Как рассчитать электропроводность по TDS?

Знаете ли вы, что в Мертвом море есть 200,000 µСм/см электропроводность (ЭП)? Это самый проводящий естественный водоем в мире. Соленость Мертвого моря превышает 34%. Соли в Мертвом море обуславливают высокое содержание растворенных твердых веществ (TDS) и электропроводность (EC), устанавливая тесную взаимосвязь между ними. В этой статье мы рассмотрим, как соотносятся эти термины и как датчики электропроводности могут их рассчитывать.

Наша цель — развить глубокое понимание ЕС и TDS, критических параметров для всех основных отраслей промышленности, использующих воду в своих технологических процессах. Измерение электропроводности и общего содержания растворенных веществ в промышленных условиях требует быстрой оценки, которая дает результаты, наиболее близкие к фактическим значениям. Датчики ЕС предложить надежный и быстрый метод их расчета. Напротив, методы с более высокой точностью и достоверностью утомительны и требуют много времени. В этой статье мы рассмотрим все наши варианты расчета электропроводности по TDS и наоборот, начав с того, как электропроводность отражает качество воды.

1. Связь качества воды с электропроводностью

Вода — это жизненная артерия для всего живого и важнейший материал для промышленности. Люди и механизмы Земли вращаются вокруг воды. Он является источником гидратации для всех живых организмов и не менее важным универсальным растворителем для химических процессов.

Учитывая широкий спектр использования воды, определение качества воды меняется в зависимости от области ее применения. В то время как для человека безопасно потреблять 100–500 ppm воды, при производстве микросхем используется 1 ppm, точно контролируемый с помощью датчиков EC, что делает ее практически непроводящей. В статье объясняется, почему для производства микросхем требуется вода с такой низкой электропроводностью. Для начала нам необходимо понять основные определения.

1.1. Понимание общего содержания растворенных твердых веществ (TDS)

TDS — это термин, который больше относится к воде для живых организмов. Такие организации, как ВОЗ, предоставляют комплексные рекомендации по обеспечению людей безопасной питьевой водой. Аналогично, используя датчики электропроводности Приблизительное определение TDS в промышленных условиях имеет решающее значение для обеспечения безопасной эксплуатации и предотвращения образования накипи и коррозии.

1.1.1. Определение и состав TDS

TDS отражает количество органических и неорганических твердых веществ в воде. Это могут быть минералы, соли, металлы и другие ионы. TDS выражается в миллиграммах на литр (мг/л) или ppm (частях на миллион).

Датчик электропроводности может определить TDS, используя формулу преобразования. Однако формула меняется в зависимости от типа жидкости, поэтому требуется тщательная оценка жидкости. Более точный и аккуратный метод заключается в испарении воды из образца объемом 0,1 литра и взвешивании остаточных минералов на поверхности.

1 .1.2. Источники TDS в воде

Существуют различные источники содержания растворенных веществ в воде. Некоторые из них возникают естественным образом, в то время как другие являются результатом промышленного или технологического загрязнения. Вот их данные:

• Городской сток: В сезон дождей вода, омывающая города, может содержать нефтепродукты, удобрения, пестициды, металлы, соли и многое другое. Это способствует повышению общего содержания растворенных веществ в воде.
• Промышленные сточные воды: Промышленные процессы могут потребовать добавления химикатов, которые могут повысить уровень минерализации воды. Например, синтетические красители, тяжелые металлы, соли, взвешенные вещества, кислоты, щелочи и микроволокна могут повышать уровень минеральных веществ в сточных водах швейных фабрик.
• Трубопровод: В сантехнике оборудование, включая трубы и фитинги, может способствовать повышению уровня TDS, особенно металлические трубы, которые могут добавлять оксиды металлов из-за коррозионной природы воды.
• Морская вода: Морская вода — это огромный водоем с высоким содержанием соли. Средний уровень содержания растворенных веществ в морской воде составляет 35 000 ppm.
• Ирригация и сельское хозяйство: Удобрения и пестициды могут добавлять нитраты и фосфаты, распространенные на сельскохозяйственных землях. Для орошения может использоваться вода из скважин, что может повысить содержание солей в поле, способствуя тем самым повышению общего содержания растворенных веществ в воде.

1 .2. Объяснение электропроводности (ЭП)

Электропроводность также меняется по мере изменения количества неорганических или органических твердых веществ в воде. Более высокое содержание твердых веществ, таких как металлы, соли и ионы, может способствовать повышению ЕС, что делает этот метод надежным для оценки качества воды.

1 .2.1. Определение и измерение ЕС

Электропроводность — это способность материала проводить электричество. Измеряется в микросименсах на метр (мСм/м). Материалы, способные проводить электричество, называются проводниками. Вода в чистом виде не является проводником. Однако добавление растворенных твердых веществ делает его проводящим.

Электропроводность можно измерить с помощью датчиков EC, которые можно использовать как в ручном режиме, так и устанавливать в линию для непрерывного измерения. Эти датчики могут иметь электроды, расположенные на расстоянии 1 см друг от друга, и пропускать небольшие токи через жидкость. Прибор измеряет сопротивление между зондами, которое напрямую связано с проводимостью жидкости.

1 .2.2. Факторы, влияющие на ЕС

Датчик электропроводности может выдавать различные значения в зависимости от состояния жидкости. Молекулы и их поведение могут меняться из-за различных химических и физических свойств. Вот некоторые факторы, которые могут повлиять на EC:

• Температура: По мере повышения температуры жидкости, например воды, увеличивается ее электропроводность. Ставка увеличения составляет 2% в год. °C. Поэтому датчики EC или программы управления включают температурную компенсацию для получения точных показаний.
• Концентрация ионов: ЕС может увеличиться, если концентрация ионов увеличится из-за указанных факторов. Некоторые примеры — присутствие Na⁺, Cl⁻, Ca²⁺, Мг²⁺, и SO₄²⁻ в воде.
• Органическое вещество: Добавление в воду масла и органических веществ может снизить ее электропроводность, поскольку эти материалы непроводящие.
• Геологические эффекты: Вода, проходящая через известняк и горные породы, может впитывать кальций и бикарбонат, что приводит к изменению ее электропроводности.
• Ограничения инструмента: Поляризация зонда и помехи также могут влиять на значение EC. Современные приборы устраняют неточности, используя методы преобразования частоты.

1.3. Корреляция между TDS и EC

Центральная тема нашей статьи заключается в том, что TDS и EC тесно связаны. Эти термины конвертируются с помощью простой формулы. Однако коэффициент пересчета может меняться в зависимости от различных факторов.

1 .3.1. Прямая связь: больше ионов, выше ЕС и TDS

Возможно, вы установили прямую связь между EC и TDS. По мере увеличения электропроводности увеличивается и общее содержание растворенных веществ. В таких случаях, как сточные воды и городские стоки, органические вещества могут повышать уровень TDS, в то время как электропроводность начинает снижаться. В большинстве промышленных установок добавление твердых веществ контролируется, поэтому корреляция также хорошо установлена ​​для получения точных результатов.

1 .3.2. Ограничения корреляции (тип воды, типы ионов)

Прежде чем углубляться в корреляцию между TDS и EC, важно понять ее ограничения. Корреляция может обеспечить быстрые и точные результаты, если ограничения не представляют угрозы ошибок.

• Коэффициент преобразования: Коэффициент преобразования будет меняться в зависимости от наличия ионов в воде. Следовательно, корреляция — это не просто умножение или деление на одно и то же число для всех случаев.
• Не все твердые тела проводят электричество: Растворимые твердые вещества, такие как сахара, спирты, масла и органические вещества, могут увеличить TDS, но могут привести к снижению EC. Следовательно, корреляция верна для фиксированных сценариев.
• Температура влияет на EC, но не на TDS: При повышении температуры жидкости или воды электропроводность увеличивается, но общее содержание растворенных веществ остается прежним, поскольку в жидкость не добавляются твердые частицы.
• Типы ионов: Присутствие различных типов твердых веществ может по-разному влиять на ЕС. Некоторые ионы могут влиять на ЕС больше, чем другие.
• Соленость и TDS: TDS соответствует солености чистой воды, поскольку единственными твердыми веществами являются соли. Однако в загрязненной воде присутствие органических веществ может изменить значения солености и общего содержания растворенных веществ.
• Взвешенные твердые частицы не изменяют ЕС: Взвешенные твердые частицы, такие как осадки, глина и пластик, увеличивают содержание твердых частиц, но не влияют на электропроводность, тем самым делая корреляцию недействительной.

2 . Как рассчитать электропроводность по TDS?

2 .1. Коэффициент преобразования

Для преобразования TDS в электропроводность требуется коэффициент пересчета. Как мы уже обсуждали ранее, эта формула имеет ограничения. Соотношение остается справедливым, если электропроводность и TDS напрямую связаны. Однако нам все равно необходимо иметь приблизительное представление о природе воды.

2 .1.1. Понимание K-фактора (типичные значения)

Коэффициент K в формуле преобразования использует прямо пропорциональную природу EC и TDS. Большинство измерителей TDS представляют собой датчики электропроводности, которые проверяют электропроводность жидкости и применяют формулу преобразования для получения результата в ppm или мл/г.

2 .1.2. Изменения коэффициента К в зависимости от типа воды

Значение коэффициента К меняется в зависимости от типа воды. Вот некоторые примеры.:

• Морская вода (~0,5 К) → Большее количество NaCl эффективно проводит электричество.
• Грунтовые воды (~0,65 К) → Включает Ca и Mg, которые проводят меньше энергии.
• Чистая вода (~0,7 К) → Меньше солей, больше бикарбонатов и органических веществ.

2 .2. Формула

EC (µS/cm) = TDS (ppm) / Коэффициент преобразования (K)

Формула просто делит TDS на коэффициент пересчета, получая EC. В большинстве датчиков EC эта формула встроена в аппаратное или программное обеспечение. Программное обеспечение может корректировать коэффициент преобразования на основе значений других датчиков для получения более точных значений.

2.3. Соображения относительно точного расчета

Как мы уже упоминали ранее, на конверсию могут влиять некоторые факторы. Для точного расчета необходимо обеспечить надлежащую компенсацию показаний датчика электропроводности. Вот два основных фактора, которые могут повлиять на точность::

2 .3.1. Температурная компенсация

Электропроводность увеличивается с ростом температуры, тогда как TDS остается прежним. В этом случае значение коэффициента преобразования (К) необходимо уменьшить, чтобы обеспечить точность соотношения между TDS и EC.

2 .3.2. Калибровка средств измерений

Датчики электрического проводника требуют калибровки. Каждый производитель может использовать разные частоты калибровки, или пользователь может установить частоту самостоятельно, чтобы обеспечить точность результатов. Калибровку можно проводить с использованием различных партий стандартных растворов с различной электропроводностью и известным TDS. Он проверит производительность и позволит выполнить калибровку оборудования. Датчик EC должен показывать то же значение, что и известная EC раствора.

3 . Процесс расчета

3 .1. Измерение электропроводности

Первым шагом в расчете электропроводности по TDS является измерение электропроводности одним из двух методов.:

3 .1.1. Использование измерителя EC

Счетчики EC могут быть промышленного или бытового назначения. В зависимости от конструкции эти счетчики могут иметь съемный или встроенный зонд. Они выводят прямые значения на встроенный дисплей. Смесь должна быть тщательно перемешана, а образец должен представлять всю партию. Просто вставьте зонд и следуйте инструкции по эксплуатации датчика EC, чтобы получить результаты.

3.1.2. Использование онлайн-датчика электропроводности

Ан онлайн-датчик электропроводности это самый быстрый и эффективный способ мониторинга и управления процессом. Самые современные датчики EC имеют температурную компенсацию и используют метод преобразования частоты для получения точных результатов. Они также учитывают поляризацию электродов и внешние помехи, которые могут повлиять на показания. Их выходы обычно представляют собой аналоговые (4-20 мА) или цифровые (RS485) сигналы с диапазоном обнаружения 0–200,000 µС/см. Один зонд может обеспечить измерение электропроводности, солености и общего содержания растворенных веществ. Они идеально подходят для технологических установок, станций очистки сточных вод, водоочистных сооружений или любых других отраслей, где требуется онлайн-мониторинг и контроль.

3 .2. Выбор подходящего коэффициента пересчета

Как упоминалось ранее, выбор правильного коэффициента пересчета обеспечивает получение точных результатов. Вот факторы, которые следует учитывать::

3 .2.1. Определение типа воды и ионного состава

Определите тип воды: морская, грунтовая или чистая. Используйте правильный коэффициент пересчета, основанный на наблюдении.

3 .2.2. Консультационные справочные таблицы и руководства

Правильный коэффициент пересчета можно найти в следующей таблице.:

3 .3. Выполнение расчетов и интерпретация

Наконец, вы можете применить формулу для получения требуемого TDS или EC. Если ваш датчик EC показывает проводимость, преобразуйте ее в TDS; в другом случае, если ваш измеритель TDS показывает ppm, вы можете легко преобразовать ее в µС/см.

4 . Применение датчика электропроводности/EC

4 .1. Мониторинг качества воды

4 .1.1. Оценка качества питьевой воды

Для обеспечения безопасности питьевой воды необходимо измерять показатели EC и TDS. ВОЗ рекомендует уровень общего содержания растворенных веществ (ОМВ) 300 частей на миллион (ppm) и уровень электропроводности (EC) менее 400 микросименсов на сантиметр (µСм/см).

4 .1.2. Мониторинг промышленных сточных вод

Промышленные отходы могут содержать загрязняющие вещества, опасные для живых существ. Онлайн-мониторинг может помочь предотвратить попадание загрязняющих веществ в окружающую среду. В таких отраслях, как швейная и горнодобывающая промышленность, онлайн-мониторинг с использованием датчиков EC является обязательным требованием.

4 .1.3. Мониторинг окружающей среды (реки, озера)

В случае озер и рек, которые становятся источником воды для живых существ, мониторинг их электропроводности и общего содержания растворенных веществ может дать полезную информацию. Для обеспечения безопасности воды для потребления необходимы измерения, которые датчики EC могут выполнять быстро и точно. Однако нам все равно необходимо учитывать критерии выбора коэффициента пересчета.

4 .2. Сельское хозяйство и гидропоника

4 .2.1. Управление питательным раствором

В сельском хозяйстве мониторинг питательных веществ в растворе для улучшения роста растений может иметь финансовые и медицинские преимущества. Использование TDS и EC для обеспечения надлежащего сочетания питательных веществ для сельскохозяйственных земель может привести к получению высоких урожаев. Датчики и измерители EC могут помочь эффективно управлять ими.

4 .2.2. Измерение засоленности почвы

Засоленность почвы измеряется с помощью солемера, который является неотъемлемой частью датчиков EC. Современный метод преобразования частоты позволяет датчику EC определять TDS, EC и соленость, слегка изменяя методы и формулы расчета.

4 .3. Промышленное применение

4 .3.1. Мониторинг котловой воды

Котлы промышленных электростанций нуждаются в высококачественной воде. Высокорастворимые растворители могут стать причиной образования шлама, что снижает эффективность и срок службы котла. Поэтому датчики EC в линии подачи питательной воды имеют решающее значение для мониторинга состояния растений.

4 .3.2. Контроль химических процессов

В таких отраслях, как текстильная промышленность, производство красителей, потребительских напитков и соусов, для мониторинга текущих процессов необходимы измерители электропроводности и общего содержания растворенных веществ. Любое изменение показателей EC и TDS может привести к колебаниям производительности, что приведет к высокому уровню отходов и неэффективной работе.

Заключительные слова: расчет EC по TDS с использованием датчиков EC

Для расчета электропроводности (EC) и общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) требуется измеритель электропроводности или онлайн-датчик электропроводности. Полученную стоимость можно конвертировать в TDS и наоборот. Однако пользователю необходимо учесть в формуле все факторы, которые могут повлиять на коэффициент преобразования. Прежде чем делать какие-либо приблизительные расчеты, необходимо учитывать такие факторы, как температура, ион, тип твердого вещества, тип воды, органические вещества и т. д. Наконец, после включения и понимания всех факторов пользователь может безопасно использовать формулу для получения желаемого преобразования EC из TDS с помощью простого датчика EC.

Если вам нужен усовершенствованный датчик электропроводности с широкими возможностями обнаружения и надежными выходными данными, посетите веб-сайт RIKA, чтобы ознакомиться с онлайн-датчиком электропроводности (EC) / солености RK500-13 Rika. Используя новейший метод преобразования частоты, датчик Rika может точно определять значения TDS, EC и солености. Мы надеемся, что статья и продукция Rika будут вам полезны.