Elektrische geleidbaarheid (conductiviteit) - wat is het?

Geleidbaarheid (ɣ) drukt uit hoe goed een materiaal elektriciteit geleidt. De elektrische geleidbaarheid van water kan daarom worden gedefinieerd als het vermogen van water om elektriciteit te geleiden.

Ionen of elektronen? De weerstand van water

In het geval van metalen is het de beweging van elektronen die ervoor zorgt dat er stroom gaat lopen. In waterige oplossingen wordt het transport van lading overgenomen door ionen, die gevormd worden tijdens het oplossen van zouten, zuren of basen. Geleidbaarheid is afhankelijk van het aantal aanwezigen ionen — hoe meer van deze moleculen aanwezig zijn in een vloeistof, hoe beter deze elektriciteit geleidt.

Geleidbaarheid meting

Het instrument genereert een elektrische spanning in de te meten oplossing. Vervolgens stroomt er een stroom doorheen, waarvan de waarde afhangt van de geleidbaarheid. Afhankelijk van de methode of toepassing handhaaft het instrument ofwel (1) een constant spanningssignaal en registreert de verandering in elektrische stroom, of (2) handhaaft een constante stroomwaarde en evalueert de verandering in spanning.

De wet van Ohm en de geleidbaarheid van water

Beide methoden zijn gebaseerd op de wet van Ohm. Bij een constante spanning neemt de stroom evenredig toe met de geleiding. Bij een constante stroom neemt de spanning juist af als de geleiding toeneemt.

Uit de wet van Ohm volgt dat geleidbaarheidsmetingen eigenlijk weerstandsmetingen zijn. Daarom wordt de waarde van geleiding I/U verkregen uit het omgekeerde van de waarde van weerstand.

Polarisatie en elektrische geleidbaarheid

De elektrische stroom tussen de elektroden is afhankelijk van de beweging van ionen in de te meten oplossing. Tijdens de geleidbaarheidsmeting bewegen ionen naar de elektrode die op een bepaald moment tegengesteld geladen is. Elk ion dat een van de elektrodeoppervlakken bereikt laat het potentiaal verschil dalen tussen de elektroden, een afname van bewegende ionen is een afname van de stroom die er vloeit.

Dit effect (polarisatie) kan worden geneutraliseerd door een wisselspanning. Door de voortdurende omkering van de polarisatie bereikt slechts een klein aantal ionen de elektroden, en slechts gedurende korte tijd. Hoe meer ionen de oplossing bevat, d.w.z. hoe hoger de geleidbaarheid, hoe hoger de frequentie die het apparaat moet gebruiken om polarisatie van de elektroden te voorkomen.

Elektrische geleidbaarheid - waar hangt het van af?

De geleidbaarheid van water wordt beïnvloedt door:

• de mate van onzuiverheid - hoe onzuiverder de vloeistof, hoe groter de geleidbaarheid. Zuiver water is bijna niet geleidend.

• temperatuur - de temperatuur van de oplossing moet bekend zijn voor een correcte meting, omdat geleidbaarheid sterk temperatuurafhankelijk is. Een temperatuurstijging van 1°C resulteert in een toename van de ionenmobiliteit en dus in een hogere geleidbaarheid van ongeveer 2% voor kraanwater en ongeveer 6% voor zeer zuiver water. De temperatuur kan automatisch gemeten worden met een temperatuursensor (bijv. Pt 100 of Pt 1000) of handmatig ingesteld worden door de gebruiker (temperatuurcompensatie).

Meetdoelen

2-elektrode geleidbaarheidscel

Twee-elektroden meetcellen zijn de eenvoudigste constructie van een geleidbaarheidsmeetcel. Ze bestaan uit twee elektroden en een mantel die beide elektroden vastzet. Tussen de elektroden wordt een constante wisselspanning aangelegd. Het meetsignaal is de stroom die door de te meten oplossing loopt.

Meetcellen met twee elektroden voldoen volledig voor industriële metingen. Het type, de constante en de aard van het elektrodeoppervlak is afhankelijk van de specifieke toepassing waarvoor de cel wordt gebruikt.

4-elektrode geleidbaarheidscel

Er bevinden zich 2 paar elektroden op de 4-elektrode sensor. Het ene paar meet de stroom, het andere de spanning die op de te meten oplossing staat. Ze hebben het voordeel dat ze weinig gevoelig zijn voor de effecten van weerstandsinterferentie, veroorzaakt door bijvoorbeeld lange verbindingsdraden, onzuiverheden of polarisatie. Dit leidt tot lage meetwaarden omdat de spanning afneemt op de elektroden die de geleidbaarheid meten. Het tweede paar elektroden bepaalt de spanning op de gemeten geleidbaarheid van de oplossing. De sensor kan rekening houden met de interferentie weerstand door elektronische aanpassing van de meet stroom/-spanning op de twee elektrodeparen.

Toepassingen van geleidbaarheid

Geleidbaarheidsmeting wordt gebruikt in een groot aantal toepassingen. Geleidbaarheidsmetingen zijn onder andere belangrijk voor de industrie en milieubescherming. Afhankelijk van de toepassing kan de meting plaatsvinden in het laboratorium, op locatie met een handmeter of continu, bijvoorbeeld in een procesomgeving.

Elektrische geleidbaarheid wordt bijvoorbeeld op de volgende plaatsen gemeten:

• rioolwaterzuiveringsinstallaties

• zinkfabrieken

• bottelfabrieken van dranken

• farmaceutische productie

• energiecentrales

• ontziltingsinstallaties

Geleidbaarheid is een belangrijk instrument voor het controleren van verschillende soorten water (waaronder zuiver gedestilleerd of gedeïoniseerd water, drinkwater, natuurlijk water, proceswater of chemisch water) en andere oplosmiddelen zoals totaal opgeloste vaste stoffen. Gebruik een sensor met een lage cel constante (0.01-0.1 cm-1) voor lage geleidbaarheidsmetingen en een sensor met een hoge cel constante (0.5-1.0 cm-1) voor gemiddelde en hoge geleidbaarheidsmetingen.

JUMO geleidbaarheidsmeters

De keuze van de juiste geleidbaarheidsmeter is een beslissende factor voor het verkrijgen van nauwkeurige en betrouwbare resultaten. Bij JUMO hebben we high-end geleidbaarheidssensoren voor water — met 2 of 4 elektroden en met digitale interfaces zoals JUMO digiLine of IO-Link. Bekijk onze geleidbaarheidssensoren!

Over de auteur