Leitfähigkeitsmessungen
Die spezifische elektrische Leitfähigkeit σ [S/m] ist ein physikalischer Parameter, der die Fähigkeit einer Substanz (Flüssigkeiten, Festkörper, Gase) beschreibt, den elektrischen Strom zu leiten. In Flüssigkeiten wird die Leitfähigkeit durch positiv und negativ geladene Ionen verursacht, die sich in einem elektrischen Feld bewegen können. Grundsätzlich hängt die Leitfähigkeit von der Konzentration und Art der Ionen ab, und der Temperatur.
Es gibt zwei technische Ansätze zur Messung der Leitfähigkeit - induktiv und konduktiv.
Induktive Leitfähigkeit
Induktive Sensoren bestehen aus zwei elektromagnetischen Spulen, eingeschlossen in einem Kunststoffmantel. Eine Wechselspannung wird an die eine Spule (driving coil) angelegt, was in der anderen Spule (receiving coil) eine Spannung erzeugt. Der induzierte Strom wird durch die Leitfähigkeit der umgebenden Lösung beeinflusst. Dank des geschlossenen Systems (Kunststoffgehäuse) können induktive Sensoren auch in aggressiven Medien eingesetzt werden, jedoch nicht für Leitfähigkeiten kleiner 15 µS/cm.
Ein Beispiel für einen induktiven Leitfähigkeitssensor
Konduktive Leitfähigkeit
Konduktive Sensoren bestehen aus leitenden Elektroden (z.B. Metalle wie Platin, Gold, Stahl, Titan, und Nichtmetalle wie z.B. Graphit) in direktem Kontakt zur Messlösung. Die primär gemessenen Parameter sind Spannung und angelegter Strom. Der Zusammenhang beider Parameter, beschrieben im Ohm’schen Gesetz, ermöglicht die Berechnung des Widerstandes R (gemessen in Ohm [Ω]) oder als Kehrwert – der Leitwert G (gemessen in Siemens [S]).
Die Multiplikation der gemessenen Leitfähigkeit mit der Zellkonstante korrigiert die individuellen Eigenschaften des Sensors. Das Ergebnis ist also eine Leitfähigkeit σ, welche nur noch von den Eigenschaften der Messlösung abhängt.
Üblicherweise wird die Zellkonstante beim Hersteller ermittelt und kann in das angeschlossene Konduktometer oder den Konverter eingegeben werden. Für die höchst mögliche Genauigkeit wird empfohlen, das System nach der Installation im Prozess im gewünschten Mess- und Temperaturbereich zu kalibrieren.
Die Leitfähigkeitsskala
Zwischen der Standardeinheit “S Siemens” (100) und der meist verwendeten Einheit “µS Micro Siemens” (10-6) ist eine Differenz von 106 = 100.000. Wenn ein Leitfähigkeitssensor von µS bis mS (Milli Siemens, 10-3) oder sogar bis S misst, ist es offensichtlich, dass die Sensorleistung nicht über den gesamten Messbereich gleich hoch sein kann. Darum ist die Genauigkeit der Leitfähigkeitssensoren mit dem Messbereich verbunden.
| Typische Leitfähigkeitswerte bei at 25 °C (77 °F) | |
| Reinstwasser | 0.05 μS/cm |
| Leitungswasser | 500 μS/cm |
| Essigsäure 10% | 1.76 mS/cm |
| Natronlauge, NaOH 10% | 353 mS/cm |
