Kunstwerk aus Glas

Reinhard Gehrmann

Messungen des pH-Wertes von Salzsolen sind bei unterschiedlichsten Anwendungen von Elektrolyseprozessen bis hin zu Fermentierungsprozessen erforderlich, wobei Parameter wie Messgenauigkeit und Langlebigkeit seit jeher große Herausforderungen an die Sensoren stellen.

Herkömmliche Sensoren für die Messung des pH-Wertes sind mit Mess- und Referenzelektroden ausgestattet. Die gläserne Messelektrode liefert eine vom pH-Wert der Messlösung abhängige Potenzialdifferenz. Diese wird mit dem vom pH-Wert der Messlösung unabhängigen Potenzial der Referenzelektrode verglichen. Üblicherweise besteht diese Referenzelektrode aus einem Metalldraht, der mit einem unlöslichen Metallsalz beschichtet und von einer Salzlösung oder einem Gel umgeben ist, die als Elektrolyten fungieren. Das Refe-renzelement ist durch ein Diaphragma vom Prozess abgetrennt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Elektrolytzusammensetzung – und somit die Ausgangsspannung an der Referenzelektrode – bei Prozessänderungen stabil bleibt.

In der Praxis stehen aber 80 bis 90 % aller Probleme bei der pH-Messung in Zusammenhang mit der Instabilität der Referenz-elektrode. Bei nicht ausfließenden Referenzelektroden driftet das Referenzpotenzial z. B. durch Chloridverarmung, Kontamination oder verstopfte Diaphragmen. Durch Faktoren wie hohen bzw. sich verändernden Prozessdruck und hohe Temperaturen werden diese Vorgänge beschleunigt. Durch eine regelmäßige Kalibration wird diese Drift kompensiert. Bei ausfließenden Elektroden muss der Elektrolytspeicher regelmäßig aufgefüllt werden, um die Funktion der Elektrode sicherzustellen.

Der differenzielle pH-Sensor SC24V von Yokogawa löst diese Probleme mithilfe einer hermetisch verschlossenen gläsernen Referenzzelle, ohne poröses Diaphragma. Somit hat das Elektrolyt kein Kontakt zur Messlösung, sodass der Sensor keinerlei Diffusionspotenzialen ausgesetzt ist. Das Ergebnis ist ein stabiler linearer Spannungsausgang über eine typische Bandbreite von pH 2 bis 14. Dies bedeutet auch, dass der Sensor bei minimalem Wartungsaufwand auch bei hohen Drücken und Temperaturen sowie bei Kontakt mit korrodierenden Materialien einwandfrei funktioniert.

Als differenzieller Sensor reagiert der SC24V auf pH/ORP-Veränderungen, anstatt den absoluten pH-Wert zu messen. Aus diesem Grund stellt er eine gute Lösung für pH-Regelungen in Prozessanwendungen dar, bei denen die Stabilität des abgelesenen pH-Wertes und somit die Konsistenz des Prozesses und des Endprodukts, nicht aber der genaue pH-Wert von Interesse für den Anwender sind.

Der Sensor bietet vier Funktionen in einem – pH-Messung, Referenzzelle, Temperaturkompensation und Flüssigkeitserde (Redox) –, sodass der Anwender mit nur einem Sensor und einem Kabel auskommt. Der SC24V ist durch seine Konstruktion mit 12 mm Durchmesser und 120 mm oder 225 mm Länge sowie PG13,5-Einschraubgewinde kompatibel mit den meisten industriellen Halterungen. Er eignet sich auch für ORP/Redox- und rH-Kontrollanwendungen.

Eine zentrale Rolle bei der Sensorkonstruktion spielt die verwendete traditionelle Glasblasetechnik, die sich über viele Jahre hinweg zu einer hohen Handwerkskunst mit umfassendem Know-how entwickelt hat. Der SC24V besteht aus vier verschiedenen Sorten Glas: dem Glasschaft, salzsensitivem Glas, Isolierglas und normalem pH-Glas. Diese Glassorten verfügen über unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten, sodass sie alle vorsichtig geschweißt und geblasen werden müssen. Nur so lässt sich sicherstellen, dass zwischen Schweißnaht und Glasschaft keine Spannung besteht.

Beim SC24V befindet sich der Temperaturfühler an der äußersten Spitze des Sensors in unmittelbarer Prozessnähe und reagiert deshalb sehr schnell auf Änderungen. Die Funktionen ORP-Sensor und Flüssigkeitserde sind im Glasschaft integriert.

Online-Info www.cav.de/0910480