Измерване на pH: стъклени електроди, калибриране и поддръжка разглежда как стъклен измервателен електрод, в комбинация с референтен електрод, определя активността на водородните йони в процесен разтвор и как калибрирането поддържа точността на тази двойка.
pH контролните вериги се използват в обработката на охлаждаща вода, неутрализиране на отпадъчни води, вода за котли и в производството на храни и напитки. Електрохимията е проста, но сензорите са деликатни и много аларми за „смущение в процеса“ се връщат към замърсен електрод, а не към истинско отклонение.
pH сензорът всъщност представлява две полуклетки. Измервателният електрод има тънка, към pH чувствителна стъклена мембрана на върха си; водородните йони в процесния разтвор обменят йони с хидратиран гел слой върху стъклото, генерирайки потенциал през мембраната. Референтният електрод осигурява стабилен, известен потенциал чрез елемент с сребро/сребърен хлорид (Ag/AgCl) в електролит от калиев хлорид (KCl), свързан чрез порьозна връзка, която бавно просмуква електролита навън.
Разликата между двата потенциала, в миливолтове, следва уравнението на Нернст. При 25 °C теоретичният наклон е близо до 59,16 mV на единица pH.
Здрав електрод обикновено отчита в ниските до средните 90 процента до около 100, 102 процента от тази стойност, въпреки че приетият диапазон варира в зависимост от производителя; с възрастта или при замърсяване наклонът спада и отговорът става муден.
Повечето сензори са комбинирани електроди, и двата елемента в едно тяло, често с вграден Pt100 RTD , тъй като температурата влияе както на наклона, така и на химията на връзката.
Калибрирането използва два, понякога три, сертифицирани буфера, които обхващат обхвата на процеса, например pH 4 и 7, или pH 7 и 10.
Трансмитерът записва миливолтовия изход при всеки буфер и изчислява наклона, промяната в mV на единица pH като процент от теоретичната стойност по Нернст, и отместването, миливолтовото показание при pH 7, което при здрав електрод трябва да е близо до 0 mV. Нов електрод обикновено се калибрира около 100% наклон с само няколко миливолта отместване.
Когато наклонът се отклонява под приблизително 90%, или отместването надвиши около ±30 mV, показанията стават по-малко надеждни, въпреки че трансмитерът все още показва стойност. Проследяването на тази тенденция в последователните калибрации, а не само преминаване/провал при една проверка, е една от най-полезните диагностични процедури за pH контури и точно такава рутинна задача принадлежи в CMMS.
| Индикатор | Здрав електрод | Праг за действие |
|---|---|---|
| Наклон (процент от теоретичния по Нернст) | Около 95 до 102 процента | Под около 90 процента |
| Отместване при pH 7 | В рамките на няколко mV от 0 mV | Извън около ±30 mV |
| Отговор при стъпкова промяна | Бърз, от порядъка на секунди | Муден отговор |
Наклонът по Нернст сам по себе си зависи от температурата, приблизително 54 mV на единица pH при 0 °C, нараствайки до около 59 mV при 25 °C, и pH на много буфери и процесни течности също се измества с температурата.
Трансмитерите прилагат автоматична температурна компенсация (ATC) от сигнала на RTD за корекция на наклона, но ATC не може да компенсира собственото температурно изменение на pH на процесната течност, което е специфично за флуида и понякога е значително при каустични или амонячни потоци.
Повечето проблеми със pH сензорите произхождат от референтната връзка, а не от стъклената мембрана. Порьозната връзка просмуква KCl електролита навън, поддържайки я влажна и блокирайки навлизането на процесната течност. Отказ настъпва, когато твърди частици или масла запушат тапата, когато сулфиди или тежки метали отровят Ag/AgCl елемента, или когато пълнежът с KCl се изчерпи.
Симптомите включват бавен отговор при стъпкова промяна и постоянно нарастващо отместване. Накисване в слаба киселина може да разтвори варовикови отлагания, но връзка, която след почистване вече не реагира, е в края на живота си.
Стъкленият електрод никога не трябва да изсъхва; хидратираният гел слой, който го прави отзивчив, отнема часове за повторно хидратиране, а повторните цикли на изсъхване скъсяват живота му постоянно. Коректното съхранение е капачка пълна с KCl разтвор, обичайно 3 mol/L; чешмяна или дестилирана вода не са подходящи, тъй като чрез осмоза извличат KCl. Срокът на годност при съхранение е ограничен дори при идеални условия, затова въртенето на запасите също има значение.
Повечето pH трансмитери преобразуват миливолтовия сигнал, след линеаризация и температурна компенсация, в стандартна 4, 20 mA токова верига, често със супериорен HART сигнал, носещ диагностика като наклон, отместване и импеданс на стъклото обратно към хоста без допълнително окабеляване. Увеличаващият се импеданс на стъклото е полезен ранно-предупредителен знак, често видим преди самото показание да изглежда неправилно.
Работеща програма за поддръжка на pH съчетава фиксиран интервал за калибриране, обикновено седмично до месечно, с тригери, базирани на състоянието: всеки наклон под прага, всяко отместване извън нормалния диапазон или всяка HART аларма трябва да задействат почистване или подмяна независимо от календара.
Записването на наклона и отместването при всяка калибрация в CMMS като Fabrico превръща отделните точки в тенденция, позволявайки ви да подменяте електродите проактивно по време на планиран престой, вместо реактивно след като веригата стане нестабилна.
Запазете демонстрация на Fabrico , за да видите как историята на калибриранията и тригерите, базирани на състоянието, се проследяват спрямо вашия регистър на инструментални активи.
Зависи от тежестта на експлоатацията: чисти, стабилни условия може да изискват само месечна калибрация, докато замърсяващи или горещи условия често налагат седмични или ежедневни проверки.
Стъклената мембрана или референтната връзка вече не реагира напълно на промени в pH, обикновено поради стареене, покритие или отравяне. Под приблизително 90% повечето обекти го маркират за почистване или подмяна.
Лекото замърсяване често реагира на накисване в разредена киселина или в подходящ почистващ разтвор. Ако това не възстанови наклона и отместването, референтният елемент е деградирал и електродът трябва да бъде заменен.
Тя коригира наклона по Нернст за температура, но не и самото действително изменение на pH на процесната течност с температурата. Този остатъчен сдвиг е специфичен за флуида и трябва да се третира отделно за прецизно управление.
Вход
Блог
