۱ مقدمه
سنسورهای pH صنعتی را می¬توان در خطوط لوله فرایند نصب نمود، درون مخزن یا حوضه آبگیر غوطه¬ور ساخت، یا درون یک نمونه ریز آبه قرار داد. در یک ریز آبه، بخشی از مایع فرایند به طور پیوسته¬ای از فرایند اصلی جدا شده و به سمت سنسور pH هدایت می¬گردد. زمانی که دما و فشار مایع فرایند از درجه¬بندی مجاز سنسور فراتر می¬رود، سیستم¬های ریز آبه موردنیاز

می¬باشند. پیش از رسیدن نمونه به سنسور، آن را سرد کرده و فشار را کاهش می¬دهند. در یک ریز آبه، می¬توان نمونه را به فرایند بازگرداند و یا به فاضلاب تخلیه نمود. سنسورهای قابل استرداد، که می¬توان بدون متوقف نمودن سیستم آن¬ها را از خطوط لوله فرایند جدا نمود، نیز محبوبیت دارند.

۶٫۲ ایمنی
مخاطراتی ایمنی در ارتباط با سنسورهای pH نصب شده در جریانات فرایند وجود دارد. اگر دما و یا فشار مایع از درجه¬بندی مجاز سنسور فراتر رود، سنسور عمل نخواهد کرد، و درنتیجه مایع از اطراف سنسور به بیرون نشت خواهد نمود. مخاطرات ویژه¬ای نیز وجود دارند که مربوط به سنسورهای قابل استرداد هستند. برای پرهیز از هرگونه حادثه، همواره از دستورالعمل¬های سازنده برای قرار دادن و جدا نمودن سنسورها پیروی کنید. هیچ¬گاه، جز در حالتی که شرایط فرایند با مشخصات و ملزومات سازنده در انطباق باشد، اقدام به جداسازی سنسور ننمائید. همچنین، سنسورهای قابل استرداد را تنها در محل¬هایی نصب کنید که دسترسی به آن¬ها آسان است و فرد جداکننده¬ی سنسور، اتکا و وضعیت مناسبی دارد.

 

۶٫۳ کاربردهای شناوری و تعبیه
اندکی اندیشه هنگام طراحی یک سیستم اندازه¬گیری pH سری (in-line) می¬تواند مانع از بسیاری از مشکلات آتی گردد.
۱٫ اگر یک سنسور pH بایستی مستقیماً درون یک لوله قرار داده شود، محلی را انتخاب نمائید که همواره پر از مایع است. در صورتی که چنین کاری مقدور نیست، به این نکته توجه کنید که سنسور تا کجا وارد لوله می¬شود. اگر ارتفاع مایع متغیر است، ممکن است سنسور کاملاً در درون مایع قرار نگیرد. کاملاً غوطه¬ور نبودن سنسور بلافاصله آشکار نمی¬گردد. بسیاری از الکترودهای pH صنعتی، سنسورهای ترکیبی هستند. بنابراین مادامی که فیلم مایع مسیری هادی میان غشای شیشه¬ای و اتصال مرجه ایجاد می¬نماید، سنسور یک مقدار خوانده شده را تولید می¬کند. البته، این مقدار خوانده شده، برابر با pH فیلم، و نه مایع فرایند، است. اگر فیلم مایع خشک گردد، سنسور دیگر قادر به عمل کردن نخواهد بود. آنالیزگرهای pH دارای ویژگی¬های تشخیصی سنسور، در این نقطه امپدانس شیشه و مرجع بالایی را تولید می¬کنند. امپدانس بالا را می¬توان ناشی از یک سنسور خشک و یا یک عمل نکردن حقیقی دانست.
۲٫ همواره سرعت و دانسیته مایع عبوری از سنسور را در نظر داشته باشید. یک سایل چگال که با دبی بالایی در جریان است، می¬تواند باعث تغییر شکل سنسور گردد، بویژه اگر اگر سنسور

مقداری وارد جریان شده باشد. اگر یک سنسور قابل استرداد خم شده یا تغییر شکل داده باشد، خارج ساختن مطمئن آن دیگر ممکن نخواهد بود. در واقع، خارج ساختن سنسور به طور کلی غیرممکن می¬گردد.
۳٫ سنسورهای pH را به صورتی نصب کنید که حباب آن رو به پائین، با زاویه¬ای در حدود ۸۰ درجه با خط عمود، باشد. محلول بافر و کلرید پتاسیم درون الکترود شیشه¬ای بایستی به طور کامل سطح درونی حباب شیشه¬ای را خیس گرداند، و باید مسیری هادی بین الکترود مرجع درونی و سطح شیشه¬ای درونی وجود داشته باشد. نصب الکترود با حبابی رو به بالا یا با زاویه¬ای نزدیک به خط افق، باعث شکستن اتصال می¬گردد.

۴٫ سنسورهای pH نیازمند کالیبراسیون منظم، و در برخی کاربری¬ها، تمیزکاری منظم هستند. میزان سهولت در جداسازی یک سنسور از خطوط لوله را همواره بایستی در نظر داشت. اگر سنسور در خط لوله فرایند و یا در دیواره یک مجرا نصب شده باشد، بایستی پیش از جداسازی سنسور فرایند را متوقف نموده و حداقل بخشی از سیستم را خشک کرد. در چنین شرایطی، یک

راه¬حل، استفاده از یک سنسور قابل استرداد است. برای سنسورهای نصب شده در ریزآبه¬ها یا خطوط لوله¬ای که مایع از میان آن¬ها جریان دارد، ایزوله¬سازی نسبتاً آسان است. شکل ۶-۱ را مشاهده نمائید.
جداسازی سنسورهایی با اتصالات پیچ شده (لوله¬ی پیچ شده) می¬تواند مشکل¬ساز باشد. برای جلوگیری از پیچ خوردن کابل و شکستن سیم¬ها و غلاف¬ها، بایستی قبل از باز کردن پیچ¬های سنسور، کابل را جدا نمود. جدا کردن کابل، اتصال مجدد آن برای کالیبره کردن سنسور، جداسازی کابل پس از کالیبره کردن، و نهایتاً اتصال آن باعث می¬شود که کالیبراسیون عملی ناخوشایند باشد. جایگزینی مناسب برای یک سنسور پیچ شونده سنسوری است که از طریق یک تبدیل دندانه لوله به لوله (tubing-to-pipe) با قطر بزرگ نصب می¬گردد. یک اتصال پرسی پلاستیکی بدنه سنسور را آب¬بندی می¬کند، و دندانه لوله به درون اتصال فرایند پیچ می¬شود. برای جدا نمودن سنسور، بایستی اتصال پرسی را تا زمان ازاد شدن سنسور شل کرد. در برخی طراحی¬ها، یک بست یا حلقه حول بدنه سنسور مانع از جدا شدن آن می¬گردد. در این حالت، بایستی اتصال پرسی را شل نمود تا سنسور آزادانه بچرخد، سپس اتصال دندانه¬دار را شل کرد و اسمبلی سنسور/اتصال را جدا نمود.

سنسورهای قابل استرداد را می¬توان برای کالیبراسیون جدا کرد، بی آنکه نیازی به جدا نمودن سیم¬ها باشد. بسیاری از سازنده¬ها اتصالاتی برای جدا شدن سریع نیز تعبیه می¬کنند.
برای کسب اطلاعات بیشتر، به هندبوک راه¬حل¬های نصب از Rosemount Analytical (PN 91-6020) مراجعه کنید.

۶٫۴ اتصالات الکتریکی
آنچه در ادامه می¬آید فهرستی است از هشدارهایی که باید هنگام اتصال سنسور به آنالیزگر به آن¬ها توجه نمود.
۱٫ همواره کابل سنسور را در دورترین فاصله از رساناهای برق قرار دهید. هرگز کابل سنسور (یا سیمهای حامل سیگنال) را در یک کابل یا لوله سیم¬پوش همراه با رساناهای برق ac قرار ندهید.
۲٫ از پیچاندن کابل سنسور pH بپرهیزید. این عمل می¬تواند به آسانی باعث شکستن غلاف دور رسانای حامل سیگنال pH گردد. به جز در حالتی که سیگنال در سنسور پیش¬تقویت شده باشد، غلاف شکسته باعث می¬شود که خوانده¬ها دارای نویز بوده و کاهش یابد.
۳٫ تقویت سیگنال pH در سنسور را در نظر بگیرید. بسیاری از سازندگان سنسورهای pHای می-سازند که پیش¬تقویت¬کننده¬هایی در درون خود دارند یا پیش¬تقویت¬کننده¬هایی را تولید می¬کنند که می¬توان آن¬ها را، در یک جعبه تقسیم نزدیک یا روی سنسور، نصب نمود. به طور کلی، یک سیگنال pH تقویت نشده نباید مسیری بیش از ۱۵ فوت را طی نماید. سیگنال¬های تقویت¬شده را می¬توان تا فواصل چندهزار فوت نیز ارسال کرد.

۴٫ آنالیزگر را تا بیشترین حد ممکن خشک نگاه دارید. حتی مقدار اندکی رطوبت بر روی سطح عایق جداکننده¬ی اتصالات pH و مرجع منجر به خطایی بزرگ در اندازه¬گیری می¬شود.

بخش ۷٫۰
نگهداری
۷٫۱ مقدمه
نگهداری سیستم¬های اندازه¬گیری pH بیشتر دربرگیرنده تمیزکاری و کالیبره کردن سنسور pH می-شود. خود آنالیزگر تقریباً نیازمند نگهداری نیست.

۷٫۲ تمیز کردن سنسورهای pH
تعداد دفعاتی که یک سنسور را بایستی بازرسی کرده و تمیز نمود، تنها توسط آزمایش قابل تعیین است. اگر مایع فرایند سنسور را پوشانده یا بر روی آن رسوب کند، تکرر تمیزکاری موردنیاز خواهد بود. اگر فرایند دربرگیرنده درجه بالایی از جامدات معلق نباشد، نیاز به تمیزکاری منظم کمتری وجود خواهد داشت. اندازه¬گیری¬های تشخیصی سنسور، در صورت وجود، قادرند در تعیین نیاز یک سنسور به تمیزکاری مفید باشند. اغلب یک افزایش در امپدانس شیشه یا مرجع نشان¬دهنده رسوب¬گرفتگی الکترود است.

۷٫۲٫۱ روش¬های تمیز کردن
جدول ۷-۱ در زیر، روش¬های تمیز کردن پیشنهادی را فهرست نموده است.
هنگام استفاده از حلال¬های اسیدی یا قلیایی، حلال را دور از اتصال مایع نگاه دارید. اگر حلال تمیزکننده با اتصال تماس یافت، یون¬های هیدروژن (حلال اسیدی) یا یون¬های هیدروکسید (حلال قلیایی) به درون اتصال نفوذ خواهند کرد. چون یون¬های هیدروژن و هیدروکسید تحرک بسیار بیشتری نسبت به سایر یون¬ها دارند، پتانسیل اتصال بزرگی ایجاد خواهند نمود.

وقتی الکترود مجدداً برای کار کردن در جای خود قرار می¬گیرد، یون¬های هیدروژن و هیدروکسید به کندی از اتصال به بیرون نفوذ کرده، باعث می¬شوند پتانسیل اتصال مایع و مقدار pH دچار انحراف شوند. پایدار شدن این مقادیر ممکن است ساعت¬ها یا روزها به طول انجامد.

جدول ۷-۱٫ دستورالعمل¬های تمیزکاری
مشکل پیشنهاد برای تمیزکاری
پوسته ضعیف یا خاک و شن از جریان آب یک بطری شستشوی آب¬فشان برای شستن جامدات از نوک سنسور استفاده کنید. اگر آب مفید نبود، به آرامی و نرمی حباب شیشه و اتصال مایع را با یک پارچه نرم، کاغذ تیشو، سنباده پنبه¬ای، یا یک برس با موهای نرم تمیز نمائید.
روغن و گریس حباب شیشه¬ای را با محلول شوینده خفیف شسته و به طور کامل با آب آب بکشید.

پوسته¬های سخت (پوسته-های سولفات کربنات یا محصولات خوردگی) چنانچه پاک¬کردن نوک سنسور با تیشو یا سنباده¬ی پنبه¬ای پوسته¬ها را از بین نبرد، حباب شیشه را «تنها» در محلول ۵% اسید هیدروکلریک قرار دهید. برای آماده کردن محلول اسید، ۱۵ میلی¬لیتر اسید هیدروکلریک غلیظ را به ۸۵ میلی¬لیتر آب و با همزدن ثابت اضافه کنید. اسید را دور از اتصال مایع و هر بخش فولاد زنگ¬نزن سنسور نگاه دارید. سنسور را به طور کامل با آب دیونیزه شده بشوئید. برخی

پوسته¬ها (برای مثال سولفات کلسیم) به راحتی با اسید تمیز نمی¬شوند. شناورسازی حباب شیشه¬ای در محلول ۲% EDTA دی¬سدیم برای حدود پنج دقیقه می¬تواند مفید باشد. چون محلول¬های EDTA به شیشه آسیب می¬رسانند، از قرار دادن حباب برای مدت طولانی در محلول اجتناب کنید.

همواره سنسور را بعد از تمیزکاری مجدداً کالیبره نمائید. اگر سنسور توسط اسید یا شوینده تمیز شده است، پیش از کالیبراسیون، سنسور را حداقل برای یک ساعت در بافر pH 4 غوطه¬ور سازید.

۷٫۲٫۲ چک کردن الکترود مرجع
برخی فرایندها شامل موادی، مانند سولفیدها، هستند که الکترود مرجع را مسموم می¬سازند. مسمومیت باعث تغییر پتانسیل الکترود مرجع می¬شود. برای مثال، مسمومیت سولفید الکترودهای مرجع را از یک الکترود کلریدنقره/نقره به یک الکترود سولفید نقره/نقره تبدیل می¬کند، و باعث می¬شود پتانسیل در حدود چندصد میلی¬ولت جابجا گردد. نقطه هم¬پتانسیل نیز تغییر می¬کند.

روشی مناسب برای چک کردن مسمومیت مقایسه ولتاژ الکترود مرجع با یک الکترود کلریدنقره/نقره سالم است. الکترود مرجع یک سنسور جدید بهترین انتخاب است. برای چک کردن الکترود مشکوک، هر دو سنسور را در بشر حاوی بافر یا محلول کلرید پتاسیم قرار دهید. قطب¬های اتصال مرجع را به یک ولت¬متر وصل کرده و اختلاف پتانسیل را اندازه بگیرید. اگر الکترود مشکوک خوب باشد، اختلاف نبایستی از حدود ۲۰ میلی¬ولت فرارتر رود. به شکل ۷-۱ در زیر مراجعه کنید. یک الکترود مرجع مسموم اغلب بایستی جایگزین گردد.

 

۷٫۳ کالیبراسیون سنسورهای pH
بسیاری از کاربران کالیبراسیون را به عنوان بخشی از نگهداری معمولی قلمداد می¬کنند. سؤالی که در اینجا مطرح می¬گردد این است که هر چند وقت یکبار بایستی سنسورها را کالیبره نمود.
مانند تمیزکردن، تعداد دفعات کالیبراسیون سنسورها را تنها با آزمایش می¬توان مشخص کرد. فاکتورهای بسیاری بر تعداد دفعات کالیبراسیون تأثیر می¬گذارند. سنسورهایی که در جریانات فرایندی آلوده و یا خورنده نصب شده¬اند، اغلب به تعداد دفعات کالیبراسیون بیشتری نسبت به سنسورهای به کار رفته در آب تمیز احتیاج دارند. سنسورهایی که مقادیر حدی pH، به ویژه pH بالا، را اندازه¬گیری می¬کنند نیز نسبت به سنسورهای اندازه گیرنده pH متوسط به تعداد دفعات کالیبراسیون بیشتری نیاز دارند.

پهنای بازه کنترل ORP یا pH و تبعات شرایط خارج از محدوده تأثیری عمده بر تعداد دفعات کالیبراسیون دارند. هرچه بازه کنترل کم¬پهناتر و حساسیت فرایند به شرایط کنترل بیشتر باشد، سنسور را باید بیشتر چک نمود. نهایتاً، چنانچه داده¬های نظارتی به شعب نظارتی گزارش گردند، خود شعبه تعداد دفعات کالیبراسیون را دیکته خواهد نمود.

از دستورالعمل زیر برای تعیین تعداد دفعات کالیبره کردن یک سنسور pH استفاده نمائید.
۱٫ سنسور را کالیبره کنید. داده¬های کالیبراسیون و پاسخ سنسور در بافرها را ثبت نمائید. یعنی، پس از کالیبراسیون، سنسور را دوباره در بافرها قرار داده و pH و دمای مشخص شده در هر بافر را ثبت کنید. همچنین مقدار فرارفت (offset) و شیب مرجع را یادداشت نمائید.
۲٫ سنسور را در جریان فرایند نصب کنید.
۳٫ پس از بازه مناسب ـ دو هفته برای یک فرایند تمیز، چند روز برای یک فرایند کثیف یا حمله-کننده ـ سنسور را جدا نموده و عملکرد آن در بافرها را چک کنید. مقادیر خوانده شده دما و pH را ثبت کنید. عملکرد سنسور در بافر پس از به کار گرفته شدن در فرایند، شرایط «همانطور که مشخص شده» (as found) نام دارد. داشتن رکوردی مناسب از این داده¬ها گامی مهم در تعیین تعداد دفعات کالیبراسیون است.

۴٫ اگر داده¬های همانطور که مشخص شده قابل قبول باشند، سنسور را مجدداً کالیبره نکنید. آن را به فرایند بازگردانید. چک کردن کالیبراسیون را در همان بازه زمانی یا بازه¬ای اندکی طولانی¬تر ادامه دهید.
۵٫ چنانچه داده¬های همانطور که مشخص شده قابل قبول نباشند، سنسور را یکبار دیگر کالیبره کنید. پس از کالیبراسیون، پاسخ سنسور در هر بافر را چک کرده و تمامی نتایج را ثبت نمائید. همچنین افست و شیب مرجع را یادداشت کنید. سنسور را به فرایند بازگردانید. سنسور را مجدداً در بازه¬ای کوتاه¬تر از بازه قبل چک نمائید. برای نمونه، اگر بازه اولیه دو هفته بوده است، چک کردن را پس از یک هفته تکرار کنید.

۶٫ پس از مدتی مشخص می¬گردد که سنسور تا چه مدت کالیبراسیون خود را حفظ می¬کند. سپس حداقل تعداد دفعات کالیبراسیون را می¬توان تعیین نمود.
۷٫ کالیبراسیون سنسور را حداقل چند بار در طی بازه کالیبراسیون منظم چک کنید. چک کردن-های ضمنی مشخص می¬کنند که آیا سنسور همچنان کالیبره است و نیز اندازه¬گیری¬های انجام شده پس از آخرین کالیبراسیون یا چک کالیبراسیون معتبر هستند یا خیر؟

۷٫۴ ذخیره کردن سنسورهای pH
سنسورهای pH که به کار گرفته نشده¬اند را بایستی انبار نمود. بافر pH 4 مرطوب که به آن مقدار اندکی کلریدپتاسیم اضافه شده است، بهترین محلول برای نگهداری است. سنسورها را در آب دیونیزه یا بافرهای قلیایی نگهداری نکنید. اگر یک سنسور در طول انبار بودن خشک گردید، خیساندن آن در طول شب در یک بافر pH4 اغلب باعث بازگشتن اتصال مرجع و لایه شیشه هیدراته می¬شود.