Induktive Leitfähigkeitselektroden: Sichere und präzise Messungen in schwierigen Umgebungen

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Induktive Leitfähigkeitselektroden lassen das Laborleben leichter werden: Sie bieten sichere Messungen auch in anspruchsvollen Umgebungen. Die Konduktometrie kann darauf nicht mehr verzichten.

Induktive Leitfähigkeitselektroden: Zuverlässigkeit der Prozesssteuerungen

Die Konduktometrie ist ein anspruchsvoller Bereich und verlangt höchste Genauigkeit bei fest definierten Messbereichen. Dementsprechend müssen Leitfähigkeitselektroden zur Messung von Leitfähigkeit und Konzentration hoch leistungsfähig sein, wobei das Prinzip der Messungen immer gleich ist. Den Unterschied machen die vor allem in der petrochemischen und chemischen Industrie sowie in der Messung industrieller Abwässer eingesetzten Leitfähigkeitssensoren.

Die Anwendung der Leitfähigkeitsmesselektroden ist im Prinzip stets gleich: Ein Leitfähigkeitsmessgerät erzeugt eine Spannung über die Messlösung. Je nachdem, wie leitfähig das Medium ist, fließt ein elektrischer Strom. Das Leitfähigkeitsmessgerät registriert die Änderung des Stroms und hält das Spannungssignal konstant. Umgekehrt kann es auch den Strom konstant halten und die Spannungsänderung aufnehmen. Die jeweilige Änderung wird ausgewertet, daraus ergibt sich die Leitfähigkeit der Lösungen.

Eine Möglichkeit der Messung besteht in der induktiven Messung. Hierbei werden die gängigen Sensoren durch zwei Spulen ersetzt, eine ist die Erregerspule, die andere dient dem Empfang. In der Erregerspule fließt ein konstanter Wechselstrom, der dabei ein Magnetfeld erzeugt. Das wiederum induziert einen Wechselstrom in der Spule, die für den Empfang bestimmt ist. Außerdem entsteht dort eine Spannung, die direkt mit dem Strom der Lösungen zusammenhängt und damit von der Leitfähigkeit abhängig ist.

Ein direkter Kontakt zwischen Spulen und Lösungen ist nicht nötig. Diese immer wieder neuen Errungenschaften in der Leitfähigkeitsmessung hat sich Mettler Toledo in seiner InPro Serie 7250 zunutze gemacht und bietet damit ein Plus an Zuverlässigkeit in der Steuerung verschiedener Prozesse in schwierigen Messumgebungen.

Video: Leitfähigkeitsmessgerät Loresta GX zur spezifischen Widerstandsmessung von Leitern und Halbleitern

Neue Leitfähigkeitselektroden bringen zahlreiche Vorteile

Die Leitfähigkeitselektroden, die mittlerweile nicht mehr wirklich als neu gelten können, warten mit zahlreichen Vorteilen auf. Sie konnten sich daher im Laufe der letzten Jahre im Alltag beweisen und sind aus den Laboren und Produktionsanlagen nicht mehr wegzudenken. Gänzlich verdrängen können sie andere Elektroden zwar auch nicht, doch sie haben einen festen Platz in der Welt der Leitfähigkeitsmessungen.

Die Vorteile der induktiven Leitfähigkeitselektroden sind unschlagbar:

  • Verbesserte Steuerung der Prozesse
    Die neuen induktiven Leitfähigkeitselektroden bieten ein robustes Design und eine hohe chemische Beständigkeit gegen verschiedene Medien. Sie sind für die In-Line-Messung im Rahmen der Titration ideal und können die Konzentration verschiedener Chemikalien sicher bestimmen. Das ist auch in schwierigen Umgebungen möglich.
  • Großer Anwendungsbereich
    In der Titration werden häufig Messungen in Lösungen vorgenommen, die einen hohen Gehalt an Säure oder Alkali enthalten. Der einzelne Konzentrationsgehalt entscheidet über Qualität und Ausbeute und stellt damit eine relevante Größe dar. Im Rahmen der induktiven Leitfähigkeitsmessung ist die Bestimmung der Leitfähigkeit auch bei hohen Temperaturen sicher, schnell und präzise möglich.
  • Messung in schwierigen Umgebungen
    Die neuen Leitfähigkeitselektroden lassen Messungen auch dann zu, wenn das Medium stark verschmutzt ist. Vor allem bei Kühlwassersystemen ist häufig mit starken Verschmutzungen zu rechnen, denn hier lagern sich zahlreiche organische Stoffe ab, auch wenn eine chemische Behandlung des Wassers vorgenommen wurde. Induktive Leitfähigkeitselektroden sind für derartige Ablagerungen und Verschmutzungen nicht empfänglich und können daher in schwierigen Umgebungen sehr gut eingesetzt werden.
  • Hohe Produktivität
    Auch im Labor gilt die Maßgabe bzw. Forderung nach einer hohen Produktivität. Die modernen induktiven Leitfähigkeitselektroden liefern eine stets gleichbleibend hohe Leistung und das auch bei hoher Faserkonzentration im Herstellungsprozess bei der Papier- und Zellstoffproduktion.
  • Leichte Überwachung
    Industrielle Schmutzwässer stellen eine besondere Herausforderung dar und müssen permanent überwacht werden. Dies ist aus ökologischen und ökonomischen Gründen unverzichtbar. Eine induktive Leitfähigkeitselektrode ist gegen Ablagerungen unempfindlich und ist daher auch für die Überwachung industrieller Abwässer sehr gut geeignet.
  • Keine Minderbefunde
    Da zwischen Leitfähigkeitselektrode und Messmedium kein Kontakt besteht, ist auch nicht mit Polarisationseffekten zu rechnen. Es ergeben sich damit keine Minderbefunde mehr.

Video: Leitfähigkeitsmessgerät Hiresta UX zur Messungen spezifischer Widerstände im hochohmigen Bereich

Großer Anwendungsbereich für induktive Leitfähigkeitselektroden

Ein modernes Leitfähigkeitsmessgerät von Mettler Toledo arbeitet induktiv und ist darüber hinaus mit einer Vielzahl an verschiedenen Funktionen und Applikationen ausgerüstet. Die Leistung ist auch in anspruchsvollen Prozessbedingungen sehr gut, der Messbereich sowie die Temperaturkompensation sind gut.

Um zu verstehen, was die neuen induktiven Leitfähigkeitselektroden so besonders macht, ist ein Blick auf ihren Aufbau hilfreich: Sie bestehen aus zwei Spulen, die besonders präzise arbeiten und die hermetisch eingeschlossen sind. Sie liegen in einer Polymermatrix, die wiederum besonders robust ist und sich gegen Chemikalien als beständig erweist.

Die Elektrode des Typs InPro 7250 HT ist vor allem für den Einsatz unter schwierigen Temperaturbedingungen gedacht. Möglich ist ein Messbereich von bis zu 180 °C. Der Druck kann bis zu 20 bar betragen. Wer unter harten oder aggressiven Bedingungen Messungen durchführen muss, ist mit der Anwendung dieser Elektrode bestens beraten.

Um Messungen in hochkonzentrierten Säuren durchführen zu können, bietet Mettler Toledo ebenfalls induktive Leitfähigkeitselektroden. Sie gehören dem Typ InPro 7250 PFA an.

Auch an dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass der wohl größte Vorteil der Leitfähigkeitselektroden darin besteht, dass sie durch die induktive Messweise nicht mit dem Medium in Kontakt kommen und die Messperformance nicht beeinflusst wird.

Hier noch einmal die drei verschiedenen Typen der InPro 7250 Serie mit ihren Spezifikationen:

  • 7250
    Messbereich: 0 bis 2000 mS/cm
    Prozesstemperatur: – 20 °C bis + 100 °C (außerhalb Ex-Bereich)
    Prozessdruck: bis zu 8 bar
    Sensormaterial: PEEK glasfaserverstärkt
  • 7250 HAT
    Messbereich: 0 bis 2000 mS/cm
    Prozesstemperatur: – 20 °C bis + 180 °C (außerhalb Ex-Bereich), – 20 °C bis + 130 °C (innerhalb Ex-Bereich)
    Prozessdruck: bis 20 bar
    Sensormaterial: PEEK glasfaserverstärkt
  • 7250 PFA
    Messbereich: 0 bis 2000 mS/cm
    Prozesstemperatur: – 20 °C bis + 125 °C (außerhalb und innerhalb Ex-Bereich)
    Prozessdruck: bis 16 bar
    Sensormaterial: PFA
Die Leitfähigkeitselektroden, die mittlerweile nicht mehr wirklich als neu gelten können, warten mit zahlreichen Vorteilen auf.

Die Leitfähigkeitselektroden, die mittlerweile nicht mehr wirklich als neu gelten können, warten mit zahlreichen Vorteilen auf.(#01)

Induktive Leitfähigkeitsmessung auch dank anderer Hersteller möglich

Die hier vorgestellte Produktserie von Mettler Toledo ist längst nicht mehr die einzige dieser Art, die es auf dem Markt gibt. Auch die Baumer AG hat längst ein ähnliches System vorgestellt und bietet mit dem ISL 05x einen Sensor, der die induktive Leitfähigkeitsmessung ermöglicht. In dem Sensor ist die Temperaturkompensation eingearbeitet, sodass Temperaturunterschiede im Medium automatisch ausgeglichen werden können.

Diese Leitfähigkeitselektroden zeichnen sich überdies durch eine sehr kurze Ansprechzeit aus, die bei unter drei Sekunden liegt. Die Elektroden verfügen über eine 3A-Zulassung: 3A Sanitary Standards ist eine gemeinnützige Gesellschaft aus den USA, die das Ziel verfolgt, die Hygienedesigns in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie in der Pharmaindustrie zu verbessern. Das 3A-Symbol ist eine eingetragene Marke und identifiziert Betriebsmittel, die den Vorgaben der Gesellschaft entsprechen.

Es geht dabei um Design, Herstellung und Reinigungsmöglichkeiten des Zubehörs für Lebensmittel, wobei die Hygieneanforderungen besonders hoch sind. Damit sollen verzehrbare Konsumgüter vor der Kontamination durch Fremdstoffe geschützt werden, außerdem ist die mechanische Reinigung der Produkte möglich. Was das alles mit Leitfähigkeitselektroden und Leitfähigkeitssensoren zu tun hat?

Die hier genannten ISL 05x Sensoren der Baumer AG bringen nicht nur die Vorteile der induktiven Messung der Leitfähigkeit mit, sondern sind für vielfältige Anwendungen im Bereich der Lebensmittelindustrie bestens geeignet. Sie bieten einen Messbereich von 0 bis 999 mS/cm, der damit aber kleiner als der der Modelle von Mettler Toledo ist. Dennoch sind sämtliche Anwendungen in der Lebensmittelindustrie damit abgedeckt.

Die Sensoren bestehen aus einem Edelstahl, der sehr kompakt und gleichzeitig beständig gegen Korrosion ist. Er kann direkt in Rohrleitungen installiert werden, die mit dem Medium in Kontakt kommen. Die kurze Ansprechzeit der Sensoren erlaubt überaus präzise Messungen und bringt zuverlässige und belastbare Daten. Angesichts der Vorgabe in den meisten Laboren und Industriebereichen, um jeden Preis Kosten sparen zu müssen, ist der G1-Prozessanschluss besonders hervorzuheben. Er erlaubt den Einsatz in mehreren Anwendungen, was Einsparungen durch geringere Kosten für die Beschaffung ermöglicht.

Die Kontrolle vor Ort, die vor allem bei Reinigungsprozessen, die manuell gesteuert werden, wichtig ist, ist möglich und wird durch eine Konfiguration, die ohne Rechner durchführbar ist, unterstützt. Es ist nur ein einziger Schalter wichtig, dazu kommt eine integrierte LCD Anzeige. Darauf werden die Messwerte der Leitfähigkeit und der Temperatur angezeigt. Der Temperaturbereich ist erweitert und meistert Messungen von minus 20 °C bis plus 130 °C, damit kann der Sensor auch in Sterilisation in Place Anlagen eingesetzt werden.

Der Einsatz der Sensoren der Baumer AG ist vor allem für die Lebensmittelindustrie gedacht, während die Modelle von Mettler Toledo für die Messung in industriellen Abwässern sowie in der Produktion von Papier und Zellstoff ideal sind. In der Lebensmittelherstellung muss zum Beispiel die Konzentration der Salze in der Käseproduktion überwacht werden.

Außerdem werden Medium und Reinigungswasser in Produktionsanlagen getrennt und müssen ebenfalls dauerhaft kontrolliert werden. In anderen Branchen müssen ebenfalls verschiedene Flüssigkeiten voneinander getrennt werden, was mithilfe von Leitfähigkeitssensoren überprüft wird.

Hierbei geht es in der Regel um die Trennung von alkalischen und sauren Reinigungsflüssigkeiten, die voneinander unterschieden werden müssen. Die modernen Leitfähigkeitselektroden bieten für diese Messungen hervorragende Bedingungen und liefern zuverlässige Daten für Prozesse, die einer stetigen Überwachung unterliegen.

Die genannten Hersteller stehen beispielhaft für die Elektrodenmodelle anderer Hersteller, die sich ebenfalls auf den Bereich der induktiven Leitfähigkeitsmessung konzentrieren und nun am Markt erfolgreich vertreten sind.


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild: Rabbitmindphoto -#01: Rabbitmindphoto

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