מדידת מוליכות חשמלית

מדידת מוליכות

מדידת מוליכות (חשמלית) אלקטרוליטית של תמיסה מתארת את ההולכה החשמלית של התמיסה, הנובעת מריכוז המלחים המומסים שבה. נהוג להתייחס למוליכות חשמלית כמדד לסך המוצקים המומסים בתמיסה. כאשר ידוע הרכב המלחים בתמיסה, ניתן ונהוג להשתמש במדד המוליכות לצורך אומדן ריכוז המלחים בתמיסה זאת.

דוגמאות אופייניות לשימוש במדד המוליכות בתהליכי טיפול במים, שפכים או תמיסות אחרות הן:

• ניטור איכות מי שתייה. בישראל, ניתן לרוב להסתמך על מדד המוליכות על מנת לאבחן שינוי במקורות המים, בארות, מוביל ארצי או התפלת מי ים.
• בקרה וניטור תהליך התפלת מים בשלבי תהליך שונים ובין דרגות תהליכי אוסמוזה הפוכה.
• בקרת תהליכי ייצור מים טהורים (Pure Water) ואולטרה טהורים (UltraPure Water).
• בתהליכי טיפול במי תשתיות תעשייתיים, כמו מי דוד קיטור ומי מערכות קירור, מוליכות משמשת כמדד ראשוני ועיקרי לצורך בקרת ריכוז מלחים בתהליך.
• מוליכות (בערכים גבוהים) משמשת לבקרת ריכוז ומיהול כימיקלים במים כמו בתהליכי CIP בתעשיית המזון.
• בתהליכי טיפול בשפכים, משמשת מוליכות לבקרה על כניסת שפכים גולמיים לתהליך (לדוגמא תמלחות), או לניטור איכות שפכים תעשייתיים לפני הזרמתם אל מחוץ למפעל.

מוליכות מבוטאת ביחידות סימנס למטר (Siemens/meter = S/m).

ערכים אופייניים למים חסרי מלחים הם microS/cm בודדים, למי שתייה - כ- 500 עד כ- 1000 יחידות microS/cm ולמים מליחים עד תמלחות - אלפי עד עשרות אלפי יחידות microS/cm. במקרים אלו משתמשים ביחידה mS/cm. מוליכות נמדדת למעשה ע"י מדידה של התנגדות חשמלית והמרה לערך הופכי - מוליכות (Conductivity = 1/Resistivity).

טמפרטורת התמיסה משפיעה באופן משמעותי על מדידת המוליכות שלה. לכן, ברוב המקרים תצוייד אלקטרודת המוליכות באלקטרודת טמפרטורה ומשדר המוליכות יבצע תיקון (פיצוי) למדידת המוליכות על פי ערכי הטמפרטורה הנמדדים באופן רציף. גם במהלך כיול מערכת מדידת מוליכות יש להתייחס לטמפרטורת סטנדרט הכיול. במקרים בהם טמפרטורת הנוזל אינה משתנה מעבר למעלות צלזיוס בודדות באופן רציף או תדיר ובמקביל, כשלא נדרש דיוק מדידה גבוה; ניתן לוותר על פונצקיית פיצוי הטמפרטורה הרציפה ובמקום, לכייל האלקטרודה בטמפרטורה האופיינית לתהליך או לבצע פיצוי טמפרטורה ידני.

אלקטרודות מוליכות קונדוקטיביות

אלקטרודת מוליכות קונדוקטיבית היא תא הכולל 2 אלקטרודות מתכתיות בעלות מבנה ומרחק מדויקים ביותר ביניהן. בין 2 האלקטרודות מבוצעת מדידת ההתנגדות החשמלית, כאשר בתווך - התמיסה הנמדדת (המים). ככל שהמרחק והשטח בין האלקטרודות גדול יותר, הן בעלות "קבוע" גבוה יותר ומתאימות למדידת מוליכות גבוהה יותר. "קבוע 1" (C=1) מתאר שטח של 1 סמ"ר בין 2 האלקטרודות ומתאים למדידת מוליכות של מאות עד אלפים בודדים בלבד של µS/cm. קבועים קטנים יותר (C=0.01 או C=0.1) מתאימים למים בעלי מוליכות נמוכה עד מים חסרי מלחים. מעבר לבחירת קבוע אלקטרודת המוליכות, יש חשיבות גם לחומרי המבנה של האלקטרודות עצמן ושל גוף האלקטרודות.

אלקטרודות מוליכות אינדוקטיביות

עבור תמיסות ומים בעלי מליחות גבוהה (בד"כ גבוהה מ- 3-5 mS/cm), נכון להשתמש במדידה אינדוקטיבית. כפי שתואר קודם, אלקטרודות מוליכות קונדוקטיביות הן מן תא פתוח בו 2 אלקטרודות מתכתיות. כאשר התמיסה הנמדדת מכילה ריכור גבוה של מלחים, האלקטרודות המתכתיות "יתקפו" במהלך הזמן מריכוז המלחים הגבוה.

אלקטרודת מוליכות אינדוקטיבית היא למעשה תא מדידה בעל גוף פלסטי יצוק (וסגור לחלוטין) ובתוכו 2 סלילים. מתח AC מוזל לסליל אחד. כתוצאה מכך- מושרה שדה מגנטי במרכז תא המדידה. כשהנוזל הזורם דרך תא המדידה מכיל מלחים מומסים מוליכי חשמל (נראים בתרשים משמאל במצבם היוני), נוצר זרם בעוצמה יחסית לריכוז המלחים המומסים. הסליל השני בתא המדידה, מודד את עוצמת הזרם שנוצר כאמור. טכניקת מדידה זאת אינה משתמשת כאמור באלקטרודות מתכתיות הבאות במגע עם הנוזל (כפי שנעשה בטכניקת המדידה קונדוקטיבית) ולכן מתאימה למדידת מוליכות בנוזלים בעלי מוליכות בינונית עד גבוהה. מדידת מוליכות

גם בשפכים, בעלי ריכוז מוצקים לא מומסים גבוה - נכון להשתמש באלקטרודות מוליכות אינדוקטיביות, היות ומוצקים שידבקו לאלקטרודה האינדוקטיבית לא יפריעו בדרך כלל למדידה ההשראתית.

קיימים עשרות דגמים של אלקטרודות מוליכות קונדוקטיביות ואינדוקטיביות:

• אלקטרודות מוליכות קונדוקטיביות עם או בלי רגש טמפרטורה מובנה.
• אלקטרודות לשימוש בתהליכי טיפול וניטור מי שתייה.
• אלקטרודות מיוחדות ל- UltraPure Water.
• אלקטרודות בעלות מבנה קומפקטי המתאימות להתקנה בתוך קווי תהליך בעלי קוטר קטן.
• אלקטרודות בעלות קבועים מדויקים ובעלי תעודות/אישורי בדיקת קבועים לפי סטנדרטים בינלאומיים.
• אלקטרודות בעלות חומרי מבנה מיוחדים כמו טיטניום.
• אלקטרודות אינדוקטיביות במגוון חומרי מבנה המיועדות למים ולשפכים או לתהליכים המכילים תמיסות מהולות של חומצות או בסיסים בטמפרטורות של עד 200°C.