الکترودهای رسانایی

الکترودهای رسانایی رسانایی خاص یک سیال را اندازه گیری می کنند. (رسانایی خاص یک اصطلاح منسوخ شده است که با "رسانایی" جایگزین شده است.) در حالی که اصطلاح "رسانایی" به تنهایی توانایی یک ماده برای هدایت جریان الکتریکی را توصیف می کند، رسانایی به رسانایی در یک حجم معین اشاره دارد. به طور خاص تر، رسانایی به عنوان "رسانایی که بین وجوه مخالف یک مکعب 1 سانتی متری از مواد اندازه گیری می شود" تعریف می شود.

نمایش همه تولیدکنندگان الکترودهای رسانایی

رسانایی متقابل مقاومت است، به طوری که رسانایی را می توان به صورت G = 1/R بیان کرد که در آن G رسانایی و R مقاومت است. همچنین درست است که رسانایی، متقابل مقاومت الکتریکی، یا توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر جریان الکتریکی در یک حجم معین است. واحد اصلی رسانایی زیمنس (S) است که متقابل اهم است (به طوری که S = Ω -1 ). به عنوان مثال، اگر یک ماده دارای مقدار مقاومت 5 Ω باشد، مقدار رسانایی آن یک پنجم زیمنس یا 200 mS است.

رسانایی به عنوان بیانی از رسانایی در حجم بر حسب زیمنس بر سانتی متر (S/cm) بیان می شود. گاهی اوقات بر حسب mhos/cm توصیف می شود (به عنوان "mho" املای عقب افتاده "اهم" است).

محاسبه رسانایی

هنگامی که با استفاده از الکترود اندازه گیری می شود، هدایت را می توان (معمولاً با استفاده از یک متر کالیبره شده) طبق فرمول زیر محاسبه کرد.

کجا:

G = رسانایی

C = رسانایی مطلق در دمای t

L = طول ستون مایع بین صفحات الکترود

A = مساحت صفحات الکترود

α = ضریب دما

t = دمای الکترولیت

t r = دمای مرجع

شکل L/A از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا نشان دهنده ثابت سلول الکترود است که گاهی اوقات به عنوان K نامیده می شود . این پارامتر را می توان برای افزایش دقت هنگام اندازه گیری محلول هایی با رسانایی متفاوت تنظیم کرد. به عنوان مثال، هنگام اندازه‌گیری یک محلول با رسانایی پایین، قطب‌های الکترود باید کوچک‌تر شوند یا به هم نزدیک‌تر شوند تا ثابت سلولی کمتر از 1 ایجاد شود. این امر رسانایی را افزایش می‌دهد تا بتوان آن را به راحتی توسط یک متر حس کرد. عکس آن را می توان برای راه حل های با رسانایی بالا انجام داد تا مقادیر رسانایی را قابل کنترل تر نشان دهد.

ثابت های سلولی توصیه شده برای اندازه گیری مایعات خاص.

مقادیر رسانایی معمولی

جدول زیر مقادیر رسانایی معمولی محلول های الکترولیتی را فهرست می کند. این مقادیر ممکن است به عنوان نقاط مرجع برای اندازه‌گیری رسانایی استفاده شوند و در دمای مرجع معمولی 25 درجه سانتیگراد گرفته شده‌اند. مقادیر مقاومت برای نشان دادن رابطه متقابل با رسانایی اضافه شده‌اند. توجه داشته باشید که مقادیر مقاومت برای سه نوع آخر آنقدر کوچک است که نمی توان به راحتی بیان کرد و بنابراین به ندرت بیان می شود.

برنامه های کاربردی

در محیط های صنعتی، از الکترودهای رسانایی برای اندازه گیری رسانایی محلول های الکترولیتی استفاده می شود. این محلول ها ممکن است شامل مایعاتی باشد که مانند آب فوق خالص نارسانا و مانند جریان های فرآیند شیمیایی رسانا هستند. در این مایعات، حامل های بار که منجر به رسانایی بالاتر می شوند، معمولاً به شکل یون یا ذرات معدنی محلول در می آیند. به همین دلیل، الکترودهای رسانایی اغلب برای اندازه گیری یونیزاسیون یا کل جامدات محلول (TDS) در کاربردهای کیفیت آب استفاده می شوند. به عنوان مثال، با تقسیم رسانایی بر حسب mhos/cm بر 2، جامدات محلول در قسمت در میلیون (ppm) را می توان به راحتی پیدا کرد.

در حالی که اندازه‌گیری رسانایی نسبتاً ارزان، غیرمخرب و انجام آن آسان است، اشکال اصلی آن این است که یون خاص نیست، به این معنی که نمی‌تواند بین انواع مختلف یون‌های اندازه‌گیری شده تمایز قائل شود. برای اندازه‌گیری یون‌های خاص، الکترودها و مترهای رسانایی باید با سایر روش‌های تعیین کیفیت آب جفت شوند.

برخی از کاربردهای خاص برای الکترودهای رسانایی عبارتند از:

• کروماتوگرافی تبادل یونی

• تعیین کیفیت آب در سیستم های آب عمومی، بیمارستان ها و کاربردهای آبجوسازی

• نظارت بر ناخالصی های یونی در آب دیگ بخار

ساخت و استفاده از الکترود

گاهی اوقات از الکترودها به عنوان سلول های رسانایی یاد می شود. همه الکترودها یون های داخل یک محلول را حس می کنند، سپس یک ولتاژ اندازه گیری شده یا یک اختلاف پتانسیل را به یک متر مربوطه برمی گردانند.

سلول های رسانایی معمولا شامل دو یا چهار قطب هستند. دستگاه‌های سه‌قطبی زمانی رایج بودند، اما اکنون به طور کلی با سلول‌های چهار قطبی جایگزین می‌شوند. سلول های دو قطبی از دو صفحه پلاتین تشکیل شده اند که حلقه هایی را در اطراف الکترود تشکیل می دهند. این حلقه ها با یک پوشش پلاتین اسفنجی پوشانده شده اند تا قطبش بین قطب ها کاهش یابد. این سلول ها با اعمال جریان به هر دو قطب و اندازه گیری ولتاژ حاصل کار می کنند. الکترودهای دو قطبی معمولاً برای اندازه گیری با رسانایی پایین تا متوسط ​​که به دقت بالایی نیاز دارند، بهترین استفاده را دارند.

نمودار سلولی دو قطبی

سلول های چهار قطبی برای از بین بردن اثرات پلاریزاسیون که گاهی اوقات در طرح های دو قطبی با آن مواجه می شوند طراحی شده اند. این الکترودها از دو جفت قطب استفاده می کنند که به طور موثر مدار اندازه گیری را ایزوله می کنند. جریان فقط به قطب های بیرونی اعمال می شود که به قطب های داخلی اجازه می دهد ولتاژ حاصل را بدون پلاریزاسیون اندازه گیری کنند. الکترودهای چهار قطبی در کاربردهای با رسانایی بالاتر استفاده می‌شوند که امکان کالیبراسیون و تشخیص مکرر را فراهم می‌کنند.

یک طرح چهار قطبی که حلقه های ولتاژ (V) و جریان (I) را نشان می دهد.

الکترودهای حلقوی

الکترودهای حلقوی دستگاه های تخصصی هستند که برای جلوگیری از تماس بین محلول الکترولیتی و قطب ها طراحی شده اند. اینها از دو سیم پیچ حلقوی - یک سیم پیچ محرک و سیم پیچ جمع کننده - برای ایجاد یک میدان جریان متناسب با رسانایی محلول استفاده می کنند. الکترودهای حلقوی در کاربردهایی استفاده می شوند که در آنها مطلوب است از تماس با محلول نمونه اجتناب شود، اما معمولاً نسبت به انواع تماس ذکر شده در بالا حساسیت کمتری دارند.

یک پروب حلقوی القایی.

تمیز کردن و ذخیره سازی

نگهداری و نگهداری صحیح الکترودها از اهمیت بالایی برخوردار است. آلودگی سطوح الکترود می تواند منجر به خطاهای قطبی شدید شود. برای جلوگیری از این امر، معمولاً به کاربران توصیه می شود که پس از هر بار استفاده، الکترودها را با آب دیونیزه شستشو دهند. الکترودهایی که با حلال‌های غیر قابل اختلاط آب استفاده شده‌اند باید با یک حلال قابل اختلاط تمیز شوند تا از آلودگی جلوگیری شود. ذخیره سازی الکترودها نیاز به غوطه وری مداوم در آب دیونیزه و تهویه قبل از استفاده مجدد دارد.

استانداردها

از آنجایی که آنها به عنوان ابزار تست کیفیت آب رایج هستند، الکترودهای رسانایی اغلب در ارتباط با استانداردهای منتشر شده استفاده می شوند. این اسناد بهترین شیوه های استفاده و روش های تمیز کردن و کالیبراسیون الکترودها را شرح می دهند. برخی از استانداردهای اصلی عبارتند از:

BS EN 27888  - روشی برای تعیین هدایت الکتریکی

ASTM D1125  - روش‌های تست استاندارد برای هدایت الکتریکی و مقاومت آب

ASTM D5391  - روش‌های تست استاندارد برای هدایت الکتریکی و مقاومت آب یک نمونه آب با خلوص بالا در جریان

منبع

globalspec