кондуктометр что это такое
Кондуктометр. Для чего нужен, как выбрать?!
Кондуктометр – это высокоточный измерительный прибор, который предназначается для определения электропроводности различных электролитов. Электролитами могут служить: водные и неводные растворы, расплавы, коллоидные системы (относительно крупные, по сравнению с молекулами, частицы вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в растворе) и, даже, твёрдые вещества. Кондуктометрический анализ основывается на выявлении изменений концентрации растворенного вещества или химического состава среды в межэлектродном пространстве; Такой анализ не связан с потенциалом электрода, который обычно приближен к равновесному значению. Таким образом, исследования осуществляются посредством метода кондуктометрии – электрохимическим аналитическим методом, который основан на измерениях электрической проводимости растворов.
Кондуктометр применяется при:
— оценке качества дистиллированной воды;
— оценке засоления почв;
— определении критической концентрации мицеллообразования (ККМ)
В кондуктометрии используются как прямые, так и косвенные аналитические методы с применением токов высокой и низкой частоты как постоянных, так и переменных.
При выборе кондуктометров важными являются только две характеристики:
— наличие термической компенсации.
Чувствительность хорошего кондуктометра характеризуется дискретностью измерения в ± 0,1 мкСм/см. Такая чувствительность делает прибор универсальным, поскольку позволяет проводить не только прямые кондуктометрические измерения, но и применять прибор для кондуктометрического титрования.
Все кондуктометры можно разделить на три группы:
— не имеющие термическую компенсацию;
— обладающие термокомпенсацией в 2% на градус;
— имеющие возможность произвольного выбора термокоэффициента.
Очевидно, что приборы второго и третьего типа обладают преимуществом перед приборами первого типа, поскольку температура оказывает существенное влияние на величину измеряемой удельной электропроводности. Однако, возможности термокомпенсации не безграничны. При слишком большом отклонении температуры анализируемого раствора от нормальной температуры, показания прибора не смогут быть откорректированы с удовлетворительной точностью. Поэтому, если у вас есть возможность приобрести кондуктометр третьего типа, то сделайте это не раздумывая. С этим прибором, вероятность возникновения ошибки измерения будет стремиться к нулю.
Кондуктометр
Характеристики кондуктометров
Наиболее важными параметрами для кондуктометра является чувствительность измерения и наличие температурной компенсации.
Кондуктометры бывают различных видов и формы. Могут быть встроенными в комплексные приборы, совместно с pH-метром и TDS-метром. Кондуктометры бывают периодического действия и постоянного, предназначенные для постоянного мониторинга состояния раствора. Могут быть высокоточными лабораторными, или же портативными, для быстрого и удобного анализа.
Каждый TDS-метр по сути является кондуктометром. Хотя ЕС и TDS часто используются как синонимы, есть некоторые важные различия. ЕС, в применении к воде, относится к измерениям электрических зарядов воды. TDS ссылается на общую сумму растворенных солей в воде. Действительный верный метод измерения TDS является метод испарения воды и взвешивания сухого остатка. Так как это практически невозможно сделать для обычного пользователя, можно оценить уровень TDS путем измерения ЕС воды.
Все растворы имеют электрический заряд. Таким образом, можно оценить количество TDS путем определения ЕС раствора. Однако, различные по составу растворы имеют различные заряды, поэтому необходимо преобразовать ЕС в TDS с использованием пересчета, который имитирует заряд.
Как перевести единицы измерения EC (mS/cm) в TDS (ppm)
Для перевода единиц измерения EC в TDS необходимо определить, какой коэффициент пересчета вы хотите использовать (NaCl, 442 или KCl) и сделать пересчет. Большинство измерительных приборов используют фактор пересчета по NaCl, который составляет в среднем 0,5.
Теперь остается лишь умножить значение EC-метра (в «мкСм/см») на коэффициент 0.5 (или другой), и вы получите значение уровня TDS (ppm).
Пример. EC-метр показывает значение 0.6 мСм/см. В таком случаи:
0.6 мСм/см = 600 мкСм/см
TDS = 600·0.5 = 300 ppm
Если фактор пересчета составляет 0.7 mS/cm, то выходит следующий пересчет:
TDS = 600·0.7 = 420 ppm
Для более подробного изучения темы рекомендуем посетить соответствующий раздел форума: «EC/TDS/PPM-метры».
Кондуктометры — удобные и точные приборы для определения чистоты воды и не только
Кондуктометр — современный измерительный прибор, позволяющий измерять 
удельную электропроводность среды. В качестве исследуемой среды могут выступать растворы солей, кислоты и щелочи, коллоидные растворы, расплавы, твердые вещества: тесто, почва, шлаки, стекло. Кондуктометр выводит результаты на экран в цифровом виде.
Для каких целей используется кондуктометр
Чаще всего кондуктометры используют для следующих исследований:
— оценка степени чистоты воды;
— определение концентрации раствора;
— оценка степени засоленности почвы;
— кондуктометрическое титрование;
— определение критической концентрации мицеллообразования.
Оценка степени чистоты воды часто требуется в лабораторной практике, на предприятиях водоканалов и станциях контроля качества, на пищевых, косметических и фармацевтических производствах, в медицине, физике, биологии. Так как совершенно чистая вода без примесей ток не проводит, то электрическая проводимость воды напрямую зависит от количества примесей.
Для определения концентрации раствора или вещества (кислоты, щелочи, эмульсии…) выпускают специально отградуированные кондуктометрические приборы. С их помощью на предприятиях определяют качество вина или минеральной воды, различных напитков, морской или речной воды, органических растворителей, нефтепродуктов, электролитов, физиологических жидкостей.
Очень полезны кондуктометры в сельском хозяйстве. С их помощью специалисты могут определить степень засоленности почв по величине электропроводности водных вытяжек отобранных образцов.
Кондуктометрическое титрование подобно обычному титрованию с помощью индикаторных растворов, когда к исследуемому веществу добавляется определенное количество известного реактива. В отличие от индикаторного титрования, когда исследователь должен на глаз определить момент изменения окраски, кондуктометрическое титрование поддается точному количественному определению.
Еще одним преимуществом титрования с помощью кондуктометра является возможность автоматизации процесса и возможность встраивания прибора в технологический процесс для оперативного контроля продукции.
Определение критической концентрации мицеллообразования востребовано в проверке качества поверхностно-активных веществ.
Кондуктометры можно разделить на
— портативные,
— карманные,
— стационарные.
Эти приборы отличаются не только своими размерами. Большие стационарные устройства позволяют проводить гораздо более точные измерения, а также, более широкий спектр исследований. Они могут на основе измеренных параметров пересчитывать и выводить на экран показания в виде концентрации, могут работать с разными типами сред: с растворами солей, кислот, щелочей. Некоторые стационарные кондуктометры определяют содержание солей, жесткость воды, температуру.
Также кондуктометры бывают:
— без компенсации температуры;
— с температурной компенсацией в пределах 2% на градус;
— с выбором термического коэффициента.
Так как удельная электропроводность зависит от температуры среды, то кондуктометры с возможностью температурной компенсации являются более точными.
Преимущества кондуктометров
— Высокая чувствительность — способны определять концентрацию до 10-5 М.
— Высокая точность измерений, погрешность не превышает 2%.
— Высокая скорость измерений.
— Простая эксплуатация.
— Большой выбор приборов разного назначения, точности, размеров, стоимости.
— Широкий спектр исследуемых материалов, возможность работы с мутными и окрашенными растворами.
— Возможность автоматизации процесса анализа, встраивания в производственный процесс.
Кондуктометры применяются в аналитической химии, в энергетике, в нефтеперерабатывающей промышленности, в металлургии, в газовой и химической отраслях, в пищепроме, на косметических и фармацевтических предприятиях, в сельском хозяйстве и почвоведении.
В нашем магазине измерительных приборов и товаров для химиков есть замечательный кондуктометр Hanna 98308, компактный и надежный. Купить кондуктометр, цена которого невысока, а также лабораторную технику и другие товары вы можете с доставкой по Москве и области.
Кондуктометры
Кондуктометрические методы анализа и назначение приборов
Кондуктометрические методы анализа основаны на измерении удельной электропроводности исследуемых растворов.
Электричество переносится через растворы электролитов находящимися в растворе ионами, несущими положительные и отрицательные заряды. Для предотвращения электролиза при измерении электропроводности растворов используют переменный ток.
Электропроводность зависит от многих факторов и, в частности, от природы вещества, растворителя и концентрации. Измеряя электропроводность, можно определить содержание различных веществ и их соединений в исследуемых растворах. Электропроводность растворов определяется с помощью кондуктометров различных конструкций, измеряя электрическое сопротивление слоя жидкости, находящейся между двумя электродами, опущенными в исследуемый раствор.
Однако возможно непрерывно измерять удельную электрическую проводимость электропроводящих растворов бесконтактным индуктивным способом.
Кроме того, можно наблюдать за изменением электропроводности раствора в процессе химического взаимодействия. В зависимости от принципа измерения методы классифицируют на:
В зависимости от методов и назначения существуют различные конструкции кондуктометров.
Кондуктометры позволяют решать многие практические задачи, в том числе для осуществления непрерывного контроля производством. Их используют для контроля очистки воды, оценки сточных вод, контроля солей в минеральной, морской речной воде. Определение электропроводности- один из методов контроля качества пищевых продуктов: молока, вин, напитков и т. д. Нередко при анализе смесей электролитов измерение электропроводности сочетают с измерением других величин (рефракции, вязкости, рН, плотности и т. д.).
Принцип действия и устройство кондуктометров
Электропроводность раствора электролита может быть найдена, если измерить активное сопротивление между погруженными в него электродами. Для измерения сопротивления пользуются переменным током, так как постоянный ток вызывает электролиз и поляризацию электродов. Источником тока обычно служат генераторы звуковой частоты.
Сопротивление раствора электролита определяют путем сравнения с эталонным сопротивлением. Для этого используют мостик Утстона (рис.1). Сопротивления R1, R2, R3, R4 можно подобрать так, чтобы ток в диагонали мостика отсутствовал, т. е. сопротивление его ветвей было пропорционально друг другу. Измеряемое сопротивление R4 можно найти по формуле:
R4=R3 R2/R1
Сопротивления R1 и R2 выбирают постоянными или сохраняют постоянными их соотношение; R3 может изменяться. Таким образом, при балансировке моста регулируют сопротивление R3 и находят сопротивление R4. В качестве нуль — индикатора применяют осциллографы, гальванометры переменного тока или (после выпрямления) постоянного тока, цифровые вольтметры.
Рис.1. Мостик Уитстона:
R1, R2, R3, R4- плечи моста; С- переменная емкость; 1- звуковой генератор; 2- индикатор нуля; 3- электролитическая ячейка.
Условия равновесия моста применимы к переменному току, если R1, R2, R3, R4 — активные сопротивления. Однако на мостике переменного тока силу тока в диагонали нельзя свести к нулю, так как к активному сопротивлению добавляется некоторое реактивное сопротивление, обусловленное емкостью электролитической ячейки и цепи.
В электрическую эквивалентную схему электролитической ячейки (рис.2) кроме истинного активного сопротивления раствора R, зависящего от концентрации ионов и их эквивалентной электропроводности, входят дополнительные активные и реактивные сопротивления, возникающие в ячейке при измерении сопротивления. Электрическую ячейку – сосуд той или иной формы, содержащий электролит с погруженными в него электродами, в принципе можно рассматривать как конденсатор с электродной поверхностью S, электродным расстоянием l, заполненный раствором с диэлектрической проницаемостью e. Сопротивление емкости Сr, шунтирующее истинное сопротивление электролита в водных растворах, обычно значительно выше истинного сопротивления раствора и поэтому не вызывает ошибок в измерении электропроводности. Однако при очень высоком истинном сопротивлении электролита эти величины могут быть соизмеримы. Возникающие ошибки уменьшаются с понижением частоты тока.
На границе металлический электрод – раствор электролита возникает двойной электрический слой. Емкость двойного слоя влияет на сдвиг фаз между током и напряжением, что приводит к ошибкам в измерении истинного сопротивления раствора.
Ошибки измерений могут быть связаны с электрохимическими процессами на электродах – разрядкой ионов, приводящей к изменению концентрации ионов у поверхности электрода. Вследствие медленной диффузии ионов к электроду наблюдается концентрационная поляризация, которая создает поляризационную емкость Сп и поляризационное сопротивление Rп. Ошибки, связанные с поляризационными явлениями, уменьшаются с повышением частоты тока и увеличением концентрации. При чистоте тока выше 1000 Гц влияние поляризации незначительно.
Рис.2. Электрическая эквивалентная схема ячейки:
R — истинное сопротивление раствора; Сr — геометрическая емкость ячейки; Сд — емкость двойного слоя; Сп и Rп – емкость и сопротивление поляризации; С1 и R1 – шунтирующие емкость и сопротивление, зависящие от конструкции ячейки; С2 – емкость проводов.
Шунтирование сопротивления R емкостью С1 и сопротивлением R1, возникающее при неудачной конструкции ячейки (близкое расположение проводов, идущих от электродов), также вызывает ошибки измерения. Емкость проводов С2 может стать причиной емкостных утечек тока.
Ячейки для кондуктометров должны отвечать следующим основным требованиям:
Емкостное сопротивление компенсируется путем включения конденсатора параллельно сопротивлению R3.
Ошибки, связанные с поляризационным сопротивлением, уменьшаются при использовании платинированных электродов, так как увеличенная поверхность их уменьшает плотность тока. Платинированные электроды нельзя применять, если платиновая чернь оказывает влияние на проводимую реакцию или изменяет концентрацию вещества вследствие абсорбции. В некоторых случаях удобно применять платинированные электроды, прокаленные до красного каления (серое платинирование). Такие электроды значительно уменьшают поляризацию, но они обладают значительно меньшими абсорбционными свойствами.
Установка для кондуктометрического анализа состоит из электролитической ячейки, звукового генератора, мостика Уитстона и индикатора нуля. Для подачи стандартного раствора используют полумикробюретку.
Для питания системы переменным током используют генераторы ГЗ-1, ГЗ-2, ГЗ-10, ГЗ-33 и др. Для работы используют переменный ток частотой 1000 Гц.
В качестве нуль индикатора может использоваться осциллографический индикатор нуля. При полном балансе мостика эллипс на экране стягивается в горизонтальную линию.
Такого рода установки имеют высокую чувствительность.
Типы кондуктометров
Измерение электропроводности растворов может быть осуществлено при помощи уравновешенных мостов промышленного производства. К числу таких приборов относятся Р-38, Р-556, Р-577, Р-568 и др. Приведем краткие характеристики некоторых кондуктометров.
Реохордный мост Р-38. Р-38 широко используется в практике и представляет собой четырехплечевой уравновешенный мост со ступенчато-регулируемым плечем сравнения и плавно регулируемым отношением плеч. Прибор питается от сети переменного тока с частотой 50 – 500 Гц с напряжением 127 или 220 В через трансформатор, включенный в схему моста. Измеряемое сопротивление может изменяться 0,3-30000 Ом. Прибор содержит гальванометр типа М314, который служит нуль инструментом.
Кондуктометр ММЗЧ-64. Кондуктометр собран по схеме четырехплечевого уравновешенного моста. Питание — от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц через генератор, вмонтированный в установку. При этом частота повышается до 1150 Гц. Плечо сравнения имеет три декады сопротивлений. В каждую декаду включено по 9 сопротивлений, равных соответственно 1000, 100, 10. Сопротивление плеча сравнения можно изменять ступенями по 10 Ом в пределах от 10 до 10000 Ом. Кондуктометр позволяет измерять сопротивление от 0,01 Ом до 10 кОм. Блок конденсаторов используется для компенсации емкостной составляющей. Кондуктометр имеет электронно-оптический индикатор баланса моста. Погрешность измерений не превышает 1%.
Кондуктометр К-1-4. Кондуктометр собран по схеме четырехплечевого уравновешенного моста. Питание — от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц через генератор, вмонтированный в установку. При этом частота повышается до 1000 Гц. Область измеряемых сопротивлений составляет 100-90000 Ом. Плечи R1 и R2 представляют постоянные сопротивления в 100 Ом. Плечо сравнения является магазином сопротивлений типа Р-33. Предусмотрена балансировка моста по реактивной составляющей. При балансировке моста используется микроамперметр типа М-495, который включен через выпрямитель на выход усилителя. Погрешность измерений не выходит за пределы 0,5%.
Кондуктометр «Импульс» типа КЛ-1-2. Кондуктометр «Импульс» предназначен для измерения электропроводности растворов. К прибору приложены две ячейки, для которых отградуирована шкала прибора. Прибор собран по мостовой схеме с питанием импульсным током переменной полярности и интегрированием синхронного выпрямленного сигнала разбаланса. Погрешность измерений составляет 0,25%.
Принцип работы и устройство бесконтактных кондуктометров
Бесконтактные кондуктометрические анализаторы и концентратомеры предназначены для непрерывного измерения удельной электрической проводимости растворов. Бесконтактные кондуктометры выпускаются в различном исполнении: погружные, с различной глубиной погружения, и проточные. К таким кондуктометрам, используемым в производстве, относятся БКА-М, КНЧ-1М и другие.
В основу работы анализатора положен индуктивный метод измерения проводимости. Анализатор состоит из датчика и измерительного преобразователя. Датчик анализатора обычно выполнен с видами взрывозащиты: «искробезопасная электрическая цепь», «взрывонепроницаемая оболочка» и предназначен для преобразования удельной электропроводности в унифицированный сигнал постоянного тока.
Рис.4. Измерительный преобразователь.
Измерительный преобразователь предназначен для преобразования удельной электропроводности в унифицированный сигнал постоянного тока, температурной компенсации и питания постоянным напряжением всех цепей датчика.
Рассмотрим устройство на примере проточного кондуктометра БКА-М.
Датчик состоит из первичного преобразователя с фланцами для установки на технологическом трубопроводе. В проточной части корпуса первичного преобразователя расположены чувствительный элемент и термометр сопротивления, которые опрессованы пластмассой. На наружной поверхности корпуса установлено основание для размещения электронного блока и блоков искрозащиты и устройство ввода.
Чувствительный элемент состоит из силовой (генераторной) ГК и измерительной ИК тороидальных катушек, помещенных в электростатический экран.
Электронный блок анализатора состоит из генератора переменного тока Г, усилителя Ус, детектора Д и преобразователей напряжение – ток ПНТ 1 и ПНТ 2.
Датчик работает следующим образом.
Переменное напряжение с генератора через блок искрозащиты 1 поступает на силовую катушку ГК первичного преобразователя и создает магнитный поток, который наводит ЭДС в жидкостном контуре связи, который является вторичной обмоткой для силовой катушки. Сила тока в контурах связи пропорциональна удельной электрической проводимости. Изменения силы тока в контуре связи изменяет наводимую им ЭДС в измерительной катушке ИК. Выходное напряжение первичного преобразователя через блок искрозащиты поступает на вход усилителя Ус. Усиленный сигнал детектируется, фильтруется, поступает на вход преобразователя напряжение – ток ПНТ-1 и по линии связи передается в измерительный преобразователь.
Напряжение с мостовой схемы измерителя температуры ИТ поступает на вход усилителей У. Усиленное напряжение постоянного тока, пропорциональное температуре анализируемой среды, поступает на вход преобразователя напряжение – ток ПНТ-2 и по линии связи передается в измерительный преобразователь.
Анализатор работает следующим образом.
Зависимость удельной электрической проводимости имеет следующий вид:
Хt = Х0 [1 + αt (t — t0)], где
Хt — значение удельной электропроводности при текущей температуре, См/м;
Х0 — значение удельной электропроводности при начальной температуре, См/м;
αt — температурный коэффициент раствора, град-1;
t0 — начальная температура раствора, град;
t — текущая температура раствора, град.
Для электролитов (солей, кислот и щелочей) αt положителен и имеет значение от 0,019 до 0,025.
При повышении температуры раствора его удельная электропроводность увеличивается. Для компенсации этого увеличения необходимо уменьшить выходной сигнал. На входе сумматора устанавливается напряжение равное
αt (t — t0)
На выходе сумматора устанавливается напряжение
1 + αt (t — t0)
На выходе делителя устанавливается напряжение, пропорциональное
Х0 = Хt /[1 + αt (t — t0)]
Которое не будет зависеть от температуры анализируемой среды.
Датчик анализатора устанавливается на обводной линии технологического трубопровода с помощью фланцевых соединений в горизонтальном положении в помещениях и наружных установках, рекомендуемая схема обвязки датчика анализатора приведена на рис.5
Что такое кондуктометр
Среди многочисленной группы приборов для анализа параметров качества воды – как водопроводной, так и питьевой, для лабораторных нужд, приготовления растворов, проведения химических реакций, простотой в эксплуатации и понятным принципом измерения отличается кондуктометр.
Что такое кондуктометр
Если взять любой образец воды, даже после самого высококачественного фильтра и многоступенчатого дистиллятора, то в нем, обнаружится присутствие растворенных компонентов – различных солей, оксидов, остатков органики и т.д.
Если же проанализировать например воду из-под крана, то там мы найдем целую россыпь химических соединений, и если мы разбираем что такое кондуктометр, то этот прибор измеряет электропроводность, а этот параметр напрямую зависит от количественного и качественного состава растворенных элементов.
Дистиллированная вода ток практически не проводит и кондуктометры покажут нулевое значение. Если же добавить например поваренной соли, то образуется солевой раствор, если соляную или серную кислоту, то электролит, а значит с помощью кондуктометра, можно отследить как изменяется показатель проводимости, то есть непрямым методом определить, насколько вода насыщена теми или иными элементами.
На этом примере легко пояснить разницу между другим прибором, таким как TDS-метр и кондуктометр.
Первый измеряет удельное содержание солей (поэтому его альтернативное название солемер), независимо от того, наскольку хорошо эти соли проводят ток. А вот кондуктометр, если можно так сказать, более избирательный и “вне зоны его компетенции” находяться ионы, которые не воздействуют на проводимость.
Поэтому строгой зависимости между общей минерализацией и значениями, которые мы наблюдаем на дисплее кондуктометра – нет. А вот если брать тдс-метр, такая зависимость более точная.
В каких единицах измеряет кондуктометр
Согласно системе СИ, мерой проводимости является сименс. Эта обратная величина от сопротивления (Омы). Но кондуктометры откалиброваны в меньших единицах – мкСм/см (микросименсы на сантиметр) или мСм (миллисименсы). Мы уже отмечали, что точной зависиммости между концентраций растворенных веществ и проводимостью нет, но приблизительно, ее можно оценить по соотношению:
2000 мкС/см ≈ 1000 мг/л.
Как и на сопротивление, ключевое влияение оказывает температура раствора.