شركة ريكا سينسور هي شركة مصنعة لأجهزة استشعار الطقس ومزودة لحلول مراقبة البيئة ولديها أكثر من 10 سنوات من الخبرة في هذا المجال.
هل تعلم أن للبحر الميت موصلية كهربائية تبلغ 200,000 ميكروسيمنز/سم؟ إنه أكثر المسطحات المائية الطبيعية موصليةً في العالم. تتجاوز ملوحته 34%. تتسبب الأملاح في البحر الميت في ارتفاع نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية والموصلية الكهربائية، مما يُرسي علاقة وثيقة بينهما. ستتناول هذه المقالة العلاقة بين هذين المصطلحين وكيفية حسابهما بواسطة أجهزة استشعار الموصلية الكهربائية.
هدفنا هو تطوير فهم عميق للتوصيل الكهربائي (EC) وإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS)، وهما معياران بالغا الأهمية لجميع الصناعات الرئيسية التي تستخدم الماء في عملياتها. يتطلب قياس التوصيل الكهربائي وإجمالي المواد الصلبة الذائبة في بيئة صناعية تقديرًا سريعًا يوفر نتائج أقرب ما تكون إلى القيم الفعلية. توفر مستشعرات التوصيل الكهربائي طريقة موثوقة وسريعة لحسابهما. في المقابل، فإن الطرق التي تتطلب دقة أعلى ووضوحًا أكبر تكون شاقة وتستغرق وقتًا طويلاً. ستستكشف هذه المقالة جميع خياراتنا لحساب التوصيل الكهربائي من إجمالي المواد الصلبة الذائبة والعكس، بدءًا من كيفية تمثيل التوصيل الكهربائي لجودة المياه.
الماء شريان الحياة للكائنات الحية ومادة حيوية للصناعات. وتدور آليات الإنسان والأرض حول الماء. فهو مصدر ترطيب لجميع الكائنات الحية ومذيب عالمي بالغ الأهمية للعمليات الكيميائية.
نظراً لتعدد استخدامات المياه، يختلف تعريف جودة المياه باختلاف التطبيق. فبينما يُعدّ استهلاك المياه بتركيز يتراوح بين 100 و500 جزء في المليون آمناً للاستهلاك البشري، تستخدم صناعة الرقائق الإلكترونية تركيزاً دقيقاً يصل إلى جزء واحد في المليون، يتم التحكم به باستخدام مجسات التوصيل الكهربائي، مما يجعل المياه موصلة للكهرباء بشكل طفيف للغاية. ستشرح هذه المقالة سبب احتياج صناعة الرقائق الإلكترونية إلى مياه ذات توصيل كهربائي منخفض كهذا. بدايةً، نحتاج إلى فهم التعريفات الأساسية.
يُعدّ مصطلح إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) أكثر ملاءمةً للمياه التي تستهلكها الكائنات الحية. وتُقدّم منظمات مثل منظمة الصحة العالمية إرشادات شاملة حول مياه الشرب الآمنة للبشر. وبالمثل، يُعدّ استخدام أجهزة استشعار التوصيل الكهربائي لتقدير إجمالي المواد الصلبة الذائبة في التطبيقات الصناعية أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل الآمن وتجنّب الترسّبات أو التآكل.
يمثل إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) كمية المواد الصلبة العضوية وغير العضوية في الماء. وتشمل هذه المواد المعادن والأملاح والفلزات والأيونات الأخرى. ويُعبر عن إجمالي المواد الصلبة الذائبة بوحدة ملليغرام لكل لتر (ملغم/لتر) أو جزء في المليون (ppm).
يمكن لجهاز استشعار التوصيل الكهربائي توفير بيانات إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) باستخدام معادلة تحويل. إلا أن هذه المعادلة تتغير باختلاف نوع السائل، لذا يلزم تقييم السائل بدقة. وتُعدّ طريقة تبخير الماء من عينة حجمها 0.1 لتر ووزن المعادن المتبقية على السطح طريقةً أكثر دقةً وفعالية.
توجد مصادر متعددة للمواد الصلبة الذائبة الكلية في الماء. بعضها طبيعي، بينما ينتج البعض الآخر عن التلوث الصناعي أو تلوث العمليات. إليكم تفاصيلها:
تتغير الموصلية الكهربائية أيضًا بتغير كمية المواد الصلبة العضوية أو غير العضوية في الماء. ويمكن أن يساهم ارتفاع نسبة المواد الصلبة، مثل المعادن والأملاح والأيونات، في زيادة الموصلية الكهربائية، مما يجعلها طريقة موثوقة لتقييم جودة المياه.
الموصلية الكهربائية هي قدرة المادة على توصيل الكهرباء، وتُقاس بوحدة ميكروسيمنز لكل متر (mS/m). تُسمى المواد التي تنقل الكهرباء بالموصلات. الماء، في أنقى صوره، ليس موصلاً للكهرباء، ولكن إضافة المواد الصلبة الذائبة إليه تجعله موصلاً.
يمكن قياس التوصيل الكهربائي باستخدام مجسات التوصيل الكهربائي، والتي يمكن حملها يدويًا أو تركيبها في خط مستقيم لإجراء قياسات مستمرة. تحتوي هذه المجسات على أقطاب كهربائية تفصل بينها مسافة 1 سم، وتمرر تيارات كهربائية صغيرة عبر السائل. يقيس الجهاز المقاومة بين المجسات، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بتوصيل السائل.
قد يُعطي مستشعر التوصيل الكهربائي قيمًا متفاوتة تبعًا لحالة السائل. قد تتغير الجزيئات وسلوكها نتيجة لتغير الخصائص الكيميائية والفيزيائية. فيما يلي بعض العوامل التي قد تؤثر على التوصيل الكهربائي:
تتمحور فكرة مقالنا حول العلاقة الوثيقة بين إجمالي المقتطع من المصدر (TDS) والتوصيل الكهربائي (EC). ويمكن تحويل هذين المصطلحين باستخدام صيغة بسيطة. مع ذلك، قد يتغير معامل التحويل تبعًا لعوامل مختلفة.
ربما تكون قد توصلت إلى علاقة مباشرة بين الموصلية الكهربائية (EC) ومجموع المواد الصلبة الذائبة (TDS). فكلما زادت الموصلية الكهربائية، زادت المواد الصلبة الذائبة. وفي حالات مثل مياه الصرف الصحي ومياه الأمطار السطحية، قد تزيد المواد العضوية من مجموع المواد الصلبة الذائبة بينما تبدأ الموصلية الكهربائية بالانخفاض. وفي معظم البيئات الصناعية، تُضبط إضافة المواد الصلبة؛ لذا، فإن هذه العلاقة راسخة أيضاً للحصول على نتائج دقيقة.
قبل الخوض في العلاقة بين إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) والتوصيل الكهربائي (EC)، من الضروري فهم حدودها. يمكن لهذه العلاقة أن توفر نتائج سريعة ودقيقة إذا لم تشكل هذه الحدود خطرًا للخطأ.
يتطلب تحويل إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) إلى الموصلية الكهربائية معامل تحويل. وكما ذكرنا سابقًا، فإن لهذه الصيغة قيودًا. تبقى العلاقة صحيحة إذا كانت الموصلية الكهربائية وإجمالي المواد الصلبة الذائبة مرتبطتين ارتباطًا مباشرًا. ومع ذلك، لا يزال يتعين علينا معرفة طبيعة الماء بشكل تقريبي.
يعتمد عامل K في معادلة التحويل على التناسب الطردي بين التوصيل الكهربائي (EC) وإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS). معظم أجهزة قياس إجمالي المواد الصلبة الذائبة هي عبارة عن مستشعرات للتوصيل الكهربائي تتحقق من التوصيل الكهربائي للسائل وتطبق معادلة تحويل للحصول على النتيجة بوحدة جزء في المليون (ppm) أو مل/غ.
تتغير قيمة معامل K باختلاف نوع الماء. إليك بعض الأمثلة:
التوصيل الكهربائي (ميكروسيمنز/سم) = إجمالي المواد الصلبة الذائبة (جزء في المليون) / عامل التحويل (كلفن)
تعتمد هذه الصيغة ببساطة على قسمة إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) على معامل تحويل، ما ينتج عنه التوصيل الكهربائي (EC). تحتوي معظم أجهزة استشعار التوصيل الكهربائي على هذه الصيغة مُدمجة في مكوناتها المادية أو البرمجية. وقد يقوم البرنامج بتعديل معامل التحويل بناءً على قيم من أجهزة استشعار أخرى للحصول على قيم أكثر دقة.
كما ذكرنا سابقاً، هناك بعض العوامل التي قد تؤثر على عملية التحويل. لذا، يجب التأكد من التعويض المناسب لقراءات مستشعر التوصيل الكهربائي لضمان دقة الحساب. فيما يلي العاملان الرئيسيان اللذان قد يؤثران على الدقة:
تزداد الموصلية الكهربائية مع ارتفاع درجة الحرارة، بينما تبقى نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية ثابتة. في هذه الحالة، يجب تقليل قيمة معامل التحويل (K) لضمان دقة العلاقة بين نسبة المواد الصلبة الذائبة الكلية والموصلية الكهربائية.
تتطلب مستشعرات الموصلية الكهربائية معايرة. قد يستخدم كل مصنّع ترددات معايرة مختلفة، أو يمكن للمستخدم ضبط التردد بنفسه لضمان دقة النتائج. يمكن إجراء المعايرة باستخدام دفعات مختلفة من المحلول القياسي ذي الموصلية الكهربائية المتفاوتة ومحتوى المواد الصلبة الذائبة الكلي المعروف. ستتحقق المعايرة من أداء الجهاز وتسمح بمعايرته. يجب أن يعطي مستشعر الموصلية الكهربائية نفس قيمة الموصلية الكهربائية للمحلول ذي القيمة المعروفة.
تتمثل الخطوة الأولى في حساب الموصلية الكهربائية من التحليل الطيفي الحراري في قياس الموصلية الكهربائية باستخدام إحدى الطريقتين التاليتين:
تتوفر أجهزة قياس التوصيل الكهربائي (EC) بنوعين: صناعية ومنزلية. وبحسب التصميم، قد تحتوي هذه الأجهزة على مسبار قابل للفصل أو مدمج. وتُظهر قراءات مباشرة عبر شاشة عرض مدمجة. يجب خلط الخليط جيدًا، وأن تمثل العينة كامل الكمية. ما عليك سوى إدخال المسبار واتباع دليل استخدام مستشعر التوصيل الكهربائي للحصول على النتائج.
يُعدّ مستشعر التوصيل الكهربائي المتصل بالإنترنت أسرع وأكثر الطرق كفاءةً لمراقبة العمليات والتحكم بها. تتميز أحدث مستشعرات التوصيل الكهربائي بتعويضها لدرجة الحرارة واستخدامها لتقنية تحويل التردد للحصول على نتائج دقيقة. كما أنها تراعي استقطاب الأقطاب الكهربائية والتداخلات الخارجية التي قد تؤثر على القراءات. وتكون مخرجاتها عادةً إشارات تناظرية (4-20 مللي أمبير) أو رقمية (RS485) بنطاق كشف يتراوح بين 0 و200,000 ميكروسيمنز/سم. ويمكن لمسبار واحد توفير بيانات التوصيل الكهربائي والملوحة والمواد الصلبة الذائبة الكلية. تُعدّ هذه المستشعرات مثالية لمحطات المعالجة، ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي، ومحطات تنقية المياه، أو أي صناعة أخرى تتطلب مراقبة وتحكمًا فوريًا.
كما ذكرنا سابقاً، يضمن اختيار عامل التحويل المناسب الحصول على نتائج دقيقة. إليك العوامل التي يجب مراعاتها:
حدد نوع الماء، سواء كان ماء بحر أو ماء جوفي أو ماء نقي. استخدم معامل التحويل المناسب بناءً على الملاحظة.
راجع الجدول التالي لمعرفة عامل التحويل المناسب:
نوع الماء | معامل التحويل النموذجي من الموصلية الكهربائية إلى إجمالي المواد الصلبة الذائبة |
ماء نقي | 0.55 - 0.6 |
تابا | 0.5 - 0.7 |
المياه الجوفية | 0.65 - 0.7 |
مياه البحر | 0.5 |
مياه مالحة | 0.55 - 0.7 |
مياه الصرف الصناعي | 0.55 - 0.7 |
أخيرًا، يمكنك تطبيق الصيغة للحصول على قيمة TDS أو EC المطلوبة. إذا كان مستشعر EC الخاص بك يوفر قياس الموصلية، فقم بتحويلها إلى TDS؛ أما إذا كان مقياس TDS الخاص بك يوفر قياس جزء في المليون (ppm)، فيمكنك بسهولة تحويله إلى ميكروسيمنز/سم (µS/cm).
يجب قياس قيم التوصيل الكهربائي (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) لضمان سلامة مياه الشرب. وتوصي منظمة الصحة العالمية بأن يكون إجمالي المواد الصلبة الذائبة 300 جزء في المليون (ppm) ومستوى التوصيل الكهربائي أقل من 400 ميكروسيمنز لكل سنتيمتر (µS/cm).
قد تحتوي النفايات الصناعية على ملوثات تشكل خطراً على الكائنات الحية. ويمكن للمراقبة الإلكترونية أن تساعد في التصدي لتسرب هذه الملوثات بشكل مباشر. وفي صناعات مثل صناعة الملابس والتعدين، تُعد المراقبة الإلكترونية باستخدام أجهزة استشعار التيار الكهربائي ضرورة أساسية.
في حالة البحيرات والأنهار، التي تُعدّ مصدرًا رئيسيًا لاستهلاك الكائنات الحية، يُمكن أن يُوفّر رصد التوصيل الكهربائي (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) معلومات قيّمة. ويتطلب ضمان سلامة المياه للاستهلاك إجراء قياسات دقيقة وسريعة باستخدام أجهزة استشعار التوصيل الكهربائي. مع ذلك، لا يزال من الضروري مراعاة معايير اختيار معامل التحويل.
في مجال الزراعة، يُمكن أن يُحقق رصد العناصر الغذائية في المحلول المُستخدم لتعزيز نمو النباتات فوائد مالية وصحية. كما يُمكن أن يُؤدي استخدام قياسات المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والتوصيل الكهربائي (EC) لضمان المزيج الأمثل من العناصر الغذائية للأراضي الزراعية إلى زيادة الإنتاجية. وتُساعد أجهزة استشعار وقياسات التوصيل الكهربائي في إدارة هذه العناصر بكفاءة.
تُقاس ملوحة التربة باستخدام مقياس الملوحة، وهو جزء أساسي من مستشعرات التوصيل الكهربائي. تسمح طريقة تحويل التردد الحديثة لمستشعر التوصيل الكهربائي بالكشف عن إجمالي المواد الصلبة الذائبة والتوصيل الكهربائي والملوحة من خلال تعديل طفيف في طرق الحساب والصيغ.
تحتاج الغلايات في محطات توليد الطاقة الصناعية إلى مياه تغذية عالية الجودة. إذ يمكن أن تتسبب المذيبات عالية التركيز في تكوّن رواسب، مما يعيق كفاءة الغلاية ويقصر عمرها. لذلك، تُعدّ مستشعرات التوصيل الكهربائي في خط مياه التغذية بالغة الأهمية لمراقبة حالة المحطة.
تحتاج صناعات مثل النسيج والصباغة والمشروبات والصلصات إلى أجهزة قياس التوصيل الكهربائي (EC) والمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) لمراقبة عملياتها الجارية. أي تغيير في قيم التوصيل الكهربائي والمواد الصلبة الذائبة الكلية قد يؤدي إلى تباينات في الإنتاج، مما ينتج عنه هدر كبير وانخفاض في كفاءة التشغيل.
يتطلب حساب التوصيل الكهربائي (EC) وإجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) استخدام جهاز قياس التوصيل الكهربائي أو مستشعر توصيل كهربائي متصل بالإنترنت. يمكن تحويل القيمة التي ينتجها الجهاز إلى TDS والعكس صحيح. مع ذلك، يحتاج المستخدم إلى مراعاة جميع العوامل التي قد تؤثر على معامل التحويل في المعادلة. من الضروري مراعاة عوامل مثل درجة الحرارة، ونوع الأيونات، ونوع المواد الصلبة، ونوع الماء، والمواد العضوية، وغيرها، قبل إجراء أي تقريب. في النهاية، بعد تضمين جميع العوامل وفهمها، يمكن للمستخدم استخدام المعادلة بأمان للحصول على التحويل المطلوب من TDS إلى EC باستخدام مستشعر توصيل كهربائي بسيط.
إذا كنت تبحث عن مستشعر متطور لقياس التوصيل الكهربائي (EC) يتميز بقدرة كشف واسعة النطاق ومخرجات قوية، تفضل بزيارة موقع RIKA الإلكتروني للاطلاع على مستشعر RK500-13 Rika Online لقياس التوصيل الكهربائي/الملوحة. باستخدام أحدث تقنيات تحويل التردد، يوفر مستشعر Rika قيمًا دقيقة للمواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS) والتوصيل الكهربائي والملوحة. نأمل أن تجد في هذه المقالة ومنتجات Rika ما يفيدك.
LEAVE A MESSAGE