Grundlagen zur pH-Wert-Messung

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pH-Wert Messung
- Grundlagen
- Inbetriebnahme einer pH-Wert Messkette
Manfred Schleicher
Hinweis zur Präsentation
Diese Präsentation soll bei einem Einstieg in die pH-Wert
Messung behilflich sein
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Was ist pH-Wert?
Was ist pH-Wert?
Vereinfacht gesagt beschreibt der pH-Wert, ob ein Medium
sauer, neutral oder basisch reagiert
Der pH-Wert ist ein Maß für die Wasserstoffionenkonzentration
Prinzipiell ist der pH-Wert um so geringer, je mehr Wasserstoffionen (H+) in einer Flüssigkeit vorhanden sind
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Aufbau von Elektroden
- pH- und Referenzelektrode
Die pH-Elektrode
Inneres Ableitsystem
Innenelektrolyt
Glasmembran
H+
----- -
H+
H+ H+
Die Membran der pH-Elektrode ist negativ geladen
Die Wasserstoffionen tragen eine positive Ladung
Je mehr Wasserstoffionen von der Membran „aufgesammelt“
werden, um so positver wird das Potenzial an der Membran
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Kennlinie einer pH-Elektrode
Spannung
pH-Wert
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Die pH-Elektrode
pH-Wert ist temperaturabhängig
Der pH-Wert ist temperaturabhängig
Zur Kompensation stehen zwei Alternativen zur Verfügung:
– Einsatz eines Widerstandsthermometers, Abweichung wird
kompensiert:
– Unterliegt die Messlösung keinen Temperaturschwankungen, kann
die vorliegende Temperatur fest am Messumformer eingestellt
werden:
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Die pH-Elektrode
pH-Wert ist temperaturabhängig
Bei manueller Temperaturvorgabe:
Liegt an der pH-Elektrode nicht die am Messumformer eingestellte
Temperatur vor, ergeben sich folgende Abweichungen…
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Die pH-Elektrode
pH-Wert ist temperaturabhängig
pH-Wert-Abweichung in Abhängigkeit vom Temperaturunterschied zwischen eingestelltem und wirklichem Wert der
Messlösung
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Bauform pH-Elektroden
JUMO bewegt sich im Bereich der Wasser- und
Abwasseranalyse
In diesen Bereichen kommt überwiegend die Kugelform zum
Einsatz:
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Die Referenzelektrode
Das Potenzial an der pH-Elektrode ist ein Maß für den pH Wert,
der Stromkeis muss jedoch geschlossen werden
Die Verbindung schafft die Referenzelektrode
Die Elektrode bringt im Normalfall kein zusätzliches Potenzial in
den Messkreis
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Die Referenzelektrode
Einfüllöffnung
für Elektrolyt
Ableitsystem
Diaphragma
Die Referenzelektrode schafft über Ableitsystem, Elektrolyt und
Diaphragma die Verbindung zur Messlösung
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Diaphragma
Das Diaphragma schafft die Verbindung zwischen Elektrolyt und
Messlösung
Je durchlässiger das Diaphragma, umso zuverlässiger
funktioniert die Messung
Elektrolytverbrauch steigt
Standzeit für Referenzelektrode sinkt
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Diaphragma
Keramik-Diaphragma
Das dargestellte Keramik-Diaphragma ist geeignet für
Messungen in unverschmutzten Messlösungen (Trinkwasser,
Schwimmbädern etc.
In verschmutzen Messlösungen werden großflächigere
Diaphragmen eingesetzt (weitere sind lieferbar):
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Der Messkreis
pH- und Referenzelektrode
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pH-Einstabmesskette
Konstruktiv wird eine pH-Elektrode um die Referenzelektrode
gebaut, man erhält eine pH-Einstabmesskette…
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Referenz-Ableitsystem
Einfüllöffnung
Referenzelektrolyt
Referenzelektrode
pH-Elektrode
pH-Einstabmesskette
Referenzelektrolyt
Glasmembran
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Diaphragma
Inneres Ableitsystem pH-Elektrode
innenelektrolyt
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Messkabel
Spezielles Koaxialkabel
Aufgrund der Hochohmigkeit der pH-Messkette werden spezielle
Koaxialkabel verwendet
Innenseele
Innere Isolierung
Zusätzliche Isolation
Kupfergeflecht
Äußere Isolierung
Die Innenseele führt das Signal der pH-Elektrode
Das Kupfergeflecht liefert das Potenzial der Referenzelekrode
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Inbetriebnahme einer pH-Wert-Messkette am Beispiel
eines JUMO AQUIS 500
Montage
Armaturen
Zur Montage stehen eine Vielzahl von Armaturen zur Verfügung
wie bspw.:
Durchflussarmaturen
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Eintaucharmaturen
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Montage
Ausrichtung der Einstabmesskette
Membran und Diaphragma müssen sich vollständig in der
Messlösung befinden
Die Einbaulage ist so zu wählen, dass der elektrische Anschluss
über der Glasmembran liegt (mindestens ca. 10° aus der
Waagerechten)
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Verdrahtung
Einstabmesskette
Signal pH-Elektrode
Signal Referenzelektrode
(über Abschirmung)
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Verdrahtung
Temperaturfühler - Option
Der Einsatz eines Temperaturfühlers ist im Fall von
schwankenden Temperaturen empfehlenswert
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Verdrahtung
Temperaturfühler – Separater Fühler
Bei regelmäßig auszutauschenden Einstabelektroden ist die
Verwendung eines separaten Temperaturfühlers zu empfehlen
Der Anschluss der pH-Einstabmesskette erfolgt in diesem Fall
über das 2-polige N-Steckkopfsystem
2-poliges N-Steckkopfsystem ohne…
…und mit 13,5“ Aussengewinde
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Verdrahtung
Temperaturfühler in Elektrode
pH-Einstabmessketten sind weiterhin mit kombiniertem
Temperaturfühler lieferbar
Die Elektroden sind in diesem Fall mit einem SixPlug-System
ausgestattet (frühere Bezeichnung SMEK)
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Konfiguration
Temperaturfühler vorhanden oder Einstellung Festwert
Temperaturfühler vorhanden…
Kein Temperaturfühler vorhanden…
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Kalibrierung
Allgemeines
In einem pH-Messkreis kann ein Offset vorliegen, dieser entsteht
meist durch die Referenzelektrode
Auch die Empfindlichkeit der pH-Elektrode ändert sich über die
Zeit
Kalibrierungen kompensieren Offset und Änderungen in der
Empfindlichkeit
Als Hilfsmittel stehen Pufferlösungen
oder Handmessgeräte zur Verfügung
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Kalibrierung
Allgemeines
Eine Kalibrierung erfolgt üblicherweise in der Kalibrierebene
In diesem Fall muss zuvor die jeweilige Kalibrierprozedur frei
geschaltet werden (bspw. über das Konfigurationsprogramm)
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Kalibrierung
Zweipunktkalibrierung
Die Zweipunktkalibrierung kompensiert Offset und Steilheit der
Messkette, benötigt werden zwei Pufferlösungen:
Die Zweipunktkalibrierung ist das Standardverfahren
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Kalibrierung
Zweipunktkalibrierung
Platzieren der Einstabmesskette in Pufferlösung 1 (bspw. pH 7)
Kalibrierverfahren wählen (1)
Bei manueller Temperaturvorgabe diese definieren (2)
pH-Wert messen und vorliegenden Messwert definieren (3+4):
1
3
2
4
Sensor spülen
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Kalibrierung
Zweipunktkalibrierung
Platzieren der Einstabmesskette in Pufferlösung 2 (bspw. pH 4)
pH-Wert in Messumformer definieren
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Kalibrierung
Ein und Dreipunktkalibrierung
Weiterhin bieten die Messumformer zwei weitere Kalibrierungen
an:
– Einpunktkalibrierung für Anwendungen in welchen die
Einstabmesskette nicht mit Pufferlösungen in Kontakt kommen darf
(Reinstwasser). Kalibriert wird mit der Messlösung und einem
Handmessgerät
– Dreipunktkalibrierung, für Anwendungen im sauren und
alkalischen Bereich
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Lagerung von Einstabmessketten
KCL-Lösung
Lagerzeit von Einstabmessketten ist zeitlich begrenzt
Elektrolyt des Referenzsystems tritt aus (Austrocknung)
Lagerung erfolgt in einer mit KCL gefüllten Nasshaltekappe
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Auf Wiedersehen
Au revoir
Good Bye
JUMO GmbH & Co. KG
MANFRED SCHLEICHER
Dipl. Ing. (FH)
Schulungsleiter und Referent Weiterbildung
Tel.: 0661/6003-396
E-Mail:[email protected]
Das aktuelle Seminarprogramm im Internet unter:
http://www.seminare.jumo.info