Tecnologia e funzionamento dei sensori di conducibilità

Confine fra tecnologia conduttiva e induttiva

La classica struttura dei sensori di conducibilità conduttivi, i cui elettrodi sono a contatto galvanico con la sostanza da rilevare, ha come limite il punto in cui, per via dell’elevata concentrazione ionica, può manifestarsi l’effetto della polarizzazione. Esso agisce quasi come una resistenza aggiuntiva falsando il risultato della misurazione. Allo stesso modo, la presenza di depositi (es. soda caustica) può generare strati isolanti che impediscono completamente la misurazione della conducibilità conduttiva.

Nel caso di applicazioni ad elevata concentrazione ionica, come accade con liscivie e acidi con valori di conducibilità dell’ordine di 100 mS/cm, e laddove sussiste il pericolo di formazione di depositi, la tecnologia induttiva costituisce l’unica soluzione affidabile per la misurazione della conducibilità e dunque la gestione sicura dei processi. Il principio di misurazione induttivo non è invece adatto per la misurazione di valori di conducibilità molto piccoli. Il range di misurazione minimo ammonta a 500 µS/cm (0,5 mS/cm) che permette di ottenere misurazioni con una precisione nell’ordine di 50 µS/cm.

Struttura di un sensore di conducibilità induttivo AFI

Munito di un alloggiamento monopezzo in PEEK, l’elemento sensore contiene due bobine a nucleo toroidale che fungono da due trasformatori collegati in sequenza. Il primo avvolgimento primario è alimentato da un oscillatore con frequenze dell’ordine di chilohertz. Il circuito liquido formato per mezzo del canale di misurazione della corrente attraverso l’interno delle due bobine a nucleo toroidale e la zona circostante collega il secondario del primo trasformatore al primario del secondo trasformatore. Questo collegamento può essere visto come un avvolgimento comune ai due trasformatori. L’avvolgimento secondario del secondo trasformatore è collegato a un amperometro. A seconda dell’entità della resistenza del liquido R_M si ottiene un valore di misura di corrente corrispondente. Tale valore viene convertito tramite una semplice regola di calcolo (legge di Ohm) con la tensione dell’oscillatore nota U_G nel valore di conduttanza G_M da attribuire.

Per range di valori di conduttanza di grandezza differente è necessario adattare la sensibilità dell’amperometro. Tale operazione può essere effettuata dall’utente mediante la regolazione dei range di misurazione liberamente definibili selezionabili durante il funzionamento attivando gli ingressi di comando.

Il principio di misurazione induttivo non dipende dal movimento del liquido all’interno del canale di misurazione della corrente. Tuttavia, si consiglia di orientare il canale nella direzione del flusso al fine di ottenere una migliore azione pulente. Grazie alla struttura simmetrica del canale, sono possibili entrambe le direzioni di flusso senza il rischio di intasamento dovuto a componenti critici.

Sulla sommità dell’elemento sensore è integrata una sonda di temperatura a risposta rapida Pt100 dotata di grande precisione. La temperatura del liquido misurata è disponibile come segnale di misurazione e viene inoltre utilizzata per la compensazione fisica della temperatura del valore approssimativo di conducibilità.

La conducibilità di un liquido dipende in genere dalla temperatura. Aumenta per molte soluzioni acquose con +2 %/K. Per confrontare le misurazioni, gli strumenti di misura ricalcolano la conducibilità direttamente rilevata su una temperatura di riferimento che deve corrispondere perlopiù a 25 °C. Oltre a tale impostazione, l’AFI consente anche l’immissione di un coefficiente di temperatura in %/K che deve essere impostato a 0 %/K se occorre rinunciare alla compensazione termica. I coefficienti di temperatura non lineari possono essere indicati con un ulteriore componente quadrato. Tale coefficiente può essere rilevato con FlexProgramm e tre misurazioni corrispondenti.