Ein Leitfähigkeitssensor zeigt 850 µS/cm an, obwohl eine Referenzmessung nur etwa 85 µS/cm ergibt. Der Sensor reagiert auf Änderungen, die Temperaturmessung funktioniert und auch das Kabel ist in Ordnung.
Trotzdem liegt der Messwert um den Faktor zehn daneben.
Eine mögliche Ursache ist überraschend einfach: Im Messgerät ist eine falsche Zellkonstante eingestellt.
Bei Leitfähigkeitsmessungen reicht es nicht aus, lediglich einen funktionierenden Sensor in das Medium einzutauchen. Messzelle, Zellkonstante, Messbereich, Temperaturkompensation und Medium müssen zueinander passen.
Besonders groß werden die Unterschiede zwischen Reinstwasser, normalem Prozesswasser und hoch leitfähigen Reinigungsmedien. Eine Messzelle, die für Trink- oder Prozesswasser hervorragend geeignet ist, muss deshalb nicht automatisch die richtige Wahl für Reinstwasser oder eine konzentrierte CIP-Lauge sein.
Messgeräte für diese Anwendungen finden Sie unter pH / Leitfähigkeit / Sauerstoff. Weitere Mess- und Überwachungslösungen sind unter Sonstiges zusammengefasst.
Inhaltsverzeichnis
- Was misst ein Leitfähigkeitssensor?
- Was bedeutet die Zellkonstante K?
- Warum eine falsche Zellkonstante zu großen Messfehlern führt
- Welche Zellkonstante passt zu welchem Messbereich?
- 2-Pol- und 4-Pol-Messzellen unterscheiden
- Warum die Temperatur die Leitfähigkeit stark beeinflusst
- Temperaturkompensation richtig einstellen
- 20 °C oder 25 °C als Referenztemperatur?
- Reinstwasser richtig messen
- Prozess-, Trink- und Oberflächenwasser
- Leitfähigkeit bei CIP-Reinigungsmedien
- Polarisation an den Elektroden
- Verschmutzung und Ablagerungen
- Luftblasen und Einbauposition
- Kalibrierlösung und Zellkonstante überprüfen
- Typische Fehlerbilder
- Empfohlenes Vorgehen bei der Messung
- Praxisbeispiel mit falscher Zellkonstante
- Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Was misst ein Leitfähigkeitssensor?
Die elektrische Leitfähigkeit beschreibt, wie gut ein Medium elektrischen Strom transportieren kann.
Bei wässrigen Lösungen wird dieser Stromtransport im Wesentlichen durch gelöste Ionen ermöglicht.
Salze, Säuren und Laugen erhöhen deshalb normalerweise die Leitfähigkeit, während sehr reines Wasser nur sehr wenige frei bewegliche Ionen enthält und entsprechend schlecht leitet.
Typische Einheiten sind:
- µS/cm für geringe Leitfähigkeiten,
- mS/cm für höhere Leitfähigkeiten und
- S/cm für sehr hoch leitfähige Lösungen.
Zwischen den Einheiten gilt:
1 mS/cm = 1.000 µS/cm
Ein Leitfähigkeitssensor misst zunächst jedoch nicht direkt die spezifische Leitfähigkeit des Mediums.
Elektrisch wird der Leitwert zwischen den Elektroden erfasst. Erst über die Geometrie der Messzelle beziehungsweise deren Zellkonstante wird daraus der Leitfähigkeitswert des Mediums bestimmt.
Was bedeutet die Zellkonstante K?
Die Zellkonstante beschreibt die geometrischen Eigenschaften einer Leitfähigkeitsmesszelle.
Vereinfacht gilt bei einer klassischen Messzelle:
K = Elektrodenabstand / wirksame Elektrodenfläche
Die Einheit der Zellkonstante ist typischerweise cm-1.
Aus dem gemessenen elektrischen Leitwert G und der Zellkonstante K ergibt sich die Leitfähigkeit κ:
κ = K × G
Die Zellkonstante sorgt also dafür, dass das Messergebnis nicht von der individuellen Geometrie der Elektroden abhängt.
Genau deshalb muss das Messgerät die richtige Zellkonstante der angeschlossenen Messzelle kennen.
Bei modernen digitalen Sensoren kann diese Information je nach System bereits im Sensor gespeichert und automatisch an das Messgerät übertragen werden.
Bei anderen Kombinationen muss die Zellkonstante dagegen ausgewählt, eingegeben oder durch eine Kalibrierung bestimmt werden.
Warum eine falsche Zellkonstante zu großen Messfehlern führt
Eine falsche Zellkonstante erzeugt keinen kleinen Offsetfehler, sondern kann den gesamten Messwert mit einem falschen Faktor multiplizieren.
Ein vereinfachtes Beispiel:
Eine Messzelle besitzt tatsächlich:
K = 0,1 cm-1
Im Messgerät wurde jedoch eingestellt:
K = 1,0 cm-1
Das Gerät verwendet damit eine um den Faktor zehn zu große Zellkonstante.
Ein realer Leitfähigkeitswert von ungefähr:
85 µS/cm
kann dadurch rechnerisch als ungefähr:
850 µS/cm
erscheinen.
Der Sensor reagiert dabei möglicherweise vollkommen stabil auf Prozessänderungen. Deshalb kann der Fehler auf den ersten Blick wie ein tatsächlicher Prozesswert aussehen.
Bei einer unerklärlichen Abweichung um ungefähr Faktor 10, 100 oder 0,1 sollte die Zellkonstante deshalb sehr früh in der Fehlersuche überprüft werden.
Welche Zellkonstante passt zu welchem Messbereich?
Es gibt keine Zellkonstante, die für jede Leitfähigkeit optimal ist.
Vereinfacht gilt:
Kleine Zellkonstante → besonders geeignet für niedrige Leitfähigkeiten.
Größere Zellkonstante → geeignet für höhere Leitfähigkeiten.
Typische Größenordnungen können beispielsweise sein:
| Zellkonstante | Typischer Einsatzbereich | Beispiel |
|---|---|---|
| K ≈ 0,01 cm-1 | Extrem niedrige Leitfähigkeit | Reinstwasser / Spurenleitfähigkeit |
| K ≈ 0,1 cm-1 | Niedrige Leitfähigkeit | Reinwasser / demineralisiertes Wasser |
| K ≈ 0,5 bis 1 cm-1 | Breiter Standardbereich | Trinkwasser, Prozesswasser, natürliche Wässer |
| Größere beziehungsweise spezielle Zellkonstanten | Hohe Leitfähigkeiten | Konzentrierte Salz-, Säure- oder Laugenlösungen |
Diese Tabelle dient nur der grundsätzlichen Orientierung.
Entscheidend ist immer der spezifizierte Messbereich der konkreten Messzelle.
Eine Messzelle sollte nicht allein anhand der nominellen Zellkonstante ausgewählt werden.
Zu berücksichtigen sind zusätzlich:
- Elektrodenzahl,
- Elektrodenmaterial,
- Messprinzip,
- Temperaturbereich,
- chemische Beständigkeit,
- Einbauart und
- vorgesehener Messbereich des Messumformers.
2-Pol- und 4-Pol-Messzellen unterscheiden
Bei konduktiven Leitfähigkeitssensoren sind insbesondere 2-Pol- und 4-Pol-Messzellen verbreitet.
2-Pol-Messzelle
Bei einer klassischen 2-Pol-Zelle wird über dieselben Elektroden Strom eingespeist und die elektrische Spannung erfasst.
Diese Bauweise eignet sich besonders gut für geringe Leitfähigkeiten.
Typische Anwendungen sind:
- Reinstwasser,
- Reinwasser,
- Kesselspeisewasser und
- andere Medien mit geringer Ionenkonzentration.
Bei zunehmender Leitfähigkeit können jedoch Elektrodeneffekte und Polarisation stärker ins Gewicht fallen.
4-Pol-Messzelle
Bei einer 4-Pol-Messzelle übernehmen zwei Elektroden die Stromeinspeisung und zwei weitere Elektroden die Spannungsmessung.
Dadurch werden Einflüsse an der Elektrodenoberfläche deutlich reduziert.
4-Pol-Zellen können deshalb einen sehr großen Leitfähigkeitsbereich abdecken und sind unter anderem für wechselnde Prozess- und Wasserproben interessant.
Bei sehr niedrigen Leitfähigkeiten besitzt eine speziell dafür ausgelegte 2-Pol-Messzelle dagegen Vorteile.
Die Aussage „4-Pol ist grundsätzlich genauer“ wäre deshalb falsch.
Entscheidend ist, welches Messprinzip zum tatsächlichen Leitfähigkeitsbereich passt.
Warum die Temperatur die Leitfähigkeit stark beeinflusst
Die Leitfähigkeit einer Elektrolytlösung verändert sich deutlich mit der Temperatur.
Mit steigender Temperatur bewegen sich die Ionen normalerweise leichter und der gemessene Leitfähigkeitswert steigt.
Damit können zwei Proben mit exakt gleicher chemischer Zusammensetzung unterschiedliche Leitfähigkeiten anzeigen, wenn sie bei unterschiedlichen Temperaturen gemessen werden.
Das ist kein Messfehler.
Es handelt sich um eine reale physikalische Temperaturabhängigkeit des Mediums.
Wenn Messwerte miteinander verglichen werden sollen, muss deshalb festgelegt werden, ob:
- die tatsächliche Leitfähigkeit bei aktueller Temperatur oder
- ein auf eine Referenztemperatur umgerechneter Wert
verwendet werden soll.
Temperaturkompensation richtig einstellen
Viele Leitfähigkeitsmessgeräte besitzen eine automatische Temperaturkompensation.
Dazu befindet sich ein Temperatursensor entweder direkt in der Leitfähigkeitsmesszelle oder separat in unmittelbarer Nähe.
Das Messgerät rechnet den gemessenen Wert anschließend auf eine definierte Referenztemperatur um.
Eine häufig verwendete vereinfachte Methode arbeitet mit einem linearen Temperaturkoeffizienten α.
Dieser wird beispielsweise in:
% pro Kelvin beziehungsweise % pro °C
angegeben.
Problematisch ist jedoch:
Der richtige Temperaturkoeffizient hängt vom Medium ab.
Ein pauschaler Wert von beispielsweise 2 %/K kann für eine bestimmte wässrige Lösung brauchbar sein, für ein anderes Medium aber eine deutliche Abweichung erzeugen.
Bei natürlichen Wässern können nichtlineare Kompensationsverfahren sinnvoll sein.
Bei Reinstwasser ist die Temperaturabhängigkeit ebenfalls stark nichtlinear.
Bei konzentrierten Säuren oder Laugen aus CIP-Prozessen muss wiederum die konkrete Chemikalie und Konzentration berücksichtigt werden.
Die richtige Frage lautet daher nicht:
„Ist die Temperaturkompensation eingeschaltet?“
sondern:
„Ist das verwendete Kompensationsmodell für dieses Medium geeignet?“
20 °C oder 25 °C als Referenztemperatur?
Temperaturkompensierte Leitfähigkeitswerte benötigen eine definierte Referenztemperatur.
Je nach Anwendung und Messsystem können beispielsweise 20 °C oder 25 °C verwendet werden.
Wichtig ist deshalb, dass zwei Messwerte nicht allein anhand ihrer Einheit miteinander verglichen werden.
Die Angaben:
500 µS/cm bei 25 °C
und
500 µS/cm bei 20 °C
beschreiben nicht zwangsläufig dieselbe Probe beziehungsweise denselben Kompensationszustand.
Für Vergleichsmessungen und Dokumentationen sollten deshalb mindestens folgende Informationen eindeutig sein:
- Leitfähigkeitswert,
- Probentemperatur,
- Referenztemperatur und
- verwendetes Kompensationsverfahren.
Reinstwasser richtig messen
Reinstwasser gehört zu den anspruchsvollsten Anwendungen der Leitfähigkeitsmessung.
Die Leitfähigkeit ist extrem niedrig und bereits geringe Verunreinigungen beeinflussen den Messwert deutlich.
Das betrifft nicht nur sichtbare Verschmutzungen.
Auch Kohlendioxid aus der Umgebungsluft kann sich im Wasser lösen und die Leitfähigkeit verändern.
Eine offene Probe in einem Becherglas kann deshalb während der Messung bereits ihre Eigenschaften verändern.
Für hochwertige Reinstwassermessungen sind daher insbesondere wichtig:
- geeignete Messzelle mit kleiner Zellkonstante,
- saubere Elektroden und Probengefäße,
- möglichst geringe Kontamination durch Umgebungsluft,
- korrekte Temperaturerfassung,
- geeignetes Temperaturmodell und
- ausreichend stabile Messbedingungen.
Durchflussmesszellen können bei solchen Anwendungen sinnvoll sein, weil sie den Kontakt der Probe mit Umgebungsluft reduzieren.
Auch Fingerabdrücke, Reinigungsmittelreste oder nicht ausreichend gespülte Behälter können bei sehr niedrigen Leitfähigkeiten bereits relevant sein.
Prozess-, Trink- und Oberflächenwasser
Bei normalem Prozess-, Trink- oder Oberflächenwasser liegen die Leitfähigkeiten normalerweise deutlich höher als bei Reinstwasser.
Hier können universelle 4-Pol-Messzellen einen großen Messbereich mit nur einer Zelle abdecken.
Typische Aufgaben sind:
- Überwachung von Wasserqualität,
- Erkennen von Konzentrationsänderungen,
- Vergleich verschiedener Wasserströme,
- Kontrolle von Aufbereitungsstufen und
- mobile Kontrollmessungen.
Für Trendanalysen ist eine korrekt eingestellte Temperaturkompensation besonders wichtig.
Sonst kann beispielsweise ein wärmerer Wasserstrom scheinbar eine höhere Salzkonzentration zeigen, obwohl sich ausschließlich seine Temperatur verändert hat.
Leitfähigkeit bei CIP-Reinigungsmedien
In CIP-Anlagen kann die Leitfähigkeit zur Erkennung von Reinigungsphasen und zur Beurteilung von Säure- beziehungsweise Laugenkonzentrationen verwendet werden.
Die Bedingungen unterscheiden sich jedoch deutlich von einer normalen Wassermessung.
CIP-Medien können:
- sehr hohe Leitfähigkeiten besitzen,
- hohe Temperaturen erreichen,
- chemisch aggressiv sein und
- zwischen Wasser, Lauge, Säure und Produktresten wechseln.
Die Messzelle muss deshalb sowohl elektrisch als auch chemisch und thermisch für die komplette Anwendung geeignet sein.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Temperaturkompensation.
Die Leitfähigkeit einer Reinigungslauge verändert sich mit Temperatur und Konzentration.
Eine universelle lineare Kompensation beschreibt diese Zusammenhänge nicht zwangsläufig ausreichend genau.
Soll aus der Leitfähigkeit direkt auf die Konzentration eines CIP-Mediums geschlossen werden, sollte deshalb eine für das konkrete Medium gültige Konzentrations- beziehungsweise Temperaturkennlinie verwendet werden.
Außerdem muss berücksichtigt werden, dass der Zusammenhang zwischen Konzentration und Leitfähigkeit bei hoch konzentrierten Lösungen nicht über den gesamten Konzentrationsbereich linear sein muss.
Polarisation an den Elektroden
Bei einer konduktiven Messung fließt elektrischer Strom durch die Grenzfläche zwischen Elektrode und Medium.
Unter ungünstigen Bedingungen können sich dort Ladungseffekte aufbauen.
Dieser Effekt wird als Polarisation bezeichnet.
Die Folge kann sein, dass die Messzelle eine geringere Leitfähigkeit anzeigt, als tatsächlich vorhanden ist.
Polarisation wird unter anderem wahrscheinlicher bei:
- hohen Leitfähigkeiten,
- hohen Stromdichten,
- ungeeigneter Elektrodengeometrie oder
- verschmutzten Elektroden.
4-Pol-Messzellen reduzieren diesen Einfluss konstruktiv und eignen sich deshalb besonders für große beziehungsweise wechselnde Leitfähigkeitsbereiche.
Auch die Anregung der Elektroden erfolgt bei Leitfähigkeitsmessgeräten typischerweise mit Wechselspannung, um elektrochemische Effekte zu minimieren.
Verschmutzung und Ablagerungen
Eine Leitfähigkeitsmesszelle kann elektrisch vollkommen intakt sein und trotzdem falsch messen, wenn sich ihre wirksame Geometrie verändert.
Ablagerungen auf den Elektroden beeinflussen beispielsweise:
- wirksame Elektrodenfläche,
- elektrischen Übergang zum Medium und
- Strömungsverhältnisse innerhalb der Messzelle.
Mögliche Ablagerungen sind:
- Kalk,
- Biofilm,
- Öl oder Fett,
- Produktreste,
- Metalloxide oder
- Reinigungsmittelrückstände.
Bei einer langsam driftenden Messung sollte deshalb nicht sofort die elektrische Kalibrierung verändert werden.
Zunächst sollte der Zustand der Messzelle kontrolliert werden.
Die Reinigung muss dabei zum Elektroden- und Gehäusematerial passen.
Aggressive mechanische Reinigung kann die Messzelle ebenso beschädigen wie ein ungeeignetes chemisches Reinigungsmittel.
Luftblasen und Einbauposition
Die Elektroden einer konduktiven Leitfähigkeitsmesszelle müssen zuverlässig vom Medium benetzt sein.
Eine Luftblase im Messbereich verdrängt leitfähige Flüssigkeit und verändert damit das elektrische Feld.
Dadurch kann der Messwert zu niedrig oder instabil werden.
Typische Ursachen sind:
- zu geringe Eintauchtiefe,
- Luftblasen nach dem Befüllen,
- Einbau an einem ungünstigen Hochpunkt,
- starke Gasfreisetzung im Medium oder
- unzureichende Durchströmung einer Messzelle.
Bei mobilen Messungen sollte die Messzelle entsprechend der Herstellerangabe ausreichend tief eingetaucht und gegebenenfalls vorsichtig bewegt werden, damit anhaftende Luftblasen entweichen können.
Bei einer fest eingebauten Messstelle sollte die Einbauposition so gewählt werden, dass die Messzelle dauerhaft vollständig benetzt bleibt.
Kalibrierlösung und Zellkonstante überprüfen
Zur Überprüfung einer Leitfähigkeitsmessung werden Lösungen mit bekannter Leitfähigkeit verwendet.
Die verwendete Referenz sollte zum erwarteten Messbereich passen.
Dabei müssen mehrere Punkte beachtet werden:
- Temperatur der Referenzlösung,
- angegebener Referenzwert,
- Sauberkeit des Gefäßes,
- Vermeidung von Verschleppung aus vorherigen Proben,
- ausreichende Benetzung der Messzelle und
- Stabilisierungszeit.
Wird eine Kalibrierlösung durch Reste einer anderen Flüssigkeit verdünnt oder verunreinigt, verändert sich deren Leitfähigkeit.
Die Messzelle sollte deshalb nach dem Spülen nicht mit großen Mengen einer fremden Flüssigkeit in den Standard eingebracht werden.
Je nach Sensor und Messsystem wird die Zellkonstante werkseitig bestimmt, automatisch aus dem Sensor übernommen oder über eine Referenzlösung überprüft beziehungsweise angepasst.
Die konkrete Vorgehensweise sollte deshalb immer der Bedienungsanleitung der verwendeten Sensor-/Messgerätekombination entsprechen.
Typische Fehlerbilder
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Messwert ungefähr Faktor 10 zu hoch oder zu niedrig | Falsche Zellkonstante eingestellt | Zelltyp und eingestellten K-Wert vergleichen |
| Messwert ändert sich stark mit der Temperatur | Keine oder ungeeignete Temperaturkompensation | Temperatursensor, Koeffizient und Referenztemperatur prüfen |
| Reinstwasser zeigt unerwartet hohe Leitfähigkeit | Kontamination beziehungsweise CO₂-Aufnahme | Probenahme und Messgefäß überprüfen |
| Messwert ist bei hoher Leitfähigkeit zu niedrig | Polarisation beziehungsweise ungeeignete Messzelle möglich | Messbereich und Elektrodenprinzip prüfen |
| Anzeige schwankt stark | Luftblasen, schlechte Benetzung oder instabile Probe | Messzelle vollständig benetzen und Einbau prüfen |
| Messwert driftet über Wochen | Ablagerungen auf der Messzelle | Sensorzustand kontrollieren und fachgerecht reinigen |
| Zwei Geräte zeigen unterschiedliche Werte | Unterschiedliche Temperaturkompensation oder Referenztemperatur | Geräteeinstellungen vergleichen |
| CIP-Konzentration stimmt nicht mit Laborwert überein | Ungeeignete Temperatur- oder Konzentrationskennlinie | Mediumsspezifische Kennlinie überprüfen |
| Messwert nach Sensorwechsel deutlich anders | Neue Messzelle besitzt andere Zellkonstante | Sensorparameter im Messgerät kontrollieren |
Empfohlenes Vorgehen bei der Messung
- Medium definieren: Klären, ob Reinstwasser, Prozesswasser, Salzlösung, Säure, Lauge oder ein anderes Medium gemessen wird.
- Erwarteten Leitfähigkeitsbereich bestimmen: Nicht erst nach Auswahl des Sensors feststellen, ob µS/cm oder mS/cm erwartet werden.
- Messzelle auswählen: Zellkonstante und Elektrodenprinzip passend zum Messbereich wählen.
- Werkstoffe prüfen: Elektroden, Schaft und Dichtungen müssen für das Medium und die Temperatur geeignet sein.
- Zellkonstante kontrollieren: Prüfen, ob das Messgerät den korrekten K-Wert verwendet.
- Temperaturmessung prüfen: Sicherstellen, dass die tatsächliche Probentemperatur korrekt erfasst wird.
- Kompensationsverfahren festlegen: Linear, nichtlinear oder mediumspezifisch entsprechend der Anwendung auswählen.
- Referenztemperatur definieren: Beispielsweise 20 °C oder 25 °C entsprechend Prüf- beziehungsweise Prozessvorgabe.
- Messzelle reinigen: Ablagerungen und Verschleppung vermeiden.
- Vollständig benetzen: Luftblasen und zu geringe Eintauchtiefe vermeiden.
- Stabilisierung abwarten: Erst einen stabilen Wert dokumentieren.
- Referenzprüfung durchführen: Bei Bedarf mit geeigneter Leitfähigkeitsreferenz überprüfen.
- Messbedingungen dokumentieren: Leitfähigkeit, Temperatur und gegebenenfalls Kompensationsparameter zusammen erfassen.
Praxisbeispiel mit falscher Zellkonstante
In einer Wasseraufbereitungsanlage wird nach einer Wartung eine Leitfähigkeitsmesszelle ersetzt.
Vor dem Austausch lag die Leitfähigkeit des Prozesswassers typischerweise bei ungefähr 70 bis 90 µS/cm.
Nach dem Sensorwechsel zeigt das Messgerät plötzlich Werte zwischen 700 und 900 µS/cm.
Der Prozess selbst wurde nicht verändert.
Auch eine Vergleichsprobe im Labor bestätigt weiterhin etwa 80 µS/cm.
Zunächst werden Kabel, Sensor und Temperaturmessung überprüft.
Alle Komponenten funktionieren.
Anschließend wird die Sensorparametrierung kontrolliert.
Die neue Messzelle besitzt eine Zellkonstante von:
K = 0,1 cm-1
Im Messgerät ist jedoch noch:
K = 1,0 cm-1
eingestellt.
Damit wurde der gemessene Leitwert mit einem um den Faktor zehn falschen Wert umgerechnet.
Nach Korrektur der Zellkonstante stimmt die Online-Messung wieder mit der Referenzmessung überein.
Das Beispiel zeigt, warum bei einer Abweichung nicht nur Sensor, Kabel und Kalibrierung geprüft werden sollten.
Die Zellkonstante gehört zu den ersten Parametern, die bei einem unerklärlichen Faktorfehler kontrolliert werden sollten.
Welche Produkte und Lösungen eignen sich?
WTW ProfiLine Cond 3310 – Leitfähigkeitsmessung von Reinstwasser bis zu hoch leitfähigen Medien
Das WTW ProfiLine Cond 3310 eignet sich besonders für Anwendungen mit unterschiedlichen Messmedien und Messbereichen.
Das Gerät kann mit unterschiedlichen 2- und 4-Pol-Messzellen verwendet werden und deckt damit sowohl Standard- als auch Spezialmessungen ab.
Der Leitfähigkeitsmessbereich reicht abhängig von der verwendeten Messzelle von sehr niedrigen Leitfähigkeiten bis in den hohen mS/cm-Bereich.
Das Cond 3310 eignet sich außerdem für Reinstwassermessungen und besitzt einen integrierten Datenlogger.
Damit ist es beispielsweise interessant für:
- Reinstwasser,
- Prozesswasser,
- Labor- und Kontrollmessungen,
- Wasseraufbereitung und
- Messreihen mit Dokumentationsbedarf.
WTW ProfiLine Cond 3110 – robuste Routinemessung in Wasser und Abwasser
Das WTW ProfiLine Cond 3110 ist für portable Routinemessungen in natürlichen Wässern und Abwasser ausgelegt.
Es arbeitet unter anderem mit der 4-Pol-Messzelle TetraCon® 325 und verfügt über eine automatische nichtlineare Temperaturkompensation.
Damit eignet es sich besonders für Anwendungen, bei denen regelmäßig unterschiedliche Wasserproben kontrolliert werden sollen, ohne jedes Mal ein umfangreiches Messsystem aufzubauen.
TetraCon® 325 – universelle 4-Pol-Messzelle
Die TetraCon® 325 ist eine 4-Pol-Leitfähigkeitsmesszelle mit Graphitelektroden.
Ihre Zellkonstante liegt bei ungefähr 0,475 cm-1, wodurch sie einen breiten Bereich typischer wässriger Anwendungen abdecken kann.
Die 4-Pol-Technik reduziert den Einfluss von Polarisation und eignet sich deshalb besonders für wechselnde Leitfähigkeiten.
Für extrem niedrige Leitfähigkeiten wie Reinstwasser sollte dagegen eine speziell dafür ausgelegte Messzelle mit kleinerer Zellkonstante verwendet werden.
Reinstwasser-Messzellen mit kleiner Zellkonstante
Für sehr niedrige Leitfähigkeiten stehen spezielle 2-Pol-Messzellen mit deutlich kleineren Zellkonstanten zur Verfügung.
Solche Sensoren können beispielsweise mit:
- K = 0,1 cm-1 oder
- K = 0,01 cm-1
ausgeführt sein.
Sie sind für die hohe elektrische Widerstandsfähigkeit von Reinstwasser optimiert.
Bei der Auswahl sollte nicht nur die theoretische Auflösung des Messgerätes betrachtet werden. Messzelle, Durchflussführung, Temperaturmessung und Schutz vor Kontamination müssen gemeinsam zur Anwendung passen.
Weitere Messgeräte finden Sie unter pH / Leitfähigkeit / Sauerstoff.
ICS Schneider Messtechnik unterstützt bei der Auswahl von Leitfähigkeitsmessgeräten, 2- und 4-Pol-Messzellen, Zellkonstanten, Messbereichen und Temperaturkompensationen für Reinstwasser, Prozesswasser und industrielle Anwendungen.
Fazit
Eine zuverlässige Leitfähigkeitsmessung beginnt nicht erst bei der Kalibrierung.
Entscheidend ist zunächst, dass die Messzelle zum Leitfähigkeitsbereich des Mediums passt.
Die Zellkonstante bestimmt dabei direkt die Umrechnung des gemessenen Leitwertes in die Leitfähigkeit.
Ist im Messgerät ein falscher Wert hinterlegt, kann der angezeigte Messwert um ganze Faktoren falsch sein, obwohl der Sensor ansonsten vollkommen stabil arbeitet.
Für niedrige Leitfähigkeiten werden häufig 2-Pol-Messzellen mit kleinen Zellkonstanten eingesetzt. Für größere und wechselnde Messbereiche bieten 4-Pol-Messzellen Vorteile, insbesondere hinsichtlich Polarisation.
Ebenso wichtig ist die Temperatur.
Leitfähigkeit ist stark temperaturabhängig. Ein temperaturkompensierter Wert ist deshalb nur dann zuverlässig vergleichbar, wenn Kompensationsmodell und Referenztemperatur zum Medium passen.
Eine pauschale lineare Kompensation ist nicht automatisch für Reinstwasser, Prozesswasser und CIP-Lauge gleichermaßen geeignet.
Bei Reinstwasser kommen zusätzlich Kontamination und CO₂-Aufnahme aus der Umgebungsluft hinzu. Bei CIP-Anwendungen müssen dagegen hohe Leitfähigkeit, Temperatur, chemische Beständigkeit und mediumspezifische Konzentrationskennlinien berücksichtigt werden.
Wer Zellkonstante, Elektrodenprinzip, Messbereich, Temperaturkompensation und Einbaubedingungen gemeinsam betrachtet, vermeidet einen großen Teil der typischen Fehler bei der Leitfähigkeitsmessung.
Häufige Fragen zur Leitfähigkeitsmessung
Was ist die Zellkonstante bei einer Leitfähigkeitsmessung?
Die Zellkonstante beschreibt die Geometrie der Messzelle und wird benötigt, um aus dem gemessenen elektrischen Leitwert die Leitfähigkeit des Mediums zu berechnen. Sie wird typischerweise in cm-1 angegeben.
Was passiert, wenn die falsche Zellkonstante eingestellt ist?
Der Messwert wird mit einem falschen Faktor berechnet. Ist beispielsweise eine Zellkonstante von 1,0 statt 0,1 cm-1 eingestellt, kann der angezeigte Leitfähigkeitswert vereinfacht um den Faktor zehn zu hoch sein.
Welche Zellkonstante eignet sich für Reinstwasser?
Für sehr niedrige Leitfähigkeiten werden typischerweise Messzellen mit kleinen Zellkonstanten eingesetzt, beispielsweise 0,1 oder 0,01 cm-1. Entscheidend ist jedoch der spezifizierte Messbereich der konkreten Messzelle.
Was ist besser: 2-Pol oder 4-Pol?
Das hängt vom Messbereich ab. 2-Pol-Zellen eignen sich besonders für niedrige Leitfähigkeiten. 4-Pol-Zellen können einen großen Messbereich abdecken und reduzieren den Einfluss von Polarisation bei höheren Leitfähigkeiten.
Warum steigt die Leitfähigkeit mit der Temperatur?
Mit zunehmender Temperatur erhöht sich normalerweise die Beweglichkeit der gelösten Ionen. Dadurch kann derselbe Elektrolyt bei höherer Temperatur eine höhere Leitfähigkeit besitzen.
Welchen Temperaturkoeffizienten soll ich einstellen?
Der richtige Temperaturkoeffizient hängt vom Medium ab. Ein pauschaler Prozentwert pro Kelvin ist nicht für jede Flüssigkeit geeignet. Für natürliche Wässer, Reinstwasser oder konzentrierte Chemikalien können unterschiedliche beziehungsweise nichtlineare Verfahren erforderlich sein.
Soll die Leitfähigkeit auf 20 °C oder 25 °C kompensiert werden?
Das hängt von der Anwendung und den verwendeten Vorgaben ab. Wichtig ist vor allem, dass bei Vergleichsmessungen dieselbe Referenztemperatur und dasselbe Kompensationsverfahren verwendet werden.
Warum ist Reinstwasser so schwierig zu messen?
Die Leitfähigkeit ist extrem niedrig. Schon geringe Verunreinigungen, ungeeignete Messgefäße oder die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Umgebungsluft können den Messwert deutlich verändern.
Warum zeigt der Sensor nach dem Reinigen einen anderen Wert?
Ablagerungen können die Elektrodenoberfläche und damit die Messung beeinflussen. Nach einer fachgerechten Reinigung kann sich der Messwert deshalb verändern. Auch Reinigungsmittelreste müssen jedoch vollständig entfernt werden.
Kann Leitfähigkeit direkt zur Konzentrationsmessung einer CIP-Lauge verwendet werden?
Grundsätzlich kann Leitfähigkeit zur Konzentrationsüberwachung genutzt werden, wenn für das konkrete Medium eine geeignete Beziehung zwischen Leitfähigkeit, Konzentration und Temperatur bekannt ist. Eine universelle lineare Umrechnung ist nicht für jede Säure oder Lauge geeignet.