OAMK TEKNIIKAN YKSIKKÖ MITTAUSTEKNIIKAN LABORATORIO Työ 5 ph-lähettimen konfigurointi ja kalibrointi 2012 Tero Hietanen ja Heikki Kurki
1 JOHDANTO Työssä tutustutaan nykyaikaiseen teollisuuden yleisesti käyttämään älykkääseen nesteanalyysi mittalähettimeen. ph-mittaus on yleisin nesteiden analyysimittaus. Lähetin konfiguroidaan käyttösovellukseen ja kalibroidaan tämän jälkeen kahden pisteen menetelmällä. Lisäksi mitataan erilaisten kiinnostavien liuosten ph-arvoja ja selvitetään ph-ma-kuvaaja. Ole erityisen huolellinen käsitellessäsi ph-mittaelektrodia, sillä se on erittäin herkkä vaurioille. Eritoten mittauselektrodin kärki on lasiosiltaan hetkessä rikki, jos se kolahtaa johonkin. Elektrodi toimii jännitelähteenä (sähköpari), joten sen napoja ei saa yhdistää oikosulun välttämiseksi. Elektrodin kärki on aina pidettävä kosteana suojataskussaan. Elektrodin resistanssi on sadoista tuhansiin megaohmeihin. Siksi vahvistimen sisääntulo an suuriohminen, peräti 10000 gigaohmia, ja hyvin herkkä vaurioille. Siksi sen sisääntulo -napoihin ei saa koskea. Vahvistin ja työpöytä on maadoitettava. Lähetin Liquiline M CM42 on monikäyttöinen. Se voidaan konfiguroimalla saada sekä ph- että ORP-lähettimeksi. ORP tarkoittaa redox-mittausta. Siinä on myös monipuolinen diagnostiikka. Lähetin voidaan myös liittää Foundation Fieldbus -, Profibus PA - ja HART-väyliin. Tavallisin tarkistusmenetelmä on käyttää kahta eri ph-arvon omaavaa puskuriliuosta. Puskuriliuos tarkoittaa tarkistusliuosta, jonka ph pysyy lähes vakiona, vaikka siihen sekoittuisikin pieniä määriä epäpuhtauksia. Mittaus laitetaan kohdalleen kummankin ph-arvon kohdalla. Näin saadaan on anturin ja lähettimen muodostama yhdistelmä kalibroiduksi. Puskurointiliuosta ei joka käyttökerran jälkeen kaadeta pois. Sitä voidaan käyttää useaan tarkistukseen, koska se sietää epäpuhtauksia ja lisäaineita. Sillä siis on
suuri puskurointikapasiteetti. On vain muistettava anturin huolellinen huuhtelu tislatussa vedessä ennen upottamista puskurointiliuokseen. Tislattu vesi kaadetaan käytön jälkeen viemäriin. Sen puskurointikapasiteetti on lähes nolla. Sen ph muuttuu pienistäkin epäpuhtauksista. Muista huuhdella mittauselektrodi tislatussa vedessä aina kun siirrytään liuoksesta toiseen. 2 TYÖN SUORITUS Aloita työ tekemällä seuraava kytkentä (kuva1): Kuva 1. Kytkentä. 2.1 Laitteet ja tarvikkeet - ph-lähetin E+H Liquiline M CM42 - ph-elektrodit CPS71D-7BB21 ja CPS11D-7AA2 - Puskuriliuokset 3 pulloa
- Fluke-yleismittari - Tislattua vettä - Laboratorio lasiastioita - johtimia 2.2 Työn kulku 1a) Tutustu lähettimen ominaisuuksiin ja käyttöön lukemalla käyttöohjeet (Liquiline M CM42 Technical Information ja Liquiline M CM42 Part 2: Operation). 1b) Tutkittavana olevan laitteiston elektrodit liitetään lähettimeen Memosensteknologialla. Miten tämä eroaa perinteisestä liitäntätavasta ja mitä etua Memosens:in käytöllä saavutetaan? 2. Kytke lähettimeen virta ja konfiguroi lähettimeen seuraavat parametrit: - mitta-alue 2-10 ph, - vaimennus 5 s (damping), - lämpötilankompensointityyppi: Auto comp.(atc) (Temp. Compensation) - kalibrointityyppi 2-pisteen kalibrointi - puskuriliuoksen tunnistus: fixed, jolloin kalibroinnissa käytettävien puskuriliuosten ph määritetään asettamalla arvot Calib-buffer 1 ja 2. Puskuriliuoksia on kolme, joiden ph:t ovat 4, 7 ja 10. 3. Kalibroi mittaus kahden pisteen menetelmällä käyttäen kahta puskurointiliuosta. (Liquiline M CM42 Part 2: Operation). 4. Mittaa kiinnostavien liuosten ph-arvoja kuten vesijohtovesi, kahvi, colajuoma jne. Ota ylös ph-arvoja vastaavat ma-arvot. Jos käytetään happoja tai emäksiä, noudata erityistä varovaisuutta! (suojautuminen!) 5. Mittausten jälkeen älä kaada puskuriliuoksia viemäriin, vaan jätä ne toisten ryhmien käyttöön. Peitä kyseiset astiat. Sen sijaan muut mitatut liuokset ja seokset kaadetaan viemäriin. Jos olet mitannut happo- tai emäsliuoksia, laimenna ne runsaalla vedellä kaataessasi viemäriin!
6. Pese ja huuhtele mittausanturin (elektrodin) lasiosa tislatulla vedellä ja laita se suojataskuun tai vesipulloon, jossa nesteen ph on n. 7.. 7. Pura kytkennät ja vie laitteet säilytyspaikoilleen. 3 TYÖSELOSTUS Selvitä ph-mittauksen periaate. (Sanallinen kuvaus, mahdollisesti kaavioilla täydennettynä) Kaiva esiin Nernstin yhtälö, ja selvitä, mitkä suureet siinä ovat mukana. Mitä tarkoittetaan Redox-mittauksella? Mainitse ph-mittausten tyypllisiä sovelluskohteita! Mitkä käytännön ongelmia ph-mittauksiin sisältyy (tulosten epävarmuutta lisäävät tekijät, laitteistojen vikaantumista edistävät tekijät) Kerro lähettimen rakenteesta, konfiguroinnista ja kalibroinnista. Kerro Memosens- teknologiasta Selvitä mittaustyön kulku ja havainnot mm. eri liuosten ph. Onnistumiset ja epäonnistumiset. Piirrä ph-ma -kuvaaja. Kysymys: Tässä työssä tutkittiin ph-mittaria, mutta mitkä ovat tyypillisimmät höyryvoimalaitoksen kattilavedestä tehtävät analyysimittaukset? 4 KIRJALLISUUS - Liquiline M CM42 Technical Information - Liquiline M CM42 Part 2: Operation). - Additional Infromation CD Oppikirja: Analyysimittaukset