دستگاه اندازه‌گیری هدایت الکتریکی (EC Meter)

فناوران سامانه‌های الکترومکانیکی روشن (به اختصار REST) یک گروه فنی – مهندسی متشکل از نخبگان کشور با تخصص‌های الکترونیک، مکانیک، مواد، شیمی و مدیریت است که در حوزه تجهیزات پیشرفته الکترونیک و مکانیک فعالیت می‌کند. هسته اولیه این گروه در سال ۱۳۹۹ در بنیاد ملی نخبگان شکل گرفت. هدف REST اشتغال‌آفرینی و کار اقتصادی از طریق بومی سازی فناوری‌های پیشرفته الکترومکانیکی و تولید در این زمینه است. فروش به قیمت منصفانه و تعهد در خدمات پس از فروش نکاتی هستند که ما را از رقبای خارجی متمایز ساخته‌اند. در REST رضایت مشتری تضمین می‌شود.

هدایت ویژه الکتریکی در دمای استاندارد معیاری برای تخمین غلظت یون‌ها در محلول است و می‌تواند بیان‌کننده خلوص و کیفیت آب باشد. این کمیت با دستگاه اندازه‌گیری هدایت الکتریکی اندازه‌گیری می‌شود. اساس کار این دستگاه در بیان ساده به این صورت است که با اعمال اختلاف پتانسیل متناوب الكتريكي بين دو الکترود فلزی جریان عبوری اندازه‌گیری می‌شود. طراحی الکترودها و اختلاف پتانسیل اعمالی بایستی به‌صورتی باشد که قطبش محلول باعث خطای اندازه‌گیری نگردد. از طرفی دستگاه دمای محلول را نیز قرائت می‌کند و با در نظر گرفتن ضریب تصحیح دما، هدایت الکتریکی ویژه در دمای استاندارد را گزارش می‌دهد. با وجود فرآیند پیچیده مذکور دستگاه اندازه‌گیری هدایت الکتریکی به‌عنوان ابزاری ارزان و کارآمد برای پایش و کنترل مقدار نمک محلول شناخته شده و کاربرد آن رو به افزایش است. AQUARATE یک دستگاه اندازه‌گیری هدایت الکتریکی با دقت و عمر بالا و ساخته دست نخبگان ایرانی است. در ادامه خلاصه ویژگی‌های فنی این دستگاه خواهد آمد.

مشخصات فنی کلی دستگاه

مشخصات فنی پراب

مشخصات فنی ترانسمیتر

کاربردها

کشاورزی

مواد غذایی مورد استفاده در کشاورزی به‌صورت نمک محلول در آب به مصرف گیاه می‌رسند. هدایت الکتریکی اندازه‌گیری شده معیار مناسبی برای تشخیص مقدار این نمک است.

صنایع غذایی

یک روش مرسوم در کنترل کیفی محلول‌های غذایی، سنجش رسانایی الکتریکی است.

شیلات و دامپروری

تشخیص مقدار نمک و مواد مغذی در محلول‌های خوراک دام، ماهی و طیور در افزایش رشد و سلامتی این جانوران اهمیت دارد.

لوازم خانگی

سنجش رسانایی الکتریکی در لوازم خانگی همچون ماشین ظرف‌شویی و لباس‌شویی برای تشخیص و کنترل سختی آب و در نتیجه، افزایش طول عمر ماشین ضروری است.

فاضلاب

بررسی میزان شوری و رسانایی الکتریکی فاضلاب شهری و پساب کارخانه‌ها برای تصفیه و استفاده مجدد از آب آن‌ها ضرورت دارد.

تصفیه آب

ارگانیسم‌های مختلف محدوده خاصی برای تحمل رسانایی آب دارند. پس سنجش رسانایی یکی از آزمون‌های اساسی در تصفیه‌خانه‌ها است.

استانداردهای مرتبط

همواره در مراحل طراحی و ساخت هر تجهیز لازم است که استانداردهای مرتبط با آن تجهیز بررسی گردند. یکی از فواید مطالعه و بررسی استاندارد، آشنایی با بایدها و نبایدهای موجود در مراحل طراحی و ساخت تجهیز مورد نظر می‌­باشد. از دیگر فواید بررسی استاندارد می‌­توان به این مهم اشاره نمود که استاندارد از طراحی و ساخت نادرست تجهیز و عدم انطباق تجهیز مورد نظر با روش حل مسئله جلوگیری می‌­نماید. همچنین لازم به ذکر است که مطالعه استاندارد باعث ایجاد یک فهم کلی از تجهیز مورد نظر شده و موجب می‌­شود تا طراح و سازنده همه مواردی را که در طراحی و ساخت تجهیز دخیل هستند، مد نظر قرار داده و راندمان و طول عمر تجهیز را با طراحی و ساخت استاندارد افزایش دهند. موارد زیر از جمله استانداردهای مطرح در تجهیزات اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی آب هستند که مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته­ است:

• استاندارد ISO7888 منتشر شده در سال 1985 میلادی جهت تعریف مفهوم رسانایی الکتریکی
• استاندارد BS EN 60746 منتشر شده در سال 2002 میلادی جهت بیان عملکرد تحلیل­گر الکتروشیمیایی – قسمت سوم: رسانایی الکتریکی
• استاندارد ASTM D1125-14 منتشر شده در سال 2014 میلادی جهت بیان روش­های آزمون استاندارد برای اندازه‌گیری هدایت الکتریکی و مقاومت الکتریکی آب
• استاندارد 7476 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران با موضوع کیفیت آب – تعیین هدایت الکتریکی، چاپ اول
• استاندارد ISO 6107 منتشر شده در سال 2006 میلادی جهت تعریف اصطلاحات و واژگان تعیین کیفیت آب – قسمت دوم
• استاندارد ISO 31 منتشر شده در سال 1992 میلادی جهت تعریف کمیت­ها و واحدها – قسمت پنجم

در ابتدا جهت آشنایی با مفهوم هدایت الکتریکی و روش اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی آب، استاندارد ISO 7888 مورد بررسی قرار گرفت. این استاندارد برای اندازه­‌گیری رسانایی الکتریکی در انواع آب­‌ها مورد استفاده قرار می­‌گیرد. طبق این استاندارد هدایت الکتریکی می‌­تواند به عنوان نماد کیفیت آب از جمله آب­‌های سطحی، آب­‌های فرایندی در منابع آب و تأسیسات عملیاتی و فاضلاب تعیین گردد. بر اساس استاندارد ISO 7888 رسانایی الکتریکی محلول به غلظت و یون‌های موجود در محلول و درجه­ حرارت و ویسکوزیته محلول بستگی دارد و محلول‌­های استاندارد واسنجی دستگاه اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی با مولاریته­‌های مشخص با نام B ،A و C حاوی نمک پتاسیم کلرید در این استاندارد همراه با روش تهیه آن­ها آورده شده است. فرآیند الکتروپلیتینگ لازم جهت ساخت الکترود­های دستگاه EC Meter همراه با جزئیات در این استاندارد بیان شده است.

پس از آشنایی با مفهوم هدایت الکتریکی و طرزکار دستگاه EC Meter به مطالعه استاندارد BS EN 60746 پرداخته شد. این استاندارد اصطلاحات، تعاریف فنی و آزمون­‌های استاندارد عملکردی مورد نیاز در تحلیل­‌ها، واحد حسگر و واحد­های الکترونیکی مورد استفاده برای تعیین رسانایی الکتریکی محلول‌­های آبی را مشخص می‌­نماید. استاندارد BS EN 60746 اثر پلاریزاسیون و شرایط ایجاد آن در سطوح الکترودهای دستگاه EC Meter هنگام قرار گرفتن الکترودها در محلول­‌های الکترولیت را مورد بررسی قرار داده و روش‌­های زیر را جهت جلوگیری از ایجاد پلاریزاسیون پیشنهاد می‌دهد:

1- اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی با جریان متناوب و فرکانس بالا

2- اندازه­گیری با 4 یا 6 الکترود به منظور جدا نمودن الکترودهای انتقال دهنده جریان الکتریکی و الکترودهای اندازه‌گیری اختلاف پتانسیل

3- روش‌­های اندازه­‌گیری­ القایی یا خازنی

استاندارد BS EN 60746 اثرات درجه حرارت بر هدایت الکتریکی محلول را مورد بررسی قرار می‌­دهد. همچنین برای ارزیابی عملکرد صحیح دستگاه اندازه­‌گیری هدایت الکتریکی، روش استفاده از مقاومت‌­های الکتریکی را پیشنهاد می­‌دهد که در اصل مقاومت الکتریکی محلول را شبیه­‌سازی می‌­کنند. لازم به ذکر است که این استاندارد ظرفیت خازنی سلول را بررسی می‌­کند که ناشی از میدان الکتریکی بین دو الکترود اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی است. طبق استاندارد BS EN 60746 ظرفیت خازنی سلول ممکن است اندازه­‌گیری­ محدوده پایین رسانایی الکتریکی با سلول­‌های دو الکترودی را مختل کند، زمانی که فرکانس استفاده شده خیلی بالا باشد.

موارد زیر از جمله نتایج بدست آمده از بررسی استاندارد BS EN 60746 می­باشد:

• در واحد حسگر دستگاه EC Meter باید تعداد الکترودها، ثابت سلولی، محدوده اندازه‌­گیری، واحد جبران‌ساز اثر درجه حرارت بر رسانایی الکتریکی، ابعاد حسگر و جزئیات نصب کردن حسگر و اتصالات حسگر باید تعیین شود.
• در واحد الکترونیکی دستگاه EC Meter، باید فرکانس مورد استفاده در اندازه‌­گیری رسانایی الکتریکی، محدوده تنظیم ثابت سلولی، درجه حرارت مرجع اندازه­‌گیری، ضریب تصحیح درجه حرارت و جزئیات اتصال حسگر به واحد الکترونیکی تعیین شود.

جهت مشخص نمودن روش استاندارد برای اندازه­‌گیری هدایت الکتریکی آب استاندارد ASTM D1125 مورد بررسی قرار گرفت. این استاندارد جهت اندازه­‌گیری هدایت الکتریکی آب­‌های غیر شفاف، محلول­‌های نمکی، آب­‌های فرایندی مانند آب استفاده شده در دیگ بخار و سامانه­‌های خنک کننده کاربرد دارد. این استاندارد تأکید می‌­نماید که در اندازه‌­گیری محدوده هدایت­­‌های الکتریکی پایین ممکن است گاز کربن دی اکسید حداکثر تا 1 میکرو زیمنس بر سانتی‌متر، هدایت الکتریکی محلول را افزایش دهد. همچنین تشکیل حباب‌­های هوا روی سطوح الکترود­های دستگاه EC Meter می­‌تواند اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی را مختل نماید. در این استاندارد برای جبران‌سازی اثر درجه حرارت بر هدایت الکتریکی اندازه‌­گیری شده به استفاده از حسگر دماسنج با دقت 1 میکرو زیمنس بر سانتی‌متر تأکید شده است. این استاندارد روش صحیح تعیین ثابت سلولی حسگر اندازه‌­گیری هدایت الکتریکی را مشخص نمود است. همچنین میزان هدایت الکتریکی محلول، هدایت الکتریکی اندازه­‌گیری شده در درجه حرارت 25 است. در استاندارد ASTM D1125 روش آماده‌سازی الکترودهای حسگر EC Meter همراه با جزئیات فرآیند الکتروپلیتینگ بررسی شده است.

پس از بررسی استاندارد ASTM D1125، به مطالعه استاندارد 7476 موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران با موضوع کیفیت آب – تعیین هدایت الکتریکی پرداخته شد. این استاندارد ملی در اصل ترجمه شده استاندارد ISO 7888 است و جهت آشنایی با کمیت‌­ها و واحدهای کمی مطرح در اندازه­‌گیری هدایت الکتریکی استاندارد ISO31 بررسی شد. برای آشنایی با اصطلاحات و واژگان مرسوم در تعیین نمودن کیفیت آب به بررسی استاندارد ISO 6107 پرداخته شد.

جهت طراحی و ساخت برد مدار چاپی دستگاه اندازه­‌گیری هدایت الکتریکی استاندارد­های IPC در اختیار مدیریت فنی قرار گرفت و با توجه به تصمیم مدیریت فنی استاندارد­های زیر از سری استاندارد­های IPC در ادامه بررسی قرار خواهند شد:

• استاندارد IPC2221 جهت طراحی برد مدار چاپی و انتخاب الگو­های طراحی مدار
• استاندارد IPC6011 جهت ارزیابی و تعیین کیفیت برد­های PCB
• استاندارد IPC-A-600 جهت ارزیابی قابلیت اطمینان بردهای PCB و تأیید آن­ها
• استاندارد IPC-J-STD-001 برای مشخص نمودن نیازمندی‌­های لازم برای مونتاژ قطعات الکترونیکی لحیم­‌کاری شده