pH-Messung in IndustrieprozessenAuswahl- und Engineering-Hilfe fr verschiedene Industriebranchen und Applikationen

Auswahl der passenden pHElektrodenDieser Teil beginnt mit einem Flussdiagramm [3.1] und untersttzt Sie dabei, die richtige Elektrode basierend auf dem chemischen und physikalischen Verhalten des Messstoffs auszuwhlen. Dieses Flussdiagramm leitet Sie zu den einzelnen Kapiteln [3. 3.8] weiter, wobei die empfohlene pH-Elektrode, die wichtigsten Vorteile, Einsatzgrenzen und Alternativen angegeben werden.

bersicht ber die pHMesseinrichtungen In diesem Teil finden Sie eine kurze Beschreibung zu den verschiedenen erforderlichen Komponenten:

pH-Elektroden Armaturen Messumformer

Jeder Teil dieses Leitfadens enthlt technische Beschreibungen, an die sich Tabellen anschlieen, in denen technische Daten, Vorteile und Einsatzgrenzen aufgefhrt sind.

Checkliste/Datenblatt Fr eine umfassende Spezifikation steht eine Checkliste bereit. Hier haben Sie auch die Mglichkeit, eine Skizze beizufgen, aus der die Einbaubedingungen ersichtlich sind. Bitte verwenden Sie dieses Format fr Ihre Anfragen.

Schritt fr Schritt

Die Bestimmung des pH-Wertes spielt in allen Industriebranchen eine wesentliche Rolle. Hufig dient die pH-Messung zur berwachung von Produktqualitt oder chemischen Reaktionen. Der pH-Wert hngt mit der Wasserstoffionenkonzentration (H+) in einer wssrigen Lsung und somit auch mit dem Suregehalt der Lsung zusammen. Der pH-Wert kann in Wasser (theoretisch) zwischen 0 14 variieren, wobei 0 das saure und 14 das kaustische Ende der Skala ist. Die Bedingungen, unter denen die pH-Messung in einer Anwendung vorgenommen wird, knnen sehr unterschiedlich sein und von Abwasser und chemischen Mixturen bis zu

Reinstwasser in Kraftwerken oder in der Life-Science-Industrie reichen. Die Lebensdauer einer pH-Elektrode hngt zum einen von diesen Bedingungen ab, zum anderen aber auch von den Reinigungs-, Kalibrier- und Wiederbelebungsintervallen sowie von der richtigen Auswahl des Sensortyps. Eine komplette pH-Messstelle besteht aus dem Messelement (pH-Elektrode), einer Armatur, einem Kabel und einem Messumformer. Dieser Leitfaden hilft Ihnen dabei, den fr Ihre Anwendungen geeigneten Sensor mit der entsprechenden Armatur und dem zugehrigen Messumformer auszuwhlen.

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Auswahl der ArmaturEbenso wie die Auswahlhilfe fr die pH-Elektroden so beginnt auch die Auswahlhilfe fr die Armaturen mit einem Flussdiagramm [4.1], das Sie basierend auf den Einbau und Anwendungsbedingungen zu den einzelnen Kapiteln [4. 4.5] weiterleitet. hnlich wie in Teil B werden Ihnen auch hier die empfohlenen Komponenten sowie Alternativen angegeben.

Fr die Wechselarmatur mssen Sie je nachdem, ob Sie eine flssigkeits- oder gelgefllte Elektrode verwenden die entsprechenden Optionen angeben bzw. bestellen. Auerdem mssen Sie sicherstellen, eine pneumatisch betriebene Wechselarmatur zu bestellen, falls Sie einen Topcal oder Topclean zur automatischen Reinigung und/oder Kalibrierung verwenden mchten.

Ausgehend von der in Teil B ausgewhlten pH-Elektrode prfen Sie bitte die mechanische Kompatibilitt [Tabelle in 4.6], um die entsprechende Lnge der pH-Elektrode und den max. erforderlichen freien Einbauplatz zur Montage der Armaturen in z. B. Rohren, Bypssen oder kleinen Tanks zu verifizieren.

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1. bersicht ber pH-Elektroden und Einbauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1 Sensortypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 1. pH-Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 1.3 Armaturentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 pH-Armaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.5 Messumformer fr die pH-Messung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.6 pH-Messumformer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 . Checkliste/Datenblatt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0

3. Auswahl der passenden pH-Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Flussdiagramm zur Auswahl der pH-Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Anwendung: Standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 3.3 Anwendung: Hohe organische Belastung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6 3.4 Anwendung: Geringe Leitfhigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3.5 Anwendung: Hygiene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30 3.6 Anwendung: Heavy-Duty abrasiv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 3.7 Anwendung: Hohes Risiko der Ansatzbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34 3.8 Anwendung: Chemisch anspruchsvoll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36

4. Auswahl der Armatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 4.1 Flussdiagramm zur Auswahl der Armatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38 4. Eintaucharmatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40 4.3 Festeinbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 4.4 Wechselarmatur (selbstnachdichtender Kolben) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44 4.5 Wechselarmatur (mit Kugelhhnen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46 4.6 Erforderliche Lnge der pH-Elektrode und Gesamteinbaulnge fr verschiedene Armaturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48

5. Lifecycle-Management von pH-Messkreisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.1 Kalibrierkonzept fr das Labor unter Verwendung von Memosens und Memobase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 5. Vollstndig automatische Messung, Kalibrierung, Sterilisierung und Reinigung mit Topclean und Topcal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.3 Lebensdauer von pH-Elektroden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.4 Akkreditierung als permanentes Kalibrierlabor fr pH-Wert . . . . . . . . . . . . . . . 5 5.5 Dampf/Wasser-Analysesysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

Inhalt

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1. bersicht ber pH-Elektroden und Einbauarten

GlassensorenDas Messelement der standardmigen pH-Glaselektrode besteht aus einer etwa einen Submikrometer dicken Gelschicht auf der Glaskvette. Diese Schicht ist in der Lage, H+ aufzunehmen, was zu einer nderung des elektrostatischen Potenzials auf der gesamten Glaskvette fhrt. Diese Potenzialnderung wird in Bezug zu einem Referenzelement gemessen, das ber das Diaphragma Kontakt mit dem Messstoff hat, um einen geschlossenen Stromkreis zu erzeugen.

Orbisint, Ceraliquid, Ceragel, OrbiporeEs stehen verschiedene Typen von Glassensoren zur Verfgung, die z. B. in Hygiene- und Nicht-Hygieneausfhrungen erhltlich sind. Sie unterscheiden sich durch den Typ des verwendeten Diaphragmas (Keramik, Teflon oder kein Diaphragma) und die Art des fr das Referenzsystem verwendeten Gels oder der Flssigkeit. Die Bestndigkeit des Sensors gegen Verstopfung des Diaphragmas und die Positionierung des Referenzsystems hngen in hohem Mae von dem gewhlten Referenzsystem und dem Typ des Diaphragmas ab.

ISFETSensorDas Messelement eines ISFET-Sensors besteht aus einem Halbleiterchip, der einen ionenselektiven Feldeffekttransistor bildet. Der ISFET-Chip reagiert besonders empfindlich auf H+-Ionen. Glaslose Sensoren sind unzerbrechlich; zudem knnen die ISFET-Sensoren hhere Mengen organischer Lsungsmittel tolerieren als Glassensoren. Glas- und ISFET-Sensoren nutzen dieselben Referenzsystem- und Diaphragmatypen.

TophitDie Hauptanwendungsbereiche von ISFET-Sensoren finden sich berall dort, wo Glas unzulssig oder unerwnscht ist, so z. B. in der Lebensmittelverarbeitung oder wenn hohe Mengen (> 0 %) organischer Lsungsmittel vorkommen. ISFET-Sensoren sind aus PEEK gefertigt und bieten im Vergleich zu Glassensoren eine geringere Fehleranflligkeit gegenber alkalischen und surehaltigen Substanzen. Eine Beschrnkung des ISFET-Chips ist, dass er nicht bestndig gegenber stark tzenden Substanzen ist (CIP!).

1.1 Sensortypen

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EmaillesensorDer Hauptvorteil von Emaillesensoren ist ihre Robustheit. Die Sensoren zeichnen sich durch besonders lange Kalibrierzyklen aus, und die Messstelle erfordert dementsprechend weniger Instandhaltung.

Ceramax Mit Flssig-KCI geflltes Referenzsystem mit hygienischem Keramikdiaphragma. Der lineare Bereich erstreckt sich von pH 0 10, hygienische Ausfhrung, CIP- und SIP-fhig, keine Wechselarmatur erforderlich. Unterschiedliche Prozessanschlsse erhltlich.

Revolutionre MemosensTechnikSeit Endress+Hauser den Memosens entwickelt hat, ist die pH-Messung einfacher und zuverlssiger geworden. Die induktive Signal- und Energiebertragung ohne metallische Kontakte zwischen Sensorkopf und Kabelanschluss gewhrleistet einen problemlosen Betrieb selbst in feuchten Umgebungen. Dank des galvanisch getrennten Systems und der Speicherung der Kalibrierdaten im Sensorkopf ist es nun mglich, statt des gesamten Messkreises nur

den Sensor allein zu kalibrieren. Die Trennung von Messung und Kalibrierung ist mglich. Das D in der Produktbezeichn