Чем измеряют электропроводность воды

Кондуктометр для воды и жидкостей: устройство, принцип работы

Кондуктометр для воды – прибор для измерения ее электропроводности, то есть способности проводить ток.

Устройство кондуктометра несложное. Это объединенные в одну электрическую цепь чувствительный датчик и измерительный преобразователь. Конструкция прибора бывает как моноблочной, так и раздельной.

Виды кондуктометров

В зависимости от метода измерения кондуктометры бывают:

Отличаются эти типы наличием или отсутствием гальванического контакта электродов ячейки с исследуемой средой.

Для определения электропроводности воды чаще используют контактные кондуктометры. Это объясняется высокой чувствительностью устройств: их можно применять даже для анализа дистиллированной воды.

По наличию термокомпенсации кондуктометры делятся на 3 группы:

Колебания температуры влияют на показатели электропроводности, поэтому для более точных результатов рекомендуется выбирать 2 последних типа.

Принцип действия кондуктометров

Принцип работы кондуктометра рассмотрим на примере контактных приборов.

В исследуемый раствор погружают два электрода, после чего на них подается переменное напряжение. Затем измеряют силу возникшего электрического тока, а показатели выводят на экран устройства.

На точность измерения может повлиять температура, поэтому рекомендуется пользоваться устройством с температурной компенсацией. Альтернативой может стать калибровка кондуктометра при той же температуре, что и анализируемая жидкая среда.

Для измерения электропроводности жидкостей применяют два метода:

Для анализа жидкой среды подходит второй способ. Когда проводимость определяют по четырехэлектродной схеме, устраняется вредное влияние поляризации электродов на процесс измерения.

Моноблочная конструкция

2-х электродная схема

4-х электродная схема

Электропроводность определяется по формуле:

σ = k / R или σ = (k * i) / Uвых,

Применение кодуктометров

Кондуктометры для воды и растворов широко применяются в следующих технических процессах и отраслях:

Кондуктометры определяют степень чистоты воды и измеряют концентрацию растворов солей, кислот и щелочей. С помощью этих устройств оценивают пригодность жидких сред для разного назначения. Поэтому кондуктометры – необходимые приборы для предприятий, где нужен жесткий контроль качества воды.

Хотите сохранить эту статью? Скачайте её в формате PDF

Остались вопросы? Обсудите эту статью на нашей странице В Контакте

Хочешь читать статьи первым, подписывайся на наш канал в Яндекс.Дзен

Рекомендуем прочитать также:

Как измерить концентрацию раствора в режиме онлайн?

Источник

Электропроводность воды

В отдельных отраслях применяются исключительно жесткие требования к качеству водоподготовки. В частности, в микроэлектронике и фармацевтике одним из важнейших показателей является электропроводность воды. Способность специально подготовленной жидкости проводить ток и величина удельного сопротивления сказывается на эффективности некоторых технологических процессов.

Что такое электропроводность воды

Самая распространенная жидкость на Земле обладает способностью проводить постоянный или переменный ток.

Нормы электропроводимости природной воды

В Российской федерации требования к параметрам качества водоподготовки регламентируются государственными стандартами и другими документами. Удельные показатели электрической проводимости воды различного назначения устанавливаются следующими нормативно-правовыми актами в зависимости от степени чистоты:

Жесткие технологические нормы электропроводности для воды установлены на предприятиях, выпускающих компоненты для микроэлектроники. Качество жидкости используемых в производственных процессах контролируется специализированными лабораториями и использованием сложных приборов по утвержденным методикам.

Показатели электропроводности: основные факторы

В природных водоемах содержится множество растворимых примесей неорганического происхождения. Они и определяют основные физические свойства вода, и в том числе электропроводность. Величина последней находится в прямой зависимости от ряда факторов:

При повышении температуры электропроводность воды существенной возрастает по причине роста скорости ионов, снижения их сольватированности и уменьшения показателей вязкости. При этом рост проводимости, связанный с увеличением концентрации катионов и анионов, наблюдается только до определенного предела. Достигнув максимума, она начинается уменьшаться, что обусловлено усилением взаимодействия заряженных частиц между собой и снижением степени диссоциации.

Определение показателей электропроводности воды

Уровень сопротивления жидкости электрическому току измеряется при помощи специальных приборов. Для количественного определения уровня электропроводности воды используются единицы измерения, установленные международной системой СИ. Применение унифицированных методов и стандартов в этой сфере упрощает лабораторные исследования и понимание получаемых результатов.

Единицы измерения

Для удобства в качестве единицы электропроводности воды используют производную, которая составляет одну десятитысячную от основной и записывается как мкСм/см.

Удельное сопротивление жидкости определяется в значительной мере уровнем минерализации. В США для измерения проводимости воды вместо мкСм/см используют величину TDS, указывающую на содержание растворимых солей. Этот показатель рассчитывается в частях на миллион и записывается как ppm. Для перевода этой единицы в международную используется корректирующий коэффициент.

Методы измерений и используемые приборы

В нашей стране удельная проводимость и водородный показатель жидкости определяются электрометрическим способом. Для того чтобы точно рассчитать электропроводность воды специалисты пользуются методикой, установленной РД 52.24.495-2005. Действие этого документа распространятся на поверхностные источники водоснабжения и стоки.

Для измерения электропроводности воды применяется откалиброванный кондуктометр с электродами из нержавеющей стали. Для калибровки прибора используется стандартный раствор с показателем не менее 1500 мкСм/см, при этом отклонение от номинала не должно превышать 2%.

В ходе измерений удельной электропроводности воды фиксируется ее температура, а искомая величина определяется при помощи специальных таблиц. В случае если используются приборы с температурной компенсацией, то на экране сразу же появляется истинное значение, что существенно упрощает процесс.

Снижение электропроводимости воды: профессиональные методы

Современные системы водоподготовки обеспечивают требуемые показатели качества. Для того чтобы уменьшить электропроводность воды в таких установках используются следующие методы очистки:

Перечисленные технологии различаются по уровню эффективности и технико-экономическим параметрам. Выбор того или иного метода осуществляется с учетом показателей проводимости воды, необходимых заказчику. Рассмотрим подробнее возможности и особенности каждого из представленных способов.

Обратный осмос

Суть метода состоит в использовании полупроницаемых мембран для получения пермеата высокой очистки. В процессе обратного осмоса проводимость воды существенно уменьшается по причине ее глубокой деминерализации. Современные промышленные установки обратного осмоса отделяют до 99,9% всех примесей, в том числе и солей жесткости. Такие системы отличаются производительностью до 1000 л/ч.

Показатели электропроводности осмотической воды в зависимости от модели используемой установки колеблется в пределах от 0,1 до 5 мкСм/см. Пермеат без дополнительной обработки относиться к первой степени очистки, и может использоваться в медицине, фармацевтике и других высокотехнологичных отраслях промышленного производства. Обратноосмотические установки в настоящее время являются основными источниками очищенной воды.

Электродеионизация

В настоящее время разрабатываются и внедряются технологии глубокой очистки жидкостей от солей. Необходимые физические свойства воды, в том числе электропроводность на уровне 0,055 мкСм/см, обеспечивает метод электродеионизации. Водоподготовка с его использованием проводится в три этапа:

Очищенная и деионизированная вода обладает крайне низкой проводимостью, что позволяет ее использовать в качестве растворителей для лекарственных препаратов. Промышленные установки электродеионизации имеют высокую производительность и могут использоваться на предприятиях теплоэнергетики.

Ионный обмен

Иониты производятся на основе сетчатых полимеров, которые имеют микропористую или сетчатую структуру. Материал имеет ковалентную связь с ионогенными группами, которые в процессе диссоциации образуют пару из свободного и фиксированного иона с противоположным зарядом. Последний закреплен на полимере.

В результате ионообменного процесса заметно снижается электропроводность воды и уровень ее минерализации. Заряженные частицы из жидкости диффундируют вначале к поверхности, а затем и внутрь сорбента. Со временем способность засыпки поглощать ионы из жидкости снижается и для ее восстановления проводится регенерация с использованием рабочих растворов.

Удельная электрическая проводимость в воде

Компания Diasel Engineering предлагает эффективные технические решения по уменьшению удельной электрической проводимости воды. Предприятие осуществляет поставки оборудования систем обратного осмоса, электродеионизации и ионного обмена. Наши специалисты выполняют монтаж установок водоподготовки, необходимые пусконаладочные работы и обеспечивают их техническое обслуживание.

Источник

Сопротивление воды что это такое

Приблизительно оценить степень минерализации водного раствора можно путем измерения сопротивления воды. С помощью него вычисляют электрическую проводимость, значение которой для поверхностных вод стандартно находится в диапазоне от 40 до 9000 мкСм/см. Наполненность воды минералами значительно повышает ее электропроводимость, а очищенная вода плохо проводит электричество. Удельная электропроводность дистиллированной воды составляет всего 5 мкСм/см согласно ГОСТ 6709-72. При измерении удельного электрического сопротивления воды невозможно учесть присутствующие в растворе неионогенные органические соединения, нейтральные взвешенные частицы, газы.

Чему равно сопротивление воды

Электропроводность и обратное ей удельное сопротивление воды характеризуют минерализацию растворов только в количественном отношении, не по качественному составу присутствия катионов и анионов. Электрическая проводимость рассчитывается путем сопоставления ее с величиной сопротивления воды электротоку, пропускаемому через водный раствор.

От чего зависит электрическое сопротивление воды

Расчетным путем найти соответствие между величиной удельного сопротивления воды и сухим остатком невозможно, поскольку в природных источниках ионы имеют разную электропроводность. Она находится в параллельной зависимости от температуры и минерализации раствора. Чтобы найти такую зависимость, нужно несколько раз в году экспериментальным путем устанавливать соотношение между этими величинами для каждого конкретного объекта. Для разных сезонов и географического расположения удельное электрическое сопротивление воды различно и варьируется от 5 до 300 Ом•м.

Практические измерения сопротивления и электрической проводимости воды приводятся к 20°С. В современных кондуктометрах функция пересчета происходит в автоматическом режиме. В целях получения максимально точных результатов и для уменьшения влияния температуры на результаты эксперимента параллельно с электрической проводимостью меряют температуру водного раствора.

При определении удельного электрического сопротивления воды с высоким содержанием взвешенных примесей, взвеси и коллоидные частицы могут осаждаться на измерительных электродах, образовывать пленку, увеличивающую электросопротивление и погрешность измерения. В таком случае необходимо проводить очистку электродов, а для повышения чистоты эксперимента использовать вспомогательные электроды.

Как измерить сопротивление воды

Деионизованная вода обладает большим удельным электрическим сопротивлением, уменьшающимся с повышением температуры. Любые растворенные соли повышают электропроводность воды. Когда вода содержит катионы и анионы разных солей одновременно, практически невозможно установить взаимосвязь между ее электрическим сопротивлением и солесодержанием. Такая возможность присутствует только при измерении удельного сопротивления деминерализованной воды, которая содержит только диссоциированные соли Na.

Для относительной оценки минерализации есть эмпирически высчитанное соотношение между удельной электропроводностью и общим содержанием солей в водном растворе:

L (мкСм/cм) = минерализация (мг/л) / 0,65

Измерение удельного сопротивления воды и электропроводности проводят методом кондуктометрии при температуре воды 20°С. Принцип работы кондуктометра основан на прямой зависимости электропроводимости воды от концентрации диссоциированных в водном растворе электролитов. Через электроды попускают переменный ток частотой от 60 Гц в низко минерализованной воде до 1500 Гц в соленых растворах. Кондуктометр фиксирует значение электрического сопротивления воды. Современные приборы могут измерять электросопротивление и ультрачистой воды, и насыщенных солевых растворов с высокой электропроводимостью.

Можно использовать менее точные приборы, но простые и недорогостоящие. Для проведения замеров необходим прямоугольный сосуд с электроизоляцией, две пластины электродов из стали или меди, закрепленных на внутренних торцах емкости, зонды из проволоки 1 мм в диаметре, расположенные перпендикулярно плоскости электродов на небольшом удалении от них. Переменный ток подают на электродные пластины, замеряют его силу и изменение напряжения у зондов.

Способы повышения электрического сопротивления воды

Изменение электросопротивления воды в сторону повышения связано с применением способов профессиональной очистки при водоподготовке. Выбор метода обуславливает концентрация солей и цели предстоящего использования воды.

Электродеионизационные установки незаменимы, когда нужно получить воду глубокой очистки, используя постоянное электрическое поле. В нем непрерывно протекают процессы электродиализа и ионного обмена, растворенные соли связываются и отводятся через селективную мембрану в концентрационные элементы. Под действием электрического тока диссоциированная вода одновременно восстанавливает обменную способность смол.

Чем полезно измерение сопротивления воды

Величина сопротивления и электропроводности воды помогает оценить степень солесодержания в воде и сравнить полученные значения с ГОСТ. Такие измерения могут быть предварительным шагом перед проведением анализа воды для подбора очистительных установок. Зная численное значение сопротивления, можно приблизительно оценить концентрацию солей и затраты на необходимую систему очистки. Если у вас уже стоит фильтрующая система, замер и расчет удельного сопротивления воды поможет оценить качество обессоливания и предупредить о необходимости замены или регенерации очистительных элементов.

Источник

Что такое кондуктометр. Как измеряет TDS метр

Что такое кондуктометр. Каким образом TDS измеряет общую минерализацию.

Как работает TDS метр.
Как измерить электропроводимость.
Как работает EC-метр

В действительности, TDS-метры вовсе не измеряют общее содержание растворенных твердых веществ (общую минерализацию (TDS)), вместо этого они измеряют электропроводность и приближенно выражают концентрацию TDS на основе математической формулы. Нередко говорят, что TDS-метры – это всего лишь замаскированные кондуктометры или EC-метры.

Во-первых, давайте вкратце рассмотрим, что такое электропроводность и как она связана с концентрацией TDS воды. Электропроводность – это то, насколько легко электричество протекает через среду, в нашем случае, это вода. В действительности, чистая или дистиллированная вода является очень плохим проводником, поскольку в ней отсутствуют растворенные ионы. С другой стороны, природная вода, как, например, вода из ручьев, рек или озер, наполнена ионами растворенных минералов, металлов и солей. По сути, эти растворенные ионы составляют значительную часть TDS воды. Поскольку ионы, являются переносчиками электричества в воде, вы обнаружите, что электропроводность положительно связана с количеством ионов, равно, как и концентрация TDS воды.

Теперь давайте более пристально рассмотрим TDS- или EC-метр. Обратите внимание на два металлических электрода, расположенных на конце устройства. Когда EC-метр помещают в воду и включают, напряжение подается в систему, где электрод, анод (+), получает положительный заряд. Другой электрод, катод (-), получает отрицательный заряд.

В то же время, отрицательно заряженные ионы в нашей пробе воды начинают притягиваться и двигаться в направлении к аноду (+), тогда как положительно заряженные или безэлектронные ионы начинают притягиваться и двигаться в направлении к катоду (-). Данное явление притяжения противоположных зарядов можно объяснить с помощью закона Кулона.

Как только отрицательно заряженные ионы достигают анода, они теряют свои электроны и становятся положительно заряженными. Аналогичным образом, когда положительно заряженные или безэлектронные ионы достигают катода, они получают электроны и становятся отрицательно заряженными. Данный процесс перемещения ионов туда и обратно повторяется, создавая электрический ток или поток электричества.

EC- и TDS-метры тщательно контролируют силу тока и подаваемое в систему напряжение. Используя данные показания, а также заданное расстояние между электродами и площадь его поверхности, можно рассчитать электропроводность с помощью закона Ома.

Электропроводность обычно измеряют в миллисименсах на сантиметр или мС/см.

Для сравнения, то есть, если вы хотите сравнить электропроводность одной пробы воды с другой, необходимо поддерживать постоянную температуру в обеих пробах. Это связано с тем, что электропроводность воды в значительной степени зависит от температуры. По мере повышения температуры воды повысится и электропроводность, вследствие увеличения подвижности ионов, а также повышенной растворимости минералов и солей.

Необходимо дополнительно уточнить, электропроводность одной пробы воды будет давать разные показания электропроводности при разных температурах. По этой причине, показания электропроводности обычно нормализуют или приводят к эталонному значению в 25 градусов Цельсия. Это называется удельной электропроводностью. Электропроводность воды увеличивается примерно на 2% при каждом повышении температуры на 1 градус Цельсия.

Используя данный факт, большинство EC- и TDS-метров будут оснащены встроенным термометром, который будет автоматически приводить или нормализовать электропроводность по температуре 25 градусов Цельсия. Следует обратить внимание на то, что температурная компенсация различается в зависимости от типа раствора, например, для сверхчистой воды коэффициент пересчета составляет 5,5%.

Следует обратить внимание на то, что коэффициент корреляции также сильно зависит от типа раствора, который вы проверяете. Большинство TDS-метров установлены на определенную корреляцию или коэффициент и подходят только для проверки воды. В то же время, существуют более дорогие TDS-метры, которые предусматривают ручную регулировку коэффициента корреляции, позволяя, тем самым, пользователю точно определить TDS различных известных растворов.

Формула расчета TDS в ppm = Электропроводность в мС/см x коэффициент корреляции

В связи с этим, первым шагом будет перевод нашего значения электропроводности из мС/см в мкС/см (микросименсы на сантиметр), просто умножив на 100.

0.3 мС/см x 100 = 300 мкС/см

Давайте умножим нашу электропроводность в мкС/см на коэффициент корреляции.

300 мкС/см x 0.5 = 150 ppm

Рассчитанная в нашем примере проверки пробы воды общая минерализация (TDS) равна 150 ppm.

Источник

Электропроводность и удельное сопротивление водной среды: основные факторы влияния и особенности измерения

Требования к качеству воды в некоторых сферах деятельности человека являются довольно строгими – к примеру, это касается таких сфер, как фармацевтика, пищепром, микроэлектроника и т. д. И в числе наиболее важных параметров, изучаемых в ходе исследования водной среды, находятся электропроводность (проводимость) и удельное сопротивление. Именно свойство жидкой среды проводить электроток имеет сильное и во многом решающее влияние на правильность прохождения множества технологических процессов. Не случайно данная физическая способность воды находит обязательное отражение в различных регламентирующих документах в виде определённых нормативов. Поговорим о ключевых факторах, определяющих удельное сопротивление и электропроводность, единицах, в которых выражаются их значения, а также специальных профессиональных приборах, предназначенных для эффективного контроля этих параметров.

Что понимают под электропроводностью воды

Всем известен тот факт, что вода наделена способностью проводить электрический ток – переменный либо постоянный. Об этом нам твердили ещё на школьных уроках безопасности жизнедеятельности. Количественная характеристика этой способности как раз и называется электропроводностью или электропроводимостью. Проводимость характеризуется наличием позитивно либо отрицательно заряженных частиц – ионов. Причём показатель электропроводности находится в зависимости от концентрации в жидком образце ионов разной заряженности, то есть, по сути наличия таких «загрязнителей», как соли, щелочи либо кислоты. Тем самым, проводимость прямо связана с показателями солесодержания. Удельная электропроводность состоит в обратной зависимости с другой величиной – сопротивлением. Её значение служит важным критерием в ходе оценивания качества ультрачистой воды.

Стандарты электропроводимости природной воды, принятые в России

В нашей стране, как уже было сказано, параметры качества воды при водоподготовке регулируются посредством госстандартов и другой разрешительной документации. Между тем, показатели электропроводимости зависят от того, в какой сфере и для чего планируется использование водного сырья. Так, к примеру, для лабораторных анализов ГОСТом 52501-2005 установлены пределы не выше 0.1 и 1.0 мкСм/см, в зависимости от того, какова степень чистоты воды – первая либо вторая. Дистиллированная вода, согласно ГОСТу 6709-97, должна демонстрировать значения ниже 5*10-4 См/см. Что же касается воды, предназначенной для применения в фармацевтике, то проводимость тока для неё, в соответствии с ФС 2.2.20020.15, не может быть выше 4.3 мкСм/см.

Помимо фармацевтики, крайне жёсткие технологические стандарты воды приняты на предприятиях, которые производят различные составляющие для микроэлектроники. Вот почему для анализа качества водоподготовки здесь служат не просто контрольно-измерительные приборы, а целые специализированные лаборатории, укомплектованные сложным и высокоточным оборудованием, работающим в соответствии с утверждёнными алгоритмами.

Какие факторы имеют влияние на значения электропроводности

Главные физические свойства водной среды определяются с учётом растворимых неорганических примесей, которые в ней содержатся. Не является исключением и электропроводность. Её величина прямо зависит от таких условий, как степень нагрева (температура) среды, состав ионов и их природа, а также содержание заряженных частиц. Причём не все из них оказывают одинаковое влияние на данный физический параметр жидкости: к примеру, удельное сопротивление жидкости почти не зависит от небольших концентраций марганца и алюминия в ней, в то время как наиболее «влиятельными» являются соли жёсткости – катионы натрия, аниона хлора и прочие.

С увеличением степени нагрева жидкости возрастает скорость движения ионов, а также меняются некоторые их свойства, поэтому электропроводность раствора также значительно возрастает. Что же касается зависимости электропроводимости от концентрации катионов и анионов, то рост возможен лишь до определённого порога, по достижении которого проводимость начинает снижаться. При повышении температуры сверхчистой воды всего на 1 С проводимость возрастёт уже на 6%. Вот почему для получения действительно корректных измерений следует приводить анализируемый образец к температуре 25 С. Благо, современные приборы для определения проводимости – кондуктометры – способны выполнять это в автоматическом режиме, с помощью встроенной температурной компенсации. Однако для достижения максимально достоверных результатов при исследованиях электропроводности непременно измеряют и температуру образцов.

Единицы измерения электропроводности воды

Как мы уже говорили, степень сопротивления воды электротоку определяют посредством особых приборов. Для этого приняты единицы измерения, которые определены и унифицированы по международной системе СИ – для упрощения исследований и их дальнейшего анализа. В России единицей исследования проводимости служит См/м (Сименс на метр). Название этой единицы принято в честь основателя компании Сименс – Эрнста Вернера фон Сименса, именитого немецкого учёного и изобретателя. С удельным сопротивлением этот параметр соотносится как 1 См/м = 1/1 Ом/м. Для определения проводимости в нашей стране применяют кондуктометры, дополненные датчиками проводимости.

В Соединённых Штатах Америки вместо мкСм/см для выявления электропроводности применяют параметр TDS, который измеряется в ppm и характеризует содержание в жидкости растворимых солей. Так или иначе, перевести любую «местную» единицу проводимости в международную можно, используя таблицы корректирующих коэффициентов.

Источник