Sensori di pH

A volte anche definiti sonde del pH, i sensori di pH si utilizzano per misurare la concentrazione di ioni di idrogeno in un fluido per determinarne l'acidità o l'alcalinità. La scala del pH va da 0 a 14, con il pH 7 che definisce una soluzione neutra. Qualsiasi lettura al di sotto di pH 7 è acida e qualsiasi lettura al di sopra di pH 7 è basica.

I sensori pH sono dotati di un elettrodo sensibile al pH e di un elettrodo di riferimento costituito da un filo metallico sospeso in una soluzione elettrolitica stabile e neutra. L'elettrodo di riferimento mantiene una tensione di riferimento costante e chiude il circuito elettrico con l'elettrodo sensibile al pH, consentendo a un piccolo numero di ioni di fluire dalla soluzione di riferimento alla soluzione di processo mediante una piccola apertura porosa definita giunzione del riferimento. Sulla punta dell'elettrodo sensibile al pH è presente un piccolo bulbo realizzato in vetro sensibile al pH. La tensione elettrica che attraversa il bulbo cambia in risposta alla concentrazione di ioni idrogeno del fluido di processo che lo circonda.

Se la concentrazione di ioni idrogeno è più alta all'esterno che all'interno del bulbo di vetro, si crea una tensione positiva che indica che il processo è acido. Se la concentrazione di ioni idrogeno è più bassa all'esterno che all'interno del bulbo di vetro, si crea una tensione negativa che indica che il processo è alcalino. Se la concentrazione di ioni di idrogeno è la stessa su entrambi i lati dell'elettrodo di vetro, la tensione è zero, a indicare che il pH del processo è pari a 7 ovvero è neutro.

Una calibrazione buffer a due punti è il metodo migliore per garantire che un sensore di pH produca misure accurate. Durante una calibrazione a due punti, il trasmettitore calcola i nuovi valori di pendenza e offset zero. Per eseguire la calibrazione, immergere il sensore di pH nella prima soluzione buffer. Attendere che il sensore di pH si adatti alla temperatura del buffer (per evitare errori dovuti a differenze di temperatura tra soluzione buffer e sensore) e che le letture si stabilizzino. Non appena il trasmettitore riconosce il primo buffer, risciacquare la soluzione buffer dal sensore versando sulla punta del sensore una piccola quantità della seconda soluzione buffer. Quindi immergere il sensore nella seconda soluzione buffer e ripetere il processo. Una volta che il trasmettitore ha riconosciuto entrambe le soluzioni buffer, viene stabilita una nuova pendenza del sensore di pH.

Le variazioni di temperatura all'interno di un fluido di processo possono influire sull'accuratezza delle letture del pH. Il livello di pH di una soluzione è inversamente proporzionale alla temperatura. Quando la temperatura all'interno di una soluzione aumenta, il livello di pH diminuisce, rendendo la soluzione più acida. Tutti i sensori di pH Rosemount includono un elemento per la temperatura che consente di regolare le fluttuazioni in base alla temperatura.

Sì, molti sensori di pH possono anche misurare il potenziale di ossidoriduzione (ORP), a volte definito potenziale redox. Mentre i sensori di pH rilevano l'acidità o l'alcalinità di una soluzione in base all'attività degli ioni di idrogeno, i sensori di ORP misurano il potenziale redox di una soluzione in base all'attività degli ossidanti e dei riduttori nella soluzione.

I sensori di pH Emerson si possono utilizzare in una vasta gamma di settori. Ad esempio, nel settore del petrolio e del gas si utilizzano le misurazioni del pH per la raffinazione del distillato di greggio, la pulizia del gas di coda e lo stripping dell'acqua acida. Le industrie chimiche si basano sulla misura del pH per i processi cloro-soda, la produzione di acido solforico e molto altro ancora. Nel trattamento delle acque reflue il pH si utilizza per la desalinizzazione e la purificazione dell'acqua. Per ulteriori esempi e applicazioni spiegate in modo più approfondito, consultare le applicazioni dei sensori di pH riportate di seguito.

La maggior parte dei sensori di pH è monouso, ma alcuni si possono rigenerare e riutilizzare, come i sensori di pH Rosemount 3300/3400/3500. Con questi sensori di pH, l'elettrolita e la giunzione del riferimento si possono sostituire e il sensore può essere quindi riutilizzato. Alcuni processi possono provocare stratificazioni sul vetro del sensore di pH. In queste situazioni, le sonde retraibili consentono una facile pulizia e ricalibrazione del sensore prima del reinserimento.

Ogni applicazione è diversa, ognuna con esigenze e sfide uniche. Emerson offre sensori di pH utilizzabili in vari settori, come chimica, petrolio e gas, acque reflue e altro ancora. Se è necessario un sensore di pH da utilizzare in presenza di temperature elevate, fluidi di processo sporchi, sostanze chimiche aggressive o altre applicazioni specifiche, possiamo offrire il sensore di pH adatto allo scopo.

Un sensore di pH è collegato tramite cavo a un trasmettitore di analisi dei liquidi, a volte definito analizzatore di liquidi. Il trasmettitore riceve i semplici segnali di tensione dal sensore di pH e li converte per la visualizzazione delle letture di pH.

La durata di un sensore di pH varia in base all'applicazione. In applicazioni per uso generico, come  la purificazione dell'acqua, un sensore di pH può durare fino a due anni. In caso di temperature elevate o applicazioni chimiche con condizioni operative gravose, la durata di un sensore di pH è al massimo di sei mesi.