- Analysesensoren
- Leitfähigkeitssensor LDL
- Technologie
Technologie von Leitfähigkeitssensoren
Leitfähigkeit misst, wie gut eine Substanz einen elektrischen Strom leitet. Sie wird beeinflusst durch die Anzahl von freien Ionen (Salze, Säure, Lauge) im Medium sowie durch die Mediumtemperatur: Je mehr freie Ionen, desto höher die Leitfähigkeit. Typischerweise besteht ein Leitfähigkeitssensor aus zwei medienberührenden Metallplatten. Gibt man zwei Elektroden in ein leitfähiges Medium und legt eine Spannung an, so fließt ein Strom.
Die positiv geladenen Ionen (Kationen) bewegen sich zur negativ geladenen Elektrode und die negativ geladenen Ionen (Anionen) bewegen sich zur positiv geladenen Elektrode. Je mehr freie Ionen sich im Medium befinden und je höher die elektrische Leitfähigkeit des Mediums, desto höher ist auch der Strom.
Die eingesetzte Technologie der Leitfähigkeitssensoren unterscheidet sich je nach Bauform. Es wird unterschieden in konduktive und induktive Leitfähigkeitssensoren.
Der konduktive Sensor LDL100
Der LDL100 hat, wie andere direkt messende Leitfähigkeitssensoren, zwei metallische Elektroden. Der Unterschied bei unserem Design besteht darin, dass das Sensorgehäuse und die Metallrohrleitung als erste Elektrode dienen und die Metallspitze des Sensors als zweite Elektrode dient.
Zwischen Sensorspitze und Gehäuseverschraubung wird eine Spannung angelegt und der Stromfluss gemessen.
Hinweis: Der LDL ist aufgrund seines Elektrodendesigns nicht für den Einsatz in Kunststoffrohren empfohlen.
Der konduktive Sensor LDL101
Im Vergleich zum LDL100 verwendet der LDL101 nicht sein Gehäuse als zweite Elektrode, sondern verfügt über zwei ringförmige Elektroden, die ineinander aufgebaut sind. Die Spannung wird zwischen der Innen- und Außenelektrode angelegt und der Stromfluss dort gemessen.
Wichtig hierbei ist, dass der LDL101 im Gegensatz zum LDL100 eine fixe Zellkonstante hat. Mit Hilfe der intern verwendeten Software lassen sich verschiedene Zellkonstanten abbilden, um jederzeit die beste Auflösung über den gesamten Messbereich zu erzielen. Somit leistet der LDL101 in einem Gerät das, wofür bei anderen Sensoren unterschiedliche Varianten verwendet werden müssen.
Ein induktiver Leitfähigkeitssensor besteht aus zwei mit Draht umwickelten Metallspulen, die in einem Körper aus Kunststoff eingeschlossen sind (ifm verwendet hierbei PEEK oder Polypropylen). Die erste Spule (Sendespule) erzeugt eine elektrische Spannung in der Flüssigkeit. Je nach Leitfähigkeit des Mediums entsteht nun ein Wechselstrom. Dieser erzeugt in der zweiten Spule (Empfangsspule) ein magnetisches Wechselfeld, das proportional zur Leitfähigkeit des Mediums ist.
Induktive Leitfähigkeitsmessung hat mehrere Vorteile:
- Hohe Resistenz gegen Korrosion dank der Kunststoff-Spitze.
- Unempfindlich gegen Feststoffe im Medium, solange der Messkanal nicht verstopft.
Schon gewusst? (LDL2)
Das Brechen von langen PEEK-Spitzen, die mithilfe von Spritzguss hergestellt wurden, ist ein häufig auftretendes Problem. Es tritt durch die wechselnde Belastung von Temperatur- und Druckschwankungen auf, welche besonders in CIP-Applikationen auftreten.
Die aus dem Vollen gedrehte Spitze bietet dem PEEK die Möglichkeit sich bei Temperaturwechseln gleichmäßig auszudehnen, Druck gleichmäßiger über den Schaft zu verteilen und potenzielle Stresspunkte zu verhindern. Die allgemeine Maschinenverfügbarkeit wird aufrechterhalten.
Einfluss von Temperatur auf LDL-Sensoren
Die Leitfähigkeit eines Materials hängt besonders stark von Temperatur ab, mit ungefähr 1 bis 5 % pro °C. Alle Leitfähigkeitssensoren haben zur Kompensation bei Temperaturänderungen im Medium eine eingebaute Temperaturmessung.
Die Grafik soll den Unterschied zwischen kompensierter und unkompensierter Leitfähigkeit zeigen. Ohne die Kompensation (blaue Linie) erhöht bzw. verringert sich die Leitfähigkeit basierend auf der Temperatur. Bei gleichbleibendem Medium bleibt die Leitfähigkeit damit nicht mehr konstant. Mit Hilfe einer Kompensation (orangene Linie) wird eine konstante und wiederholbare Messung realisiert. Dies macht die Messwerte zu verschiedenen Zeitpunkten vergleichbar. Mehr Informationen zur Temperaturkompensation und wie sie sich einstellen lässt, finden sich im Abschnitt Kalibrierung.
Zu jedem ifm-Leitfähigkeitssensor ist ein kostenloses Werkszertifikat erhältlich. Dieses wird direkt in der Produktion generiert und der Seriennummer zugeordnet. Der Sensor durchläuft unterschiedliche Kalibrierstationen mit jeweils unterschiedlichen Temperaturen und Leitfähigkeiten. In der finalen Kalibrierung wird der Sensor gegen einen Referenzsensor abgeglichen. Diese Informationen lassen sich aus dem Werkszertifikat entnehmen.
Laden Sie sich das Werkszertifikat kostenlos von unserer Website herunter. Stellen sie dabei sicher, dass Sie die Seriennummer des Sensors zur Hand haben, damit Sie diese eingeben können.
Feldkalibrierung
ifm-Sensoren kommen einsatzbereit bei Ihnen an. Dennoch haben Sie die Möglichkeit den Sensor vor Ort für spezifische Medien oder Referenztemperaturen anzupassen. Hierfür können die zwei Parameter „Kalibrierungsverstärker – CGA“ und „Temperaturkompensation T.cmp“ eingestellt werden, damit der Sensor auf ein bekanntes Referenzmedium abgeglichen wird.
Der Kalibrierungsverstärker [CGA] verschiebt die Messkurve des Sensors, damit er den bekannten Wert des Referenzmediums trifft. Es lässt sich eine Einstellung von 80 bis 120 % vornehmen. Die Berechnung erfolgt dadurch, dass der bekannte Wert durch den gemessenen Wert dividiert wird.
Die Temperaturkompensation [T.cmp] stellt ein, wie stark eine Temperaturabweichung von der Referenztemperatur (in der Regel 25 °C) eine Änderung der Leitfähigkeit bewirkt.
- Die Kompensation kann dabei frei zwischen 0 und 5 %/K eingestellt werden
- Die Temperaturkompensation wird entweder auf dem Datenblatt des Mediums eingesehen (bei wasserbasierten Medien ist der Standard 2 %) oder durch das Messen des gleichen Mediums bei 2 Temperaturen über eine Geradengleichung bestimmt.
Das Einstellen von CGA und und T.cmp kann zu einer höheren Genauigkeit führen, aber ist in den meisten Fällen nicht nötig.
ISO-Kalibrierung und Rekalibrierung
Für langfristig zuverlässige Messergebnisse bietet die ifm die Kalibrierung und Rekalibrierung von Leitfähigkeitssensoren an. Die Vergleichsmessung von Leitfähigkeitssensoren erfolgt mit Referenzlösungen, die bekannte Leitwerte aufweisen. Innerhalb der Vergleichsmessung wird der Prüfling in die Referenzlösung getaucht und die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert wird dokumentiert. Ausgehend davon können Maßnahmen ergriffen werden, um die Abweichungen zu korrigieren und eine genaue Messung sicherzustellen.