HOBO pH-Datenlogger MX2501

Datenlogger zur Messung des pH-Werts

Das Überwachen von pH-Werten spielt in der Industrie und Umweltüberwachung eine wichtige Rolle. Wird ein ph-Datenlogger dafür verwendet liefert dieser Informationen über langfristige Trends und Rückschlüsse auf Auswirkungen verschiedener Faktoren. Bevor Sie den ph-Wert mit einem Datenlogger messen, sollten Sie drei Dinge beachten, die sich auf die Messgenauigkeit auswirken können.

Grundlagen der pH-Messung

Der pH-Wert stellt die Wasserstoffionenaktivität einer Lösung dar. Die pH-Skala variiert von 0 (stark sauer mit einer hohen Konzentration an H+-Ionen) bis 14 (stark alkalisch mit einer hohen Konzentration an OH--Ionen). Die gebräuchlichste pH-Messmethode verwendet eine spezielle wasserstoffionenselektive Elektrode (pH-Sonde), die in die Lösung eingetaucht ist, zusammen mit einer zweiten Referenzelektrode. Diese ionenselektive Elektrode liefert einen Spannungsausgang relativ zur Referenzelektrode, der mit dem Konzentrationsverhältnis der Wasserstoffionen innerhalb der Elektrode zu denen außerhalb der Elektrode variiert. Der Ausgang der Referenzelektrode ist unabhängig vom Ionenverhältnis. Durch Messen der Spannung zwischen diesen beiden Elektroden können Sie den pH-Wert der Lösung ermitteln. Die Messung des pH-Wertes einer Lösung ist jedoch nicht so einfach, wie es zunächst erscheinen mag.

3 Überlegungen für genaue pH-Messungen

Die Verwendung eines einfachen Spannungseingangsdatenloggers zur Aufzeichnung des Potentials zwischen den beiden Elektroden stellt mehrere Herausforderungen dar, die berücksichtigt werden müssen, um genaue pH-Messungen zu erhalten:

1. Der Spannungsbereich eines Standard-pH-Sensors liegt im Bereich von +400 mV bis -400 mV, was einem pH-Bereich von 0 bis 14 bei Raumtemperatur entspricht. Jeder Datenlogger, der für pH-Messungen vorgesehen ist, muss positive und negative Spannungen aufnehmen können. Außerdem muss das Gerät so empfindlich sein, dass es kleine Spannungsänderungen genau messen kann. Ein Datenlogger, der einen vollen Eingangsbereich von ±1 bis 2 Volt zur Verfügung stellt, stellt eine angemessene Genauigkeit und Auflösung sicher, um Änderungen des pH-Wertes von 0,1 oder weniger zu erkennen - ein Logger, der für einen vollen Bereich von 10 Volt ausgelegt ist, kann möglicherweise nicht die erforderliche Genauigkeit liefern.
2. Die pH-Elektrode hat eine sehr hohe Impedanz, die pH-Elektrode erzeugt eine Spannung, aber da sich diese Spannung über eine ionenselektive Glasmembran entwickelt, ist die Strommenge, die die Elektrode dem Messkreis zuführt, sehr klein. Ein Standard-Spannungsdatenlogger kann eine Eingangsimpedanz von 1 Megohm aufweisen, was für typische Spannungsmessungen ausreichend ist. Bei der pH-Messung führt die durch diesen Widerstand aufgenommene Strommenge jedoch zu Belastungseffekten, die zu großen Fehlern in der gemessenen Spannung führen. Es ist sehr wichtig, einen Datenlogger mit einem hochohmigen Eingangsverstärker zu wählen, typischerweise in der Größenordnung von 1 Gigohm oder höher, um eine direkte Messung an der pH-Elektrode mit vernachlässigbarer Stromaufnahme zu ermöglichen. Wenn dies nicht möglich ist, können pH-Messungen mit Standard-Spannungsdatenloggern unter Verwendung eines externen Vorverstärkers oder einer pH-Sonde mit internem Verstärker durchgeführt werden, um ein gepuffertes Ausgangssignal zu liefern und negative Auswirkungen der Eingangsbelastung zu vermeiden. Der gebräuchlichste Verstärker ist eine kleine batteriebetriebene Einheit, die lediglich eine Pufferung ohne Spannungsverstärkung ermöglicht. Da die Ströme sehr klein sind, können diese Verstärker monatelang mit einer einzigen Batterie betrieben werden. Es sind auch andere Verstärker erhältlich, die mit einem externen Gleichstromnetzteil betrieben werden können, um einen kontinuierlichen Betrieb über einen längeren Zeitraum zu gewährleisten. Wenn Datenlogger und pH-Elektrode weit auseinander liegen sollen, ist es am besten, einen Verstärker mit einem Stromausgang von 4-20 mA zu verwenden. Dadurch kann das Signal Hunderte von Metern mit sehr geringem Genauigkeitsverlust oder erhöhtem Rauschen übertragen werden.
3. Die letzte Überlegung bei der pH-Messung ist der Temperatureinfluss auf die Ausgangsspannung des Sensors. Der Fehler in der Ausgangsspannung verschlimmert sich, wenn Sie sich von einem pH-Wert von 7 entfernen und die Temperatur von 25 °C abweicht. So kann beispielsweise ohne Berücksichtigung der Temperatur die einfache Messung der Spannungsabgabe einer Sonde, die in eine Lösung mit einem pH-Wert von 2 bei einer Temperatur von 85 °C eingetaucht ist, zu Fehlern bis zu einem pH-Wert von .9 führen. In diesem Fall bietet die Wahl eines mehrkanaligen Datenloggers, der sowohl Temperatur als auch Spannung verarbeiten kann, die Möglichkeit, die Temperatur zu messen und zu korrigieren.

Fazit für die Auswahl eines pH-Loggers

Es gibt 3 wichtige Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie einen pH-Datenlogger für Ihre Anwendung kaufen:

1. Die kleine, bipolare Ausgangsspannung des Standard-pH-Sensors
2. Die Auswirkungen der Eingangsimpedanzbelastung des Datenloggers auf die Messgenauigkeit
3. Die Notwendigkeit, den Einfluss der Temperatur auf den Ausgang des pH-Sensors zu berücksichtigen.