرار دارند. زمانی که پروب درون محلول فرو برده میشود، جریان الکتریکی بین الکترودها برقرار میشود.
نکته اساسی و مبنای کار هر هدایت سنج این است که میزان هدایت الکتریکی محلول بر میزان جریان الکتریکی بین الکترودها تاثیر می‌گذارد. کنداکتیویتی یک محلول با غلظت یون‌های حاضر در محلول رابطه مستقیم دارد. محلول‌های با غلظت یونی بالا، مانند نمک‌ها، اسیدها و بازها هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به آب خالص یا محلول با غلظت یونی پایین دارند. همان طور که اشاره شد، هدایت سنج یا کنداکتیومتر برای تعیین شوری آب، ارزیابی غلظت یون‌های حل‌شده، مانیتورینگ خلوص آب و در فرایندهای صنعتی و کنترل سلامت اکوسیستم‌های آبی کاربرد دارد. همچنین این تجهیزات در کشاورزی و هیدروپونیک برای کنترل سطح مواد مغذی در محلول‌های آبیاری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اجزای یک هدایت سنج
هر هدایت سنج از چند جز اساسی تشکیل شده است که با همدیگر کار می‌کنند تا مولفه کنداکتیویتی محلول اندازه‌گیری شود. این اجزا ممکن است بسته به نوع طراحی و کاربرد، تفاوت‌هایی با هم داشته باشند، اما قسمت‌های اصلی معمولا به شرح زیر هستند.
الکترودها
الکترودها اصلی‌ترین المان اندازه‌گیری در هر هدایت سنج یا کنداکتیویتی متر به شمار می‌آیند. الکترودها معمولا از مواد رسانا مانند فلز یا گرافیت ساخته می‌شوند تا امکان عبور جریان الکتریکی وجود داشته باشد. تعداد الکترودها می‌تواند در مدل‌های مختلف با همدیگر تفاوت داشته باشد، اما متداول‌ترین پیکربندی‌ها به صورت دو و چهار الکترودی هستند. تفاوت بین این دو نوع الکترود در ادامه بیان میشود.
بدنه سنسور
هاوزینگ یا بدنه کنداکتیومتر الکترودها را در خود جای می‌دهد و از آن‌ها در برابر آلودگی و آسیب محافظت می‌کند. جنس بدنه معمولا از موادی مانند استیل ضدزنگ است تا در برابر محلول مورد سنجش مقاوم باشد. ممکن است هاوزینک هدایت سنج دارای شکل و طراحی خاصی باشد تا عملکرد آن در محیط‌های مختلف بهینه شود.
تنظیم کننده ثابت سلول
ثابت سلول (cell constant) یک فاکتور کالیراسیون است که فاصله بین الکترودها را به مقادیر هدایت الکتریکی اندازه‌گیری‌شده ارتباط می‌دهد. از آنجا که کنداکتیویتی یک محلول با غلظت یون‌های آن رابطه مستقیم و با فاصله بین الکترودها رابطه معکوس دارد، پس تنظیم ثابت سلول، از طریق احتساب فضای بین الکترودها، موجب افزایش دقت اندازه‌گیری میشود.
سنسور دما
وجود سنسور دما در هدایت سنج الزامی نیست. برخی انواع کنداکتیومتر دارای سنسور دما یا ترمیستور نیز هستند. دما می‌تواند تاثیر مستقیم روی میزان هدایت الکتریکی داشته باشد. بنابراین وجود سنسور دما امکان جبرانسازی دمایی و در نتیجه اندازه‌گیری دقیق‌تر را مخصوصا در صورت وجود تغییرات دمایی فراهم می‌کند.
کانکتور یا کابل
کنداکتومتر معمولا دارای کانکتور یا کابل جهت اتصال به تجهیز اندازه‌گیری است. این کابل امکان انتقال سیگنال الکتریکی بین الکترودها و تجهیز اندازه‌گیری به منظور پردازش سیگنال و نمایش را فراهم می‌کند.
محلول کالیبراسیون
برای اطمینان از اندازه‌گیری دقیق، هر هدایت سنج باید در فواصل معین و توسط محلول‌های استاندارد کالیبراسیون شود. محلول‌های استاندارد دارای هدایت الکتریکی معینی هستند و کمک می‌کنند تا خوانش کنداکتیویتی‌متر متناسب با یک نقطه مرجع استاندارد تنظیم شود.
.
تجهیز اندازه گیری
پروب‌‌ها همراه با تجهیز اندازه‌گیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. وظیفه این قسمت از هدایت سنج دریافت سیگنال‌های الکتریکی از پروب، تحلیل داده و نمایش مقدار کنداکتیویتی بر حسب واحد مورد نظر (زیمنس بر متر یا میکروزیمنس بر سانتی‌متر) است.
.
نحوه کار هدایت سنج یا کنداکتیومتر
اصول کار هدایت سنج مبتنی بر هدایت الکتریکی محلول است که معیاری از توانایی آن در هدایت جریان الکتریکی به شمار می‌آید. کنداکتومتر از طریق تشخیص کنداکتیویتی الکتریکی بین الکترودها هنگام غرق شدن در محلول کار می‌کند. هر چقدر غلظت یون‌ها در محلول بیشتر باشد، کنداکتیویتی الکتریکی مقداری بالاتر است. در ادامه توضیح گام به گام مراحل کار هدایت سنج آمده است.
- پروب هدایت سنج شامل دو یا تعداد بیشتر الکترود از جنس آهن یا گرافیت است که اگر درون یک محلول فرو برده شود، بین آن الکترودها جریان الکتریکی برقرار میشود.
- محلول مورد اندازه‌گیری از یون‌هایی تشکیل شده است که ذراتی باردار هستند و از نمک‌های حل شده، اسید، باز و یا سایر مواد موجود در محلول ناشی می‌شوند. حضور یون در محلول امکان هدایت الکتریکی را برقرار می‌سازد.
- زمانی که یک جریان الکتریکی به الکترودها اعمال میشود، یون‌های درون محلول به سمت الکترود با بار مخالف می‌روند. یون‌های مثبت یا کاتیون به سمت الکترود با بار منفی و یون‌های منفی یا آنیون به سمت الکترود با بار مثبت می‌روند.
- حرکت یون‌ها درون محلول، جریانی از بار را می‌سازد که منجر به کنداکتیویتی الکتریکی میشود. هر چقدر یون‌های محلول بیشتر باشد، مقاومت کمتر بوده و جریان بیشتری عبور می‌کند.
- هدایت سنج مقدار جریان عبوری بین الکترودها و نیز اختلاف ولتاژ بین آن‌ها را اندازه می‌گیرد. با دانستن مقادیر ولتاژ و جریان، می‌توان هدایت الکتریک که عکس مقاومت الکتریکی است را از طریق قانون اهم اندازه‌گیری کرد. ( ولتاژ * ثابت سلول) / جریان = کنداکتیویتی
- در مرحله بعد می‌توان با استفاده از سنسور دما جبرانسازی دمایی را برای حذف اثر دما بر کنداکتیویتی انجام داد.
- پروب مقدار هدایت الکتریکی اندازه‌گیری‌شده را به data logging منتقل می‌کند تا بر روی آن تحلیل‌های لازم انجام شود و با واحد مورد نظر نمایش داده شود.
مقایسه هدایت سنج آنلاین و هدایت سنج آزمایشگاهی
هدایت سنج آزمایشگاهی برای استفاده در شرایط آزمایشگاهی کنترل‌شده طراحی می‌شوند. این نوع هدایت سنج معمولا در تحقیقات، آنالیزهای شیمیایی، تست کیفیت آب و آزمایش‌های علمی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن‌ها نیاز به اندازه‌گیری دقیق مقدار کنداکتیویتی وجود دارد. هدایت سنج آزمایشگاهی معمولا دارای طراحی benchtop یا رومیزی و مجهز به data logging برای ضبط و نمایش نتایج است. کنداکتیومتر آزمایشگاهی دارای عملکرد دستی بوده و توسط شخص آزمایش‌کننده به درون محلول مورد سنجش فرو برده میشود. برای اندازه‌گیری دقیق حتما باید پروب با محلول در تماس مستقیم باشد. پروب کنداکتیومتر آزمایشگاهی چندکاره است و برای گستره وسیعی از انواع محلول‌ها با مقادیر کنداکتیویتی مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع هدایت سنج به محققان این امکان را می‌دهد که آنالیز جزئی و دقیقی را در آزمایش‌های مختلف انجام دهند. هدایت سنج‌های آزمایشگاهی تجهیزاتی با دقت بسیار بالا هستند که برای انعطاف‌پذیری بیشتر، ممکن است کالیبراسیون‌های مختلف و بازه‌های چندگانه اندازه‌گیری داشته باشند.
هدایت سنج آنلاین برای مانیتورینگ پیوسته و کنترل کنداکتیویتی سیالات در فرایندهای صنعتی و پلنت‌های بهسازی آب و سایر کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن‌ها به داده‌های زمان واقعی (real-time) نیاز است. پروب کنداکتیومتر آنلاین با لوله‌های فرایند یا سیستم فلو تجمیع میشود. طراحی این نوع هدایت سنج‌ها به نحوی است که شرایط سخت صنعتی را تحمل کنند و در برابر خوردگی و رسوب مقاوم باشند. پروب یک کنداکتومتر اینلاین به صورت دائمی در مسیر عبور سیال نصب میشود و امکان مانیتورینگ پیوسته کنداکتیویتی سیال را بدون نیاز به کنترل دستی فراهم می‌کند. هدایت سنج آنلاین مستقیما به سیستم‌های کنترل فرایند یا سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) متصل میشود و داده‌های آنلاین برای استفاده در بهینه‌سازی فرایند و کنترل اتوماتیک فراهم می‌کند.
کنداکتومتر اینلاین برای تحمل عملیات پیوسته در محیط‌های صنعتی طراحی شده است و دارای ویژگی‌هایی است که از رسوب و انسداد الکترودها جلوگیری می‌کنند تا اندازه‌گیری پیوسته و قابل اطمینان حاصل شود. کنداکتومترهای آنلاین برای مقاوم بودن و نیز پایداری در بازه‌های زمانی طولانی مهندسی شده‌اند. بنابراین، اگرچه ممکن است سطح دقتی در حد کنداکتومتر آزمایشگاهی نداشته باشند، اما اندازه‌گیری‌های با دقت مناسب و پیوسته فراهم می‌کنند که برای کنترل و مانیتورینگ اولیت بالاتری دارند.
کالیبراسیون هدایت سنج ها
کالیبراسیون دستگاه های هدایت سنج با استفاده از محلول های مرجع استاندارد ( 5µS/cm , 84µS/cm , 1408µS/cm, 1413µS/cm , 12.88mS/cm) بر اساس توصیه شرکت سازنده و تنظیمات دستگاه انجام میشود . بعد از رسیدن دمای محلول استاندارد به دمای محیط , پروب دستگاه را کاملا با آب مقطر شسته و خشک میکنیم و داخل محلول استاندارد قرار میدهیم و سپس مد کالیبراسیون دستگاه را فعال میکنیم .
