€¦ · 1 Inhaltsverzeichnis Wichtige Instruktionen/ Mitteilungen G-1 Nutzung dieses Handbuches G-3 Kapitel I Beschreibung und Spezifikation Merkmale I-1 I-1 Allgemeine Beschreibung

BetriebsanleitungBA-54epH Rev.AFebruar 2003

Analysator 54eAnalysator 54eAnalysator 54eAnalysator 54eAnalysator 54epHzur Bestimmung von pH-Wertund Redoxpotenzial in wässerigenMedien

http://www.EmersonProcess.de

Software-Version 1.13

Artikel-Nr. 73002087

1

Inhaltsverzeichnis

Wichtige Instruktionen/ Mitteilungen G-1

Nutzung dieses Handbuches G-3

Kapitel I Beschreibung und Spezifikation

Merkmale I-1

I-1 Allgemeine Beschreibung I-1

I-2 Beschreibung der Funktion I-2

I-3 Spezifikation I-3

I-4 Bestellinformationen I-4

Kapitel II Mechanische Installation

II-1 Auswahl des Installationsortes II-1

II-2 Auspacken des Gerätes II-1

II-3 Mechanische Installation II-1II-3-1 Schalttafelmontage II-1II-3-2 Wandmontage II-2II-3-3 Rohrmontage II-2

Kapitel III Elektrische Installation

III-1 Allgemeines III-1

III-2 Netzspannung III-1

III-3 Analoge und Digitale Signale III-2III-3-1 Analogsignale III-2III-3-2 Digitale Signale III-2

III-4 Anschluss von Sensoren III-3III-4-1 Allgemeine Bemerkungen III-3III-4-2 Vorverstärker III-4III-4-3 Anschlussvarianten III-4III-4-4 Einstabmessketten mit PG 13,5 III-5III-4-5 Einstabmessketten PG 13,5 mit Temperaturkompensation III-6III-4-6 pH-Messeinrichtung 320HP III-7III-4-7 Einstabmesskette 328A III-9III-4-8 pH-Sensor 381/381+ III-10III-4-9 pH-Sensor Modell 385+ III-15III-4-10 pH-Sensor Modell 389 III-17III-4-11 pH-Sensor Modell 389VP III-19III-4-12 TUpH-Sensoren 396 und 398 III-20III-4-13 TUpH-Sensoren 396R und 398R III-23III-4-14 TUpH-Sensoren 396P und 396PVP III-25III-4-15 Sensor 399 und 399VP III-28

Kapitel/Seite

Inhalt Inhalt

2

Inhaltsverzeichnis

III-5 Überprüfen der Installation III-30

Kapitel IV Kalibrieren

IV-1 Einleitung IV-1IV-1-1 Allgemeine Bemerkungen IV-1IV-1-2 Display und Tastatur IV-2IV-1-2-1 Display IV-2IV-1-2-2 Funktionstasten IV-2IV-1-2-3 LED's für Alarmmeldungen IV-2IV-1-3 Initial Setup IV-2

IV-2 Kalibrierung der Temperatur IV-3IV-2-1 Allgemeine Bemerkungen IV-3IV-2-2 Prozedur IV-3

IV-3 Einpunktkalibrierung (Standardisierung) IV-4IV-3-1 Allgemeines IV-4IV-3-2 Standardisieren der pH-Messung IV-4IV-3-3 Was passiert während der Standardisierung IV-5IV-3-4 Prozedur IV-5

IV-4 Automatische Pufferkalibrierung IV-6IV-4-1 Allgemeine Bemerkungen IV-6IV-4-2 Prozedur IV-8

IV-5 Manuelle Pufferkalibrierung IV-9

IV-6 Temperaturkompensation IV-11IV-6-1 Allgemeine Bemerkungen IV-11IV-6-2 Prozedur IV-11

IV-7 Einstellung des pH-Slopes IV-12IV-7-1 Allgemeine Bemerkungen IV-12IV-7-2 Prozedur IV-12

IV-8 Hold-Modus IV-13

Kapitel V Softwareeinstellungen Version 1.09

V-1 Einführung V-1

V-2 Einstellung der Alarme V-6

V-3 Änderung der Einstellung der Analogausgänge (PID) V-7

V-4 Analogausgänge (Normalmodus) V-8

V-5 Test der Analogausgänge und Alarme V-9

V-6 Grundeinstellungen unter Display V-10V-6-1 Definition der Parameter V-10V-6-2 Einstellung der Parameter V-11

V-7 Parametrierung der Analogausgänge V-12

Kapitel/Seite

Inhalt

3

Inhaltsverzeichnis

V-7-1 Definitionen V-12V-7-2 Einstellungen im Modus "Normal" V-13V-7-3 Einstellungen im Modus PID V-14

V-8 Parametrierung der Alarme V-16V-8-1 Definitionen V-16V-8-2 Einstellungen im Modus "Normal" V-18V-8-3 Einstellungen im Modus "TPC" V-19

V-9 Einstellung der Diagnosefunktionen V-22

V-10 Einstellung von AutoKal V-26

Kapitel VI Grundlagen der pH-Messung

VI-1 Der pH-Sensor VI-1VI-1-1 Einführung VI-1VI-1-2 Definition des pH-Wertes VI-1VI-1-3 Die konventionelle pH-Skala VI-2VI-1-4 Autopyrolyse des Wassers VI-2VI-1-5 Die Stärke von Säuren und Basen in wässeriger Lösung VI-3VI-1-6 Elektrochemische Gleichgewichte VI-3VI-1-7 Die Messelektrode VI-6VI-1-8 Referenz- oder Ableitelektrode VI-7VI-1-9 Potenzial des Diaphragmas VI-7VI-1-10 Konvertierung der Spannung in den pH-Wert VI-8VI-1-11 Slope der Glaselektrode VI-8VI-1-12 Puffer und Kalibrierung VI-9VI-1-12-1 Allgemeines VI-9VI-1-12-2 Puffersysteme VI-9VI-1-13 Isopotenzial VI-12VI-1-14 Probleme mit dem Potenzial des Diaphragmas VI-13

VI-2 Sensordiagnose VI-14

VI-3 Intervall Timer VI-14

VI-4 Alarme VI-14

VI-5 TPC-Modus (Alarme) VI-15

VI-6 Normalmodus (Alarme) VI-16

VI-7 Analoge Ausgänge VI-16

Kapitel/Seite

Inhalt

4

Inhaltsverzeichnis

VI-8 Prioritätsliste VI-17

VI-9 PID-Regler VI-18

Kapitel VII Spezielle Prozeduren Software-Version 1.09

VII-1 Einführung VII-1

VII-2 Passzahlen VII-1

VII-3 Einstellung des Zugangscodes VII-2

VII-4 Temperaturkompensation VII-3

VII-5 Einstellung der Temperaturkompensation VII-4

Kapitel VIII Fehlersuche und Fehlerbehandlung

VIII-1 Einführung VIII-1

VIII-2 Diagnosemeldungen VIII-2

VIII-3 Anzeige der Diagnose-Variablen VIII-4

VIII-4 Fehlersuche VIII-5

VIII-5 Ersatzteile VIII-11

Kapitel IX Rücksendungen IX-1

Appendix A Softwareeinstellungen Version 1.09 für Redoxpotenzial

A-1 Einführung A-1

A-2 Standardisierung A-6A-2-1 Allgemeines A-6A-2-2 Standardisieren des Redoxpotenzials A-6A-2-3 Was passiert während der Standardisierung? A-6A-2-4 Prozedur A-6

Appendix B Theorie Redoxpotenzial

B-1 Einführung B-1B-1-1 Definition des Redoxpotenzials B-1B-1-2 Elektrochemische Gleichgewichte B-2

B-2 Messelektrode B-5

B-3 Referenz- oder Ableitelektrode B-5

B-4 Potenzial des Diaphragmas B-5

B-5 Zellenspannung und ORP-Wert B-6

B-6 Interpretation einer ORP-Messung B-6

B-7 Kalibrierung B-8

Kapitel/Seite

Inhalt

5

Inhaltsverzeichnis

I-1 Analysator Modell 54epH I-1II-1 Schalttafelmontage des 54epH II-2II-2 Wandmontage des 54epH II-3II-3 Rohrmontage des 54epH II-3III-1 Klemmenleiste TB2 und TB3 des Analysators Modell 54epH III-2III-2 Klemmenleiste TB1 zum Anschluss von pH- und Redoxsensoren III-3III-3 Vorverstärker III-4III-4 Anschlussbelegung Analysator Modell 54epH III-5III-5 Anschluss von Einstabmessketten ohne Temperaturkompensation über Kabel mit AS7-Buchse an

Analysator 54epH III-5III-6 Anschlussbelegung Steckkopf VP6.0 bei PG13,5 Einstabmessketten III-6III-7 Einstabmessketten mit Steckkopf S7 und VP6.0 III-6III-8 Anschluss von Einstabmessketten mit Temperaturkompensation über Kabel mit Buchse VP6.0 an 54epH III-6III-9 pH-Messeinrichtung 320HP III-7III-10 Anschluss 320HP-10-55 an Analysator Modell 54epH III-7III-11 Anschluss 320HP-58 an Analysator Modell 54epH III-8III-12 Sensor 328A mit Montageadapter III-9III-13 Anschluss 328A an Analysator Modell 54epH III-9III-14 pH-Messeinrichtung 381/381+ III-10III-15 Anschluss pH-Messeinrichtung 381+-31-41/43-55 an Analysator Modell 54epH III-10III-16 Anschluss pH-Messeinrichtung 381+-31-42-55 an Analysator Modell 54epH III-11III-17 Anschluss pH-Messeinrichtung 381+-52-62 an Analysator Modell 54epH über

externe Anschlussklemmebox III-11III-18 Präparation des Anschlusskabels P/N 9200273 zum Anschluss von Sensoren über

eine Anschlussklemmenbox III-12III-19 Anschlusskabel 381pH-31-41 vor dem Entfernen des BNC-Steckers III-13III-20 Anschlusskabel 381pH-31-41 nach dem Entfernen des BNC-Steckers sowie Kabel für 381pHE-30-42

und 381pHE-31-42 III-13III-21 Anschluss 381pH-31-41 und 381pHE-31-42 an den Analysator Modell 54epH III-13III-22 Anschluss 381pH-30-41, 381pH-31-41, 381pHE-30-42 und 381pHE-31-42 an den

Analysator Modell 54epH III-14III-23 Präparation des BNC-Steckers der Sensoren 381pH zum Anschluss an den Analysator Modell 54epH III-14III-24 pH-Sensor Modell 385+ III-15III-25 Anschlusskabel 385+-02 III-15III-26 Anschlusskabel 385+-03 III-15III-27 Anschlusskabel 385+-04 III-15III-28 Anschluss 385+-02 an den Analysator Modell 54epH über externe Anschlussklemmenbox 23555-00

mit Vorverstärker 23557-00 III-16III-29 Anschluss 385+-03 an den Analysator Modell 54epH III-16III-30 Anschluss 385+-04 an den Analysator Modell 54epH III-16III-31 pH-Sensor Modell 389 III-17III-32 Anschlusskabel 389-02-54 III-18III-33 Anschlusskabel 389-02-54-62 III-18III-34 Anschluss 389-02-54 an den Analysator Modell 54epH III-18III-35 Anschluss 389-02-54 über die externe Anschlussklemmenbox 23555-00 mit Vorverstärker 23557-00

an den Analysator Modell 54epH III-18III-36 pH-Sensor 389VP III-19III-37 Anschlusskabel P/N 23645-06/07 III-19III-38 Anschluss 389VP an den Analysator Modell 54epH III-19III-39 Anschluss 389VP über die externe Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker

Abbildungen

Kapitel/Seite

Abbildungen

6

Inhaltsverzeichnis

an den Analysator Modell 54epH III-19III-40 pH-Sensor 396/398 TUpH III-20III-41 pH-Sensor 396VP/398VP TUpH III-20III-42 Anschlusskabel 396/398-54 III-20III-43 Anschlusskabel 396/398-54-62 III-20III-44 Anschluss 396-54 und 398-54 an den Analysator 54epH III-21III-45 Anschluss 396-54 und 398-54 an den Analysator 54epH über externe Anschlussklemmenbox

mit Vorverstärker III-21III-46 Anschluss 396VP-54 und 398VP-54 an den Analysator Modell 54epH III-22III-47 Anschluss 396VP-54 und 398VP-54 an den Analysator 54epH über externe Anschlussklemmenbox

mit Vorverstärker III-22III-48 pH-Sensoren Modellreihe 396R und 398R III-23III-49 Anschluss der Sensoren 396R-54 und 398R-54 sowie 396RVP/398RVP an den Analysator Modell 54epH III-23III-50 Anschluss der Sensoren 396R/398R mit integrierter Anschlussklemmenbox an den Analysator 54epH III-23III-51 Anschluss der Sensoren 396R/398R-54-61 an den Analysator Modell 54epH über eine externe

Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker III-24III-52 pH-Sensoren der Modellreihe 396P TUpH III-25III-53 Anschlusskabel 396P-01-55 III-26III-54 Anschluss 396P-01-55 an 54epH III-26III-55 Anschlusskabel 396P-02-55 III-26III-56 Anschluss 396P-02-55 an 54epH III-26III-57 Anschluss 396P-02-55 an den 54epH über externe Anschlussklemmenbox III-26III-58 Anschluss 396PVP an den Analysator 54epH III-27III-59 Anschluss 396PVP über externe Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker an 54epH III-27III-60 pH-Sensor 399 und 399VP III-28III-61 Anschlusskabel 399-09 vor dem Entfernen des BNC-Steckers III-28III-62 Anschlusskabel 399-09 nach dem Entfernen des BNC-Steckers III-28III-63 Anschluss 399-09-62 an den Analysator Modell 54epH III-29III-64 Anschluss 399-09-62 über externe Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker an den Analysator

Modell 54epH III-29III-65 Anschlusskabel P/N 23645-06/-07 III-29III-66 Anschluss 399VP an den Analysator Modell 54epH III-29III-67 Anschluss 399VP über externe Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker an den Analysator

Modell 54epH III-30IV-1 Frontansicht 54epH mit Display, Tastatur und LED's IV-1V-1 Struktur der Menüebenen und Zugang V-5V-2 Alarmlogik V-16V-3 Timerlogik mit einer und zwei Wiederholungen pro Zyklus V-17V-4 Abbildung V-4 Time Proportional Control V-19V-5 Beispiel für die Einstellung von Grenzwerten für Glas Imped Max und Glas Imped Min zur Über-

wachung der Impedanz einer Glaselektrode V-23V-6 Beispiel für die Einstellung von Fehlergrenzen bei der Überwachung einer Ableitelektrode

mit niedriger Impedanz V-23VI-1 Prinzipaufbau einer pH-Messung VI-1VI-2 Aufbau der Glaselektrode VI-6VI-3 Schnitt durch die pH-sensitive Glasmembran VI-6VI-4 Aufbau der Ableitelektrode VI-7VI-5 Diffusionspotentiale an einem Diaphragma VI-7VI-6 Abhängigkeit der Zellenspannung vom pH-Wert bei 25 und 50 °C VI-8VI-7 Pufferkapazität in Abhängigkeit von der Gesamtkonzentration c0 VI-10

Abbildungen

Kapitel/Seite

7

Inhaltsverzeichnis

Abbildungen

Kapitel/Seite

VI-8 Zweipunktkalibrierung einer pH-Elektrode mit Pufferlösungen VI-12VI-9 Einfluss der Diffusionspotentiale auf die Genauigkeit der pH-Messung VI-13VI-10 TPC-Modus (Time Proportional Control) VI-15VI-11 Alarmlogik VI-16VI-12 Prozessreaktionskurve VI-20VIII-1 Sensorspannung als Funktion des pH-Wertes bei 25 °C VIII-5VIII-2 Anschlussklemmenbox für 396R mit Vorverstärker P/N 23709-00 VIII-7VIII-3 Jumper an TB1 Analysator Modell 54epH VIII-7A-1 Struktur der Menüebenen und Zugang A-5B-1 Aufbau einer Messanordnung zur Bestimmung des Redoxpotentials B-1B-2 Vorgänge an einer Pt-Redoxelektrode, Redoxpaar Fe2+/Fe3+ B-4B-3 Aufbau einer Redoxelektrode B-5B-4 Aufbau der Referenzelektrode B-5B-5 Diffusionspotentiale an einem Diaphragma B-6B-6 Abhängigkeit des ORP von der Konzentration B-6

8

Inhaltsverzeichnis

FlowCharts

VIII-1 Vorverstärker im Analysator oder direkt im Sensor VIII-8VIII-2 Vorverstärker in externer Anschlussklemmenbox VIII-9

I-1 Technische Daten Analysator Modell 54epH I-3I-2 Bestellcode für Analysator Modell 54epH I-4I-3 Zubehör für Analysators Modell 54epH I-4III-1 Einstabmessketten von Fisher-Rosemount mit PG13,5 sowie Anschluss S7 III-5III-2 Einstabmessketten von Fisher-Rosemount mit PG13,5 sowie Anschluss VP6.0 III-6III-3 Übersicht über Anschluss des 381+ an Analysator Modell 54epH III-10III-4 Übersicht über Anschluss des 381pH und 381pHE an den Analysator Modell 54epH III-13III-5 Übersicht über Anschluss des 385+ an den Analysator Modell 54epH III-14III-6 Übersicht über Anschluss des Sensors Modell 389 an 54epH III-17III-7 Übersicht über Anschluss des Sensors Modell 396, 398, 396VP und 398VP 89 an den

Analysator Modell 54epH III-20III-8 Übersicht über Anschluss der Modelle 396R und 398R an den Analysator Modell 54epH III-23III-9 Übersicht über Anschluss der Modelle 396P an Analysator Modell 54epH III-25III-10 Übersicht über Anschluss des 399 an Analysator 54epH III-28IV-1 pH-Wert von Standardpuffern sowie Temperaturbereiche mit definierter pH-Abhängigkeit IV-7IV-2 pH-Wert von technischen Puffern und Temperaturbereiche mit def. pH-Abhängigkeit IV-7V-1 Softwareeinstellungen Teil 1 von 4 für pH-Wert V-1V-1 Softwareeinstellungen Teil 2 von 4 für pH-Wert V-2V-1 Softwareeinstellungen Teil 3 von 4 für pH-Wert V-3V-1 Softwareeinstellungen Teil 4 von 4 für pH-Wert V-4VI-1 Temperaturabhängigkeit des Ionenproduktes des Wassers VI-2VI-2 Temperaturabhängigkeit des Slopes der Glaselektrode VI-8VI-3 Korrespondierende Säure/Base-Paare mit zugehörigem pH-Wert der größten Pufferkapazität VI-10VI-4 Prioritätsliste bei verschiedenen Bedingungen für die analogen Ausgänge und digitalen Signale VI-17VIII-1 Fehlermeldungen und Fehlerbeschreibung VIII-2VIII-2 Fehlerbehandlung Teil 2 VIII-3VIII-3 Widerstände eines Pt 100 und Pt 1000 in Abhängigkeit von der Temperatur VIII-6VIII-4 Leitfaden zur systematischen Fehlersuche VIII-10VIII-5 Ersatzteile VIII-11A-1 Softwareeinstellungen Teil 1 von 4 für Redoxpotenzial A-1A-1 Softwareeinstellungen Teil 2 von 4 für Redoxpotenzial A-2A-1 Softwareeinstellungen Teil 3 von 4 für Redoxpotenzial A-3A-1 Softwareeinstellungen Teil 4 von 4 für Redoxpotenzial A-4B-1 Spannungsreihe einiger Ionen-Umladungen und komplizierter Redoxsysteme in Wasser

bei 25 °C und Normaldruck B-2B-2 ORP=F(pH) B-7B-3 Einfluss des pH-Wertes auf das Redoxpotential am Beispiel des Redoxpaares HOCl und Cl- B-8

Tabellen

Kapitel/Seite

FlowCharts

Tabellen

G-1

Allgemeine Hinweise

Wichtige Instruktionen/Mitteilungen

Lesen Sie diese Seite, bevor Sie sich mit dem weiterenInhalt des Handbuches vertraut machen.

HinweisAlle für den Analysator 54epH verfüg-baren Sensoren müssen vor der Instal-lation kalibriert werden. Werden dieSensoren ohne Einstellung des Null-punktes in den Prozess eingebaut, sokommt es zu erheblichen Schwierig-keiten bei der Kalibrierung dann, wennder Prozess bereits läuft, die Rohrlei-tung oder der Reaktor bereits unterDruck stehen. Ein Ausbau der Senso-ren ist dann oft nur möglich, wenn derProzess unterbrochen wird.

Die von Emerson Process Management entwickeltenund hergestellten Geräte werden hinsichtlich der Einhal-tung der verschiedensten nationalen und internationalenStandards getestet. Da es sich um technisch an-spruchsvolle Geräte handelt, müssen diese zur Gewähr-leistung der Spezifikationen fachgerecht installiert undgewartet werden. Die nachfolgenden Hinweise solltendaher genau befolgt werden und in Ihr Sicherheitskon-zept eingebunden werden. Dies betrifft die Installation,den normalen Betrieb sowie die Wartung der Geräte.Nichteinhaltung der Hinweise und Bemerkungen in die-sem Handbuch können zu Situationen führen, die denTod der handelnden Personen, einen bleibenden ge-sundheitlichen Schaden dieser zur Folge haben. Wei-terhin können erhebliche Schäden an Produktionsanla-gen oder kommunalen Einrichtungen oder den Gerätenselbst auftreten. Schenken Sie deshalb folgendenPunkten unbedingte Beachtung:

Lesen sie sich sehr sorgfältig alle In-struktionen und Hinweise zur Installati-on, zum Betrieb und zur Wartung dervon Fisher-Rosemount gelieferten Ge-räte durch. Passt das der Lieferungbeiliegende Handbuch oder die Doku-mentation nicht zu den gelieferten Ge-räten, so wenden Sie sich unbedingt an

Fisher-Rosemount. Es wird Ihnendann unverzüglich die richtige Doku-mentation zur Verfügung gestellt.Bewahren Sie die Dokumentation ord-nungsgemäß auf, denn diese enthältauch Verweise auf benötigte Ersatztei-le und Verweise zur Behebung leichterFehler.Sollten Sie, aus welchem Grund auchimmer, eine Instruktion oder Bemer-kung nicht verstanden haben, so wen-den Sie sich ebenfalls an Fisher-Rose-mount, um den Sachverhalt zu klären.Informieren und unterrichten Sie IhrPersonal im Umgang, in der Installati-on, über den Betrieb und über dieWartung der Geräte.Installieren Sie die Geräte wie imHandbuch dargestellt und in Überein-stimmung mit den national gültigen Nor-men und Gesetzen. Um den sicherenBetrieb der Geräte zu gewährleisten,darf nur qualifiziertes Personal die In-stallation, den Betrieb, das Program-mieren und die Wartung der Gerätedurchführen.Falls Ersatzteile in die Geräte einge-baut werden müssen so sorgen Siebitte dafür, dass nur qualifizierte Per-sonen Reparaturen durchführen undErsatzteile von Fisher-Rosemount ein-gesetzt werden. Andererseits könnenhohe Risiken für den Betrieb der Gerä-te bzw. Abweichungen von der Spezi-fikation eintreten.Stellen Sie sicher, dass alle Geräte-türen verschlossen und alle Abdeckun-gen der Geräte ordnungsgemäß ange-bracht wurden. Andererseits könnenRisiken für Leben und Gesundheit derMitarbeiter entstehen.

G-2

Allgemeine Hinweise

Nachfolgend werden Warnungen, Sicherheitshinweiseund Hinweise deklariert, wie sie in diesem Handbuchverwendet werden.

WarnungWarnungen erfolgen an entsprechen-der Position in diesem Handbuch, fallsdas Nichteinhalten beschriebener Pro-zeduren, Vorgänge oder Montagen zugesundheitlichen Schäden, dem Tododer langwierigen gesundheitlichenSchäden führen kann.

AchtungDerartig deklarierte Informationen er-folgen an entsprechender Position indiesem Handbuch, falls das Nichteinhaltenbeschriebener Prozeduren, Vorgängeoder Montagen zu Systemzerstörungenoder teilweisen Beschädigungen füh-ren kann.

HinweisHinweise, die zu einem besseren Ver-ständnis der beschriebenen Vorgängeund Prozeduren führen.

AchtungEinsatzbedingungen, Sicherheitsbe-stimmungen für Montage, Betrieb undWartung der Geräte in Zone I beachten.

AchtungSystem kann unter Druck stehen. AlleHinweise zur Montage und Demontagevon Sensoren beachten.

AchtungBei Eingriffen in den Prozess, bei Mon-tage oder Demontage von Sensorenoder Armaturen die Augen und andereKörperteile gegen Kontakt mit demProzessmedium schützen.

AchtungDer Umgang mit offenem Licht undFeuer ist untersagt bzw. verboten.

AchtungEs besteht die Möglichkeit, mit saurenoder basischen Flüssigkeiten in Berüh-rung zu kommen. Schützen Sie IhreAugen und andere Körperteile gegenden Kontakt mit derartigen Flüssigkei-ten.

AchtungSuchen Sie bitte einen Arzt auf, falls einin diesem Handbuch beschriebenesEreignis tatsächlich eingetreten ist.Weder Fisher-Rosemount noch ande-re betriebliche Institutionen überneh-men Haftungsansprüche, falls Sie fahr-lässig bzw. unsachgemäß handelnsowie mögliche gesundheitliche Be-einträchtigungen und Spätfolgen durchdas Nichtaufsuchen eines Arztes fahr-lässig provozieren.

AchtungHeiße Oberfläche bzw. erhöhte Pro-zesstemperatur. Kontakt mit der hei-ßen Oberfläche oder Kontakt mit demunter erhöhter Temperatur stehendenProzessmedium können zu Verbren-nungen führen.

HinweisDie Schulung des Personals ist hin-sichtlich eines sachgerechten Umgan-ges mit dem Gerät unbedingt notwen-dig. Sofern Reparaturen durchzuführensind, stellt Fisher-Rosemount Kursezur Schulung und Qualifizierung IhresPersonals zur Verfügung.

G-3

Allgemeine Hinweise

Nutzung dieses Handbuches

Dieses Handbuch wurde erstellt, um den Anwender beider Installation, dem Betrieb und der Wartung derAnalysatoren Modell 54epH von Fisher-Rosemount zuunterstützen. Weiterhin enthält dieses Handbuch An-weisungen zum Anschluss und zur Installation verschie-dener Sensoren.

In diesem Handbuches wird der Analysator Modell54epH/ORP zur Messung des pH-Wertes, des ORPoder des Redoxpotenzials beschrieben. Bitte beachtenSie diesen Hinweis.

Das Handbuch wurde in mehrere Kapitel unterteilt. DerInhalt der einzelnen Kapitel ist aus dem Inhaltsverzeich-nis ersichtlich.

Änderungen vorbehalten.

© 2002

I Beschreibung und Spezifikation

Beschreibung und Spezifikation

I - 1

MerkmaleUmfassende SensordiagnoseMenüführung in Klartext, 5 unterschiedliche Sprach-versionenOptional Bedienung über HART-Handterminal 275oder Laptop mit AMS-Software (Asset ManagementSolutions)Korrosions- und wetterfestes IP65-FeldgehäuseAnschluss unterschiedlicher Glas- und Bezugs-elektrodensystemeKalibrierung mit automatischer Puffererkennungund StabilisierungsprüfungZwei analoge Ausgänge für pH und Temperatur(optional auch PID-Funktion)3 Alarme mit programmierbarer Logik und zusätzlichAlarm für Systemfehler

I-1 Allgemeine Beschreibung

Der Analysator Modell 54epH ist für die Überwachungund Regelung des pH-Wertes oder des Redoxpotenzialsin industriellen Prozessen konzipiert. Über die Softwaredes 54epH wird die Messmethode (pH-Wert oder Re-doxpotenzial) ausgewählt. Der Analysator verfügt überumfassende Diagnosefunktionen für die jeweils einge-setzte pH-Elektrode.Der Analysator verfügt über ein robustes, wetterfestes,korrosionsbeständiges IP65-Feldgehäuse ausEpoxidharz-lackiertem Aluminiumguss. Er ist für Schalt-tafel-, Rohr- und Wandmontage geeignet. Alle Funktio-nen sind über die Folientastatur auf der Frontplattezugänglich.Optional kann der Analysator auch über das HART-Protokoll mittels Handterminal 275 oder einen PC mitAMS-Software bedient werden. Auf dem Flüssigkristall-Display werden ständig die Prozessvariable, die Pro-

KAPITEL IBeschreibung und Spezifikation

I-1 Allgemeine BeschreibungI-2 Beschreibung der FunktionI-3 SpezifikationI-4 Bestellinformationen

zesstemperatur, der Wert des ersten analogen Ausgan-ges und zwei weitere Prozessparameter, wie zum Bei-spiel Grenzwerte für Prozessalarme oder Diagnose-werte, angezeigt.Zwei voneinander unabhängige galvanisch getrennteAnalogausgänge stellen den pH-Wert oder das Redox-potenzial sowie die Prozesstemperatur für übergeord-nete Systeme zur Verfügung.

Abbildung I-1 Analysator Modell 54epH

54pH

_bla

u.jp

g

Beschreibungund

Spezifikation


I - 2

I-2 Beschreibung der Funktion

Der Analysator Modell 54epH verfügt nach dem Start über ein übersichtli-ches LCD-Display mit großer Anzeige der Prozessvariable (pH oderRedoxpotenzial), mit Anzeige der durch den Sensor gemessenen Prozess-temperatur, des aktuellen Wertes des Analogausganges 1 sowie dereingestellten Werte für die Prozessalarme AL1 und AL2.Nach dem Betätigen einer der Funktionstasten F1 bis F4 wird das Haupt-menü eingeblendet. Mit den Cursortasten sowie Enter (F4) können dieUntermenüs Kalibrierung, Diagnose sowie Programm angewählt werden.Mit Exit (F1) kehrt man automatisch in den Prozessmodus zurück.Das Modell 54epH verfügt über eine moderne Sensor- und Systemdiagnosedie es erlaubt, Fehler schnell zu erkennen und geeignete Maßnahmeneinzuleiten. Folgende Fehler werden auf dem Display des 54epH gemeldet:• Glaselektrode gesprungene oder gebrochen,• Referenzelektrode blockiert bzw. Elektrolyt verbraucht,• Glaselektrode gealtert, Kalibrierung wird empfohlen,• Sensor defekt oder nicht im Prozessmedium eingetaucht,• Vergiftete Referenzelektrode (nur im Off-Line Betrieb),• Temperaturmessung defekt,• Sensor nicht angeschlossen,• Slope ausserhalb der zulässigen Toleranz sowie• ElektronikfehlerIm Falle einer Störung oder eines kritischen Systemfehlers zeigt derAnalysator eine entsprechende Fehlermeldung an und es leuchtet die roteLED an der Frontplatte auf. Die analogen Ausgänge werden gleichzeitig aufvorgewählte Fehlerwerte gesetzt. Ein Relais für Systemfehler kann dazuverwendet werden, dem Bediener eine sicht- oder hörbare Alarmmeldungzu geben. Grenzwerte für Impedanz der Glas- und Referenzelektrode sindprogrammierbar. Die Glasimpedanz ist zwecks höherer Messgenauigkeittemperaturkompensiert.Für die automatische Puffererkennung wurden Pufferwerte der gebräuch-lichsten Pufferstandards und ihre Temperaturkurven im 54epH gespeichert.Der Analysator erkennt zwei der drei auswählbaren Pufferwerte für dieZweipunktkalibrierung und führt außerdem eine Stabilisierungsprüfung fürjeden Puffer durch. Um bei der Kalibrierung oder des Austausches einerElektrode übergeordnete Steuerungen oder Regelungen nicht zu beeinflus-sen, kann der Analysator während der Pufferkalibrierung in den HOLD-Modus gesetzt werden. Der analoge Ausgang wird während dieser Zeit aufdem letzten aktuellen Messwert gehalten bzw. auf einen programmiertenWert gesetzt. Drei Prozessalarme sind als Standard im 54epH implemen-tiert. Für alle Alarme können obere oder untere Grenzwerte programmiertwerden. Grüne LEDs an der Frontplatte zeigen den Zustand der Alarmrelaisan. Zur Berechnung des pH-Wertes aus der Zellenspannung der pH-Elektrode ist die Kenntnis der aktuellen Prozesstemperatur notwendig. Zu

Prozessdisplay des 54epH mit Prozessvari-able, Temperatur, Analogsignal Ausgang 1

sowie Alarmgrenzwerte

Menüführung nach dem Betätigen einer derFunktionstasten

Anzeige von Fehlermeldungen auf demDisplay des 54epH

I-54e

pH-2

.JP

GI-5

4epH

-3.J

PG

I-54e

pH-4

.JP

G


I - 3

Gehäuse IP65, Aluminiumguss mit Epoxidharzbeschichtung

Abmessungen 144 x 144 x 132 (H x B x T)

Tastatur Membrantastatur mit Druckpunkt (4 Funktionstasten und 4 Cursor-Tasten)

Display LCD, 35 x 70 (H x B), Kontrast ist menügesteuert

Anzeige der Prozessvariable Höhe 16 mm

Netzspannung Code 01: 100-127 VAC, 50/60 Hz ± 6% und 200-253 VAC, 50/60 Hz ± 6%Code 02: 20-30 VDC

Leistungsaufnahme 6 Watt

Analogsignal 2x (0)4-20 mA, maximale Bürde 600 Ω bei 24 VDC sowie 115/230 VAC oder 550 Ωbei 100/200 VAC, Ausgang 1 mit HART-Kommunikation

Variablen pH-Wert, Redoxpotential, Temperatur, Impedanz Glaselektrode oder Impedanz derReferenzelektrode

Elektrische Klassifizierung EN 500 81-1EN 500 82-2EN 61010-1

Zul. Umgebungstemperatur 0-50 °C (-20 bis 60 °C, die Qualität der Anzeige ist zwischen -20 und 0 sowie 50 und 60°C eingeschränkt)

Zulässige relative Luftfeuchte 95 %, nicht kondensierend

Digitale Signale Relais 1,2,3 Prozessalarm, Timer, TPC-Modus, Indikation durch LED auf der Frontplatte, Form A,SPST, N.O.

Relais 4 Systemfehler, Indikation durch LED auf der Frontplatte Form C, SPDT

Resistiv Induktiv28 VDC 5 A 3 A115 VAC 5 A 3 A230 VAC 5 A 1,5 A

Gewicht/Versandgewicht 1,1/1,6 kg

Messbereiche 0-14 pH oder -1.400-1.400 mVMessbereichsunterdrückung 0-13 pH oder ± 2.550 mVSpan 1-14 pH oder 100-2.800 mVGenauigkeit ± 0,01 pH oder ± 1,0 mVReproduzierbarkeit ± 0,01 pH oder ± 1,0 mVStabilität ± 0,01 pH/Monat oder ± 1,0 mV/MonatTemperaturkoeffizient Eingangssignal: ± 0,003 pH/°C oder ± 0,2 mV/°C

Ausgangssignal: ± 0,006 pH/°C oder ± 0,4 mV/°CTemperaturkompensation Automatisch oder Manuell Pt 100 oder Pt 1000

diesem Zweck kann der Analysator Modell 54epH dieSignale von 3- oder 4-Leiter Pt100/ Pt 1000 Temperatur-sensoren verarbeiten. Ist die Prozesstemperatur kon-stant, so kann im Menü Kalibrierung der ParameterTemp Komp auf manuell eingestellt werden. Es erfolgtdann die Eingabe der Prozesstemperatur, mit der derAnalysator den pH-Wert berechnen soll.

Tabelle I-1 Technische Daten Analysator Modell 54epH

I-3 Spezifikation

In Tabelle I-1 werden die technischen Daten des Ana-lysators 54epH in übersichtlicher Form dargestellt.


I - 4

Bestellcode

54epH Analysator zur Bestimmung des pH-Wertes oder des Redoxpotenzials

Code Netzspannung 01 115/230 VAC, 50/60 Hz 02 24 VDC

Code Optionen 09 HART Protokoll 20 PID-Funktion

54epH 02 09

I-4 Bestellinformationen

In den Tabellen I-2 sowie I-3 wird Ihnen ein Überblicküber die Bestellcodes sowie notwendiges Montage-zubehör gegeben.

Zubehör

Teilenummer Teilebenennung

9240048-00 Tag-Schild aus Edelstahl2002577 2"-Rohr- oder Wandmontagesatz23545-00 Schalttafelmontagesatz23554-00 Kabelverschraubungen PG 13,5 (Anzahl 5)

Tabelle I-2 Bestellcode für Analysator Modell 54epH

Tabelle I-3 Zubehör für Analysator Modell 54epH

II Mechanische Installation

Mechanische Installation

II - 1

Dieses Kapitel beschreibt die Installation des Analysa-tors Modell 54epH.

WarnungAlle Anschlüsse, Abschirmungen undErdungen müssen entsprechend dereinschlägigen gesetzlichen Richtlinienund Normen der Installation elektri-scher Geräte entsprechen. SchaltenSie nicht die Spannungsversorgungzu, bevor Sie nicht die Richtigkeit derelektrischen Installation überprüft ha-ben.

II-1 Auswahl des Installationsortes

Der Installationsort für den Analysator 54epH sollte sogewählt werden, dass dieser keinen extremen Schwan-kungen der Umgebungstemperatur, keinen Vibrationenoder anderen mechanischen Einflüssen ausgesetzt ist.Montieren Sie das Gerät in einiger Entfernung vonProzess, so dass keine Chemikalien oder Chemikalien-dämpfe an das Gerät gelangen können.Der Abstand zu elektrischen Leitungen mit Hochspan-nung sollte mindestens einen Meter betragen. DerAnalysator muss für das Bedienpersonal gut zugänglichsein und sollte nicht direkt der Sonneneinstrahlungausgesetzt werden.

II-2 Auspacken des Gerätes

Bevor Sie mit der Installation des Analysators Modell 54ebeginnen, überprüfen Sie bitte nachfolgende Punkte:

Überprüfen Sie bitte, ob die Verpackung währenddes Transportes beschädigt wurde. Falls die Verpak-kung beschädigt ist, informieren Sie sofort denTransportunternehmer.

KAPITEL IIMechanische Installation

II-1 Auswahl des InstallationsortesII-2 Auspacken des GerätesII-3 Mechanische Installation

Ist die Verpackung intakt, packen Sie den Analysatorund alle gelieferten Teile aus.Kontrollieren Sie den Erhalt der im Lieferscheinaufgeführten Teile. Falls die Lieferung nicht komplettist, informieren Sie Fisher-Rosemount.

II-3 Mechanische Installation

Der Analysator kann optional mit entsprechendemMontagematerial für Schalttafel-, Wand- oder Rohr-montage ausgeliefert werden. Erfolgt die Montage aneiner Rohrleitung, so sollte diese nicht zu dicht amProzess lokalisiert sein oder vibrieren. Das Montage-material kann entsprechend Ihren Bedürfnissen modi-fiziert werden oder Sie benutzen die nachfolgendenDarstellungen als Vorlage zur Herstellung Ihres eigenenMontagematerials.

II-3-1 SchalttafelmontageDer Analysator Modell 54epH ist für die Montage ineinem Schalttafelausschnitt nach DIN (144 x 144 mm)geeignet (siehe Abbildung II-1). Die Schalttafel mussvon vorn und von hinten gut erreichbar sein (Abb. II-1).

Schritt 1. Installieren Sie den Analysator 54e wie inAbb. I-2 gezeigt wird. Setzen Sie das Analysatorge-häuse von vorn in die Schalttafel ein und befestigenSie die Montageklammern entsprechend der Abbil-dung II-1.Schritt 2. Nachdem der Analysator in den Schalttafel-ausschnitt geschoben wurde, setzen Sie die 2Montagebügel entsprechend an und ziehen diesenun mit Schrauben solange gegen die Schalttafel, bisder Analysator fest in der Schalttafel sitzt. WendenSie keine Gewalt an, da sonst die Montageklammernbeschädigt werden könnten.

MechanischeInstallation


II - 2

II-3-2 WandmontageDie Wandmontage des 54epH erfolgt ähnlich wie dieRohmontage (vgl. Abschnitt II-3-3). Hier werden jedochim Unterschied zur Rohrmontage entsprechende Dübelin die Wand eingelassen und die Montageplatte dann mitbereits auf der Platte installiertem Analysator an derWand befestigt.

II-3-3 RohrmontageSchritt 1. Montieren Sie den Analysator 54e auf derMontageplatte für Rohrmontage (vgl. Abb. II-2).Schritt 3. Befestigen Sie nun die Montageplatte mitHilfe der U-Bolzen, Muttern und Scheiben in geeig-neter Form an einer Rohrleitung.

Gesamtansicht Schalttafelmontage

Frontansicht

Unteransicht

Alle Maße in mm

Seitenansicht

Schalttafelausschnitt 138 x 138 mm

Montageklammern,Schrauben, Scheiben

144

144

50,8

o 21,5

155,7

139,

735

33,567,3

139,7

28,7

Abbildung II-1 Schalttafelmontage des 54epH

54e_

tafe

l3d.

TIF

54e_

tafe

lfron

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54e_

Tafe

l_U

A.T

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II - 3

Installation des Analysators

54e_

Mon

tage

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UA

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54e_

Roh

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A.T

IF

Frontansicht

Seitenansicht

Unteransicht

67,4

o 21,5

190,5

157,

5 35

33,567,3

101,

6

132,1180,4

22,2

12,7 165,1144

15,1

144

o 9,5

Montageplatte

U-Bolzen Rohr 2" max.

Abbildung II-3 Rohrmontage des 54epH

Gesamtansicht Rohrmontage

Frontansicht

Seitenansicht

Unteransicht

67,4

o 21,5

190,5

157,

5 35

33,567,3

101,

6

132,1

12,7 165,1144

15,1

144

o 9,5

Abbildung II-2 Wandmontage des 54epH

Gesamtansicht Wandmontage

Montageplatte

54e_

mon

tage

_Wan

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54e_

mon

tage

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d.TI

F

III Elektrische Installation

Elektrische Installation

III - 1

III-1 Allgemeines

Der Gehäusedeckel des Analysators Modell 54epH istmit 4 Schrauben gesichert. Lösen Sie diese 4 Schrau-ben und klappen Sie den Deckel zur Seite. Nach demÖffnen des Gehäusedeckels des wird die Anschluss-klemme TB1 für den Sensor sowie die KlemmenleisteTB2 für die Analogsignale sichtbar. Um die Netzspan-nung sowie die digitalen Signale (Alarm 1 bis 4)anzuschliessen, muss eine weitere, mit einer Schraubegesicherte Abdeckung im Gehäuse entfernt werden.

HinweisBevor Sie sich vor Beginn diese Arbei-ten das passende Werkzeug zurecht.Sie benötigen einen Kreuzschlitz-schraubendreher mittlerer Größe, umden Deckel des Analysators zu öffnenund die elektrischen Verbindungen anden Klemmenleisten TB2 und TB3 her-zustellen sowie einen kleinen Schrau-bendreher mit einer flachen Spitze, umdas Anschlusskabel des Sensors ander Klemmenleiste TB1 zu installieren.

III-2 Netzspannung

Der Analysator Modell 54epH kann mit 115, 230 VoltWechselspannung oder mit 24 Volt Gleichspannungbetrieben werden. Die Netzspannung ist bei der Bestel-lung anzugeben (Code 01: 115/230 VAC, 50-60 Hz;Code 02: 24 VDC). Der Anschluss der Netzspannungerfolgt an TB3.

KAPITEL IIIElektrische InstallationIII-1 AllgemeinesIII-2 NetzspannungIII-3 Analoge und Digitale SignaleIII-4 Anschluss von SensorenIII-5 Überprüfen der Installation

WarnungVergewissern Sie sich bitte vor demAnschluss des 54epH an die Netz-spannungsversorgung, dass diesewährend der Installation durch einegeeignete Maßnahme unterbrochenwurde, zum Beispiel einen Sicherungs-automaten. Andernfalls können Gefah-ren für Leben oder Gesundheit derjeni-gen resultieren, die diese Arbeiten zurelektrischen Installation des Analysa-tors 54epH durchführen.Nutzen Sie für die Installation der elek-trischen Anschlüsse wasserdichteKabelverschraubungen.

AchtungWerden die Kabeldurchführungen nichtmit ordnungsgemäßen Verschraubun-gen versehen oder nicht entsprechendder allgemein üblichen Verfahren ord-nungsgemäß abgedichtet, so kannWasser in den elektronischen Teil desAnalysators eindringen und zu Fehl-funktionen bzw. zur Zerstörung desGerätes führen.

ElektrischeInstallation


III - 2

AchtungAlle Anschlüsse, Abschirmungen undErdungen müssen entsprechend dereinschlägigen gesetzlichen Richtlinienund Normen der Installation elektri-scher Geräte entsprechen. SchaltenSie nicht die Spannungsversorgungzu, bevor Sie nicht die Richtigkeit derelektrischen Installation überprüft ha-ben.

III-3 Analoge und Digitale Signale

III-3-1 AnalogsignaleDer Analysator verfügt über 2 galvanisch getrennteanaloge Ausgänge (0) 4-20 mA. Über die Anschluss-klemmenleiste TB2 können die analogen Signale nachextern verbunden werden. Der Ausgang 1 wird über TB2-4 und TB2-5 angeschlossen. Bei Gerätecode -09 istüber diesen Ausgang auch eine Kommunikation mit dem54epH via HART möglich. Der Analogausgang 2 wirdüber die Klemmen TB2-1 und TB2-2 ange-schlossen.Das Analogsignal kann optional auch als PID-Reglerfungieren und direkt einer Regelung zugeführt werden.

Abbildung III-1 Klemmenleiste TB2 und TB3 des Analysators Modell 54epH

Netzspannung abschalten, bevor Arbeiten am54epH durchgeführt werden. Anderfallskönnen hohe Risiken für die Gesundheit odersogar der Tod eintreten. Im Falle einerVersorgung des 54epH mit 24 Volt VDCwerden die Klemmen TB3-1 für +24 VDC undTB3-2 für -24 VDC gewnutzt.

III-3-2 Digitale SignaleDer Analysator 54epH verfügt über 3 Alarmrelais, die imNormalzustand offen sind. Alarm 1 wird über die Klem-men TB3-4 und TB3-5 angeschlossen. Dieses Relaiswird meistens zur Ansteuerung einer Dosierpumpe oderdergleichen genutzt. Alarm 2 wird über die KlemmenTB3-6 und TB3-7 angeschlossen und kann zur Visua-lisierung eines Prozessalarmes mittels einer Warn-leuchte bzw. für eines akustisches Signal benutzt wer-den. Der Alarm 3 wird über die Klemmen TB3-8 und TB3-9 angeschlossen. Alle dieser Alarme können für dieProzessvariable (pH-Wert, Redoxpotenzial) oder dieTemperatur aktiviert werden. Zusätzlich können dieseAlarme zur Ansteuerung von Pumpen oder Ventilengenutzt werden. Beachten Sie dabei jedoch, dass dasangeschlossene Gerät die maximal zulässigen Wertefür Spannung und Strom nicht übersteigen (vgl. TabelleI-1 auf Seite I-3). Sollte dies der Fall sein, so nutzen Sieein externes Relais, das über die Alarmrelais 1 bis 3angesteuert wird. Um einen dieser digitalen Ausgängezur Ansteuerung von Pumpen oder Ventilen zu nutzen,muss eine externe Spannungsquelle verwendet werden.

54ep

H_I

II_1.

TIF


III - 3

Abbildung III-2 Klemmenleiste TB1 zum Anschluss von pH- und Redoxsensoren

54ep

H_I

II_2.

TIF

III-4 Anschluss von Sensoren

III-4-1 Allgemeine BemerkungenDer Anschluss der Sensoren an den 54epH erfolgt ander Klemmenleiste TB1, die sich innen im Gehäuse-deckel des Analysators befindet. In Abbildung III-2 wird dieBelegung der Anschlussklemme TB1 für pH- und Redox-sensoren gezeigt. Informieren Sie sich im Handbuch desSensors sowie auf den nachfolgenden Seiten über denAnschluss des Ihnen zur Verfügung stehenden Sensor.

WichtigAlle Verbindungen des Sensors zumAnalysator müssen ordnungsgemäßund in Übereinstimmung mit den An-weisungen in diesem sowie des Hand-buches des jeweiligen Sensors durch-geführt werden. Alle Erdungen sowieKonfektionierungen des Sensorkabelsmüssen besondere Beachtung finden.Werden diese Anweisungen nicht be-achtet, so können Fehlfunktionen desMesskreises zu gefährlichen Situatio-nen führen, insbesondere dann, wenndie Signale direkt in Regelungen undDosierungen eingebunden sind.

Anschluss von Sensoren

III-4

III-4-2 Allgemeine BemerkungenpH- und Redoxelektroden von Rosemount Analyticalkönnen auf unterschiedliche Art an den AnalysatorModell 1055 angeschlossen werden:

der Sensor wird unter Nutzung des Anschlusskabelsdirekt an den Analysator angeschlossen;der Sensor verfügt über einen Steckkopf S7- oderVP6.0 und wird unter Nutzung eines konfektioniertenKabels mit einer Buchse S7- oder VP6.0 an denAnalysator angeschlossen;der Sensor verfügt über eine Anschlussklemmen-box, über die die weitere Verkabelung zum Analysa-tor durchgeführt wird;der Sensor wird mit einer externen Anschlussklem-menbox verkabelt. Von der externen Anschlussklem-menkasten wird dann weiter zum Analysator dieSignalverbindung durchgeführt

Das pH- (oder Redox-) Signal kann ebenso an vierverschiedenen Orten vorverstärkt werden.

im Sensor;in der Anschlussklemmenbox am Sensor,in einer externen Anschlussklemmenbox oderim Analysator

Abb. III-3 stellt noch einmal die unterschiedlichen Mög-lichkeiten der Installation des Vorverstärkers dar.

III-4-3 AnschlussvariantenVergleichen Sie die Tabellen III-1 bis III-12, um das fürSie geeignete Verkabelungsschema zu finden. WennSie die Modellnummer Ihres Sensors nicht kennen, soinformieren Sie sich bitte anhand der Lieferpapiere überdie genaue Modellbezeichnung des Sensors.

Vorverstärker inSensoranschlussklem-menbox

54epH

Sen

sor

54epH

externe Anschluss-klemmenbox

Vorverstärker

Sen

sor

Vorverstärker

54epH

externe Anschluss-klemmenbox

Vorver-stärker

Sen

sor

Sen

sor

54epH

54epH

Vorver-stärker

Sen

sor

Abbildung III-3 Vorverstärker

54ep

H_I

II_8A

...E.

TIF


III-5

III-4-4 Einstabmessketten mit PG13,5Die am häufigsten benutzen Sensoren zur pH- bzw.Redoxpotenzialbestimmung stellen genormte Einstab-messketten mit PG13,5-Verschraubung dar. DieseElektroden verfügen in der Regel über unterschiedliche,ebenfalls genormte Schaftlängen zwischen 120 und 425mm sowie optional über eine integrierte Temperatur-messung. Aufgrund ihrer geringen Abmessungen sinddiese Elektroden nur ohne in den Sensor integriertenVorverstärker verfügbar. Bedingt durch das hoch-ohmige Messsignal der Elektrode, sind die Kabellängenzwischen Sensor und Transmitter auf maximal 10 mbegrenzt. Die Verwendung geeigneter Anschlusskabelwird an dieser Stelle vorausgesetzt.In Tabelle III-1 wird eine Auswahl von Einstabmessket-ten von Fisher-Rosemount, die über Anschlusskabel P/N 9160494...6 an den Analysator 54epH angeschlossenwerden können, aufgeführt. Gleiche Anschluss-varianten sind für entsprechende Elektroden andererHersteller von pH/ORP-Einstabmessketten gültig.Konsultieren Sie Fisher-Rosemount, sofern Schwierig-keiten beim Anschluss von Einstabmessketten für pH-Wert oder Redoxpotenzial auftreten sollten. Abbildung III-4 Anschlussbelegung Aanalysator

54epH

Abbildung III-5 Anschluss von Einstabmessket-ten ohne Temperaturkompensation über Kabel mit

AS7-Buchse an Analysator 54epH

ELEKTRODE KABEL BILD

Modell 370 P/N 9160494...6 III-5Modell 371-10-70 P/N 9160494...6 III-5Modell 371-12-70 P/N 9160494...6 III-5Modell 338-10-()-70 P/N 9160494...6 III-5Modell 338P-10-()-70 P/N 9160494...6 III-5Modell Hx338-() P/N 9160494...6 III-5Modell Hx348-()-() P/N 9160494...6 III-5

Tabelle III-1 Einstabmessketten von Fisher-Rosemount mit PG13,5 sowie Anschluss S7

Hinweis1. Widerstand 110 Ω über

TB3-7 und TB3-92. Brücke TB3-7 und TB3-83. Brücke TB5-4 und TB5-6

54ep

H_I

II_5.

TIF

54ep

H_I

II_2A

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III-6

III-4-5 Einstabmessketten PG13,5 mit

TemperaturkompensationBei Ausstattung der Einstabmessketten mit integriertem

Pt 100 ist das in Abbildung III-8 dargestellte Anschlussbild

gültig. Die in Tabelle III-2 aufgeführten Elektroden

verfügen über einen VP6.0 Anschlusskopf. Es sind bei

Einstabmessketten mit PG13,5 nur diejenigen An-

schlüsse des Steckkopfes belegt, die in Abbildung III-6

dargestellt. Im Falle der Verwendung anderer Sensoren

können zusätzliche Kontakte belegt sein.

Achtung

An den Analysator Modell 54epH kön-

nen pH- oder Redoxpotenzial-Senso-

ren mit Pt 100 oder Pt 1000 ange-

schlossen werden. Der Anschluss von

Sensoren mit anderen Temperatur-

fühlern führt zu einer fehlerhaften Mes-

sung bzw. einem Systemfehler.

Abbildung III-7 Einstabmessketten mit Steckkopf

S7- und VP6.0

Abbildung III-8 Anschluss von Einstabmessket-

ten mit Temperaturkompensation über Kabel mit

Buchse VP6.0 an 54epH

Hinweis

Brücken beachten!!!

ELEKTRODE KABEL BILD

Modell 370-10-72 P/N 9120550 III-8

Modell 371-10-72-54 P/N 9120550 III-8

Modell 338-10-()-72 P/N 9120550 III-8

Modell 338P-10-()-72 P/N 9120550 III-8

Tabelle III-2 Einstabmessketten von Fisher-

Rosemount mit PG13,5 sowie Anschluss VP6.0

54ep

H_I

II_7

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54ep

H_I

II_8

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Abbildung III-6 Anschlussbelegung Steckkopf

VP6.0 bei PG13,5 Einstabmessketten

54ep

H_I

II_6

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III-7

III-4-6 pH-Messeinrichtung 320HPDie pH-Messeinrichtung 320HP ist zur kontinuierlichenBestimmung des pH-Wertes in Reinstwasser konzipiert.Ohne zusätzliche Maßnahmen kann bis zu einer Leitfä-higkeit des Mediums von 1,5 µS/cm der pH-Wert sicherbestimmt werden. In den Abbildungen III-10 und III-11 werdendie verschiedenen Anschlussvarianten dargestellt.In Abbildung III-10 wird der Anschluss des 320HP-10-55

an den Analysator Modell 54epH dargestellt. FolgendePunkte sind bei der Verdrahtung zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)die beiden linken PINs mit einem Jumper verbundenwerden.Die Anschlussklemmen des 320HP-10-55 sind nichtnumeriert. Schließen Sie die Drähte entsprechendder Darstellung III-10 an. Als Orientierung hilft Ihnendie Lage des BNC-Anschlusses.Der Anwender muss die Glaselektrode sowie denTemperatursensor in eigener Regie installieren. Be-nutzen Sie zur richtigen Installation das HandbuchIB49-320HP.A05.Die Konfektionierung des Kabels 661-646983 wirdim Handbuch IB49-320HP.A05 beschrieben.

Der Anschluss des 320HP-10-58 wird in Abbildung III-

Abbildung III-9 pH-Messeinrichtung 320HP

Abbildung III-10 Anschluss 320HP-10-55 anAnalysator Modell 54epH

54ep

H_I

II_10

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54ep

H_I

II_9.

JPG


III-8

11 gezeigt. Folgende Details sollten bei der Verkabelungbeachtet werden:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Über die An-schlussklemmen TB1-11 und TB1-12 des 54epH wirdder 320HP-58 mit Spannung für den Vorverstärkerversorgt.Der Anwender muss die Glaselektrode sowie denTemperatursensor in eigener Regie installieren. Be-nutzen Sie zur richtigen Installation das Handbuch

Abbildung III-11 Anschluss 320HP-58 an Analysa-tor Modell 54epH

IB49-320HP.A05.Die Konfektionierung des Anschlusskabels Kabels23646-01wird im Handbuch IB49-320HP.A05 be-schrieben.

54ep

H_I

II_11

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III-9

III-4-7 Einstabmesskette 328ADie Einstabmesskette Modell 328A ist zur kontinuierli-chen Bestimmung des pH-Wertes in Anwendungen derLebens- und Genussmittelindustrie sowie pharmazeuti-schen Anwendungen konzipiert. In Abbildung III-13wird der Anschluss an den Analysator Modell 54epHdargestellt.Die pH-Einstabmesskette Modell 328A ist speziell fürApplikationen in der Lebensmittel- und Pharma-industrie entwickelt worden. Durch ein Sensorgehäuseaus Keramik sowie ein integriertes, für hohe Umge-bungstemperaturen geeignetes Anschlusskabel ist eineDampfsterilisation bis 130 °C problemlos möglich.Durch die konstruktiven Merkmale wie Keramikgehäu-se und Silikondichtungen wird eine ausgezeichnetechemische Beständigkeit gegenüber organischen Ver-bindungen und Substanzen realisiert. Die robuste Aus-führung der Einstabmesskette ermöglicht ca. 50 Ste-rilisationszyklen mit Dampf. Ein zweistufiges Diaphrag-ma aus Keramik minimiert mögliche Vergiftungen derReferenz- bzw. Ableitelektrode. Als Elektrolyfüllung derAbleit- bzw. Referenzelektrode wird hochviskoses Gel,das bis zu Temperaturen von 130 °C beständig ist, ver-wendet.Dadurch kann auf eine Druckbeaufschlagung verzich-tet werden, die bei flüssigen Referenzsystemen notwen-dig wäre. Duch eine spezielle Zusammensetzung derpH-sensitiven Membran wird der Alterungsprozess derElektrode deutlich verlangsamt und eine hohe Lebens-dauer des Sensors wird erreicht. Der Ausdehnungsko-effizient der Glasmembrane ist sehr ähnlich dem desGlaskörpers, woduch ein Dehnungsbruch des Sensor-glases auch bei extremen Temperaturschwankungenverhindert wird.

Abbildung III-12 Sensor 328A mit Montageadapter

Abbildung III-13 Anschluss 328A an AnalysatorModell 54epH

54ep

H_I

II_13

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54ep

H_I

II_12

.JP

G


III-10

III-4-8 pH-Sensor 381/381+Nachfolgend erhalten Sie ein Übersicht über die ver-schiedenen Anschlussvarianten der pH-Messeinrich-tung Modell 381/381+. Die Anschlussschemata sowiedie Kabelbelegung wir in den nachfolgenden Abbildun-gen dargestellt.

HinweisBitte beachten Sie, dass in Abhängig-keit vom Code der Messeinrichtungunterschiedliche Anschlussschemengültig sind. Beachten Sie deshalb ge-nauestens die angegebenen Verweisein den Tabellen III-3 bis III-4.

Folgende Punkte sind bei der Verdrahtung AbbildungIII-15 zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumper

Abbildung III-14 pH-Messeinrichtung 381/381+

Abbildung III-15 Anschluss pH-Messeinrichtung 381+ -31-41/43-55 an Analysator Modell 54epH

Hinweise1. Sollte das Sensorkabel für den direkten Anschluss an den Analysator nicht ausreichen, so können Sie über die externe Anschlussklemmenbox P/

N 23550-00 sowie die Anschlusskabel P/N 23646-01 (konfektioniert) oder P/N 9200273 (nicht konfektioniert ) zum Transmitter verlängern.2. Zur Konfektionierung des Anschlusskabels 9200273 informieren Sie sich bitte in Abbildung III-23.

ELEKTRODE ANSCHLUSSBOX VORVERSTÄRKER RTD KABEL ANSCHLUSSSCHEMA

Modell 381+ -31-41-55 ohne AKB im Sensor Pt 100 III-15 Abbildung III-15Modell 381+ -31-43-55 ohne AKB im Sensor Pt 100 III-15 Abbildung III-15Modell 381+ -31-41-55 externe AKB im Sensor Pt 100 III-15 Abbildung III-15Modell 381+ -31-41-55 externe AKB im Sensor Pt 100 III-15 Abbildung III-15Modell 381+ -31-42-55 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-16 Abbildung III-16Modell 381+ -52-62 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-17 Abbildung III-17

Tabelle III-3 Übersicht über Anschluss des 381+ an Analysator Modell 54epH

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III-11

Abbildung III-16 Anschluss pH-Messeinrichtung 381+ -31-42-55 an Analysator Modell 54epH

Abbildung III-17 Anschluss 381+ -52-62 an Analy-sator Modell 54epH über externe Anschlussklem-

menbox

verbunden werden.Folgende Punkte sind bei der Verdrahtung AbbildungIII-16 zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)die beiden linken PINs mit einem Jumper verbundenwerden.

Folgende Punkte sind bei der Verdrahtung AbbildungIII-17 zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 infor-mieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12. Nachfolgend wird die Konfektionierung des Ka-bels kurz erläutert. Zur Konfektionierung des An-schlusskabels P/N 9200273 gehen Sie bitte folgen-dermaßen vor:Schritt 1 Entfernen Sie die äußere Isolierung ca. 100mm.Schritt 2 Entfernen Sie von den einzelnen Adern aufca. 5 mm die Isolierung.Schritt 3 Präparieren Sie die beiden KOAX-Kabelwie in Abbildung III-18 illustriert wird.Schritt 3A Entfernen Sie nun von jedem KOAX-Kabelca. 40 mm die schwarze äußere Isolierung.Schritt 3B Separieren Sie nun die Abschirmung vomder inneren schwarzen Ader.Schritt 3C An die separierte Abschirmung wird nun

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III-12

in geeigneter Weise ein Kabelende angelötet undisoliert.Schritt 3D Nun wird vom schwarzen Kabel auf einerLänge von ca. 25 mm die äußere Isolierung entfernt.Je nach Ader kommt ein grau oder orange isolierterDraht zum Vorschein.Schritt 3E Nehmen Sie einen im Durchmesser geeig-neten Schrumpfschlauch und isolieren Sie die kon-fektionierte Ader (vgl. dazu Abbildung III-18).

WarnungFalls der orange bzw. grau isolierteDraht mit der jeweiligen Abschirmungelektrischen Kontakt hat, so kommt esnach dem Anschluss an den Transmit-ter zu einem Kurzschluss. Die Mes-sung ist in diesem Fall nicht funktions-tüchtig. Lassen Sie deshalb bei derKabelpräparation äußerste Sorgfaltwalten.

In Tabelle III-4 auf Seite III-13 werden in einer Übersicht dieAnschlussvarianten für die pH-Sensoren 381pH sowie381pHE dargestellt. Die Abbildungen III-21 und III-22 zei-gen die einschlägigen Systemverkabelungen mit demAnalysator Modell 54epH.Ohne den Code -62 sind die pH-Messeinrichtungen 381mit einem BNC-Stecker ausgestattet. Um einen An-schluss an den Analysator Modell 54epH zu ermögli-chen, müssen diese BNC-Stecker zunächst entferntwerden. Die Prozedur der richtigen Präparation desKabels wird Ihnen in Abbildung III-23 gezeigt.Beachten Sie bitte, dass auch die Verwendung einesBNC-Adapters möglich ist. Dieser muss jedoch dannisoliert werden, um einen Kurzschluss im Gehäuse desTransmitters zu verhindern.Beim Anschluss des Analysators Modell 54epH über dieexterne Anschlussklemmenbox P/N23555-00 mit Vor-verstärker P/N 23557-00 sind nachfolgende Punkte zubeachten (vgl. Abb. III-22):

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.

Schritt 1-2

Schritt 3A

Schritt 3B

Schritt 3C

Schritt 3D

Schritt 3E

Abbildung III-18 Präparation des AnschlusskabelsP/N 9200273 zum Anschluss von Sensoren über

eine Anschlussklemmenbox

Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 infor-mieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf dieserSeite des Handbuches.

Zur Konfektionierung des BNC-Steckers der Sensoren381pH gehen Sie bitte folgendermaßen vor (vgl. dazuauch Abbildung III-23):

Schritt 1 Schneiden Sie den BNC-Stecker an der in

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III-13


Modell 381pHE-31-41-52 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-19 Abbildung III-21Modell 381pHE-31-41-52 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-19 Abbildung III-22Modell 381pHE-31-42-52 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-20 Abbildung III-21Modell 381pHE-31-42-52 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-20 Abbildung III-22

Tabelle III-4 Übersicht über Anschluss des 381pH und 381pHE an den Analysator Modell 54epH

Abbildung III-23 mit (1) markierten Stelle ab.Schritt 2 Entfernen Sie die äußere Isolation auf einerLänge von ca. 60 mm.Schritt 3 Separieren Sie die Abschirmung vomKabel, verdrillen Sie die Abschirmung und kürzenSie die Abschirmung mit einem geeigneten Werk-zeug bis auf eine Länge von ca. 10-15 mm.Schritt 4 Entfernen Sie nun die schwarze Isolierung

vom Kabel. Ein orange isolierter Draht kommt zumVorschein. Bringen Sie an der verdrillten, ca. 10-15 mm langen Abschirmung einen Draht an(Quetschklemme oder durch Löten).

Schritt 5 Die orange Isolierung wird nun auf einerLänge von ca. 10 mm entfernt.

Schritt 6 Nun wird wie in Abbildung III-23 gezeigt,mittels eines Schrumpfschlauches die Präparationdes Kabels abgeschlossen.

WarnungFalls der orange isolierte Draht mit derAbleitelektrode elektrischen Kontakthat, so kommt es nach dem Anschlussan den Transmitter zu einem Kurz-schluss des Sensors. Die Messung istin diesem Fall nicht funktionstüchtig.Lassen Sie deshalb bei der Kabel-präparation äußerste Sorgfalt walten.

Hinweise1. Präparieren Sie das Kabel bitte wie in Abbildung III-28

dargestellt oder benutzen Sie einen BNC-Adapter P/N9120531.

2. Bei Benutzung eines BNC-Adapters ist der rote Draht fürdas Signal der Glaselektrode sowie der schwarze Draht fürdie Ableitelektrode. Um einen Kurzschluss über den BNC-Adapter zu verhindern, isolieren Sie diesen bitte.

Abbildung III-19 Anschlusskabel 381pH-31-41 vordem Entfernen des BNC-Steckers

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Abbildung III-20 Anschlusskabel 381pH-31-41 nachdem Entfernen des BNC-Steckers sowie Kabel für

381pHE-30-42 und 381pHE-31-42

Hinweise1. Bei Benutzung eines BNC-Adapters ist der rote Draht für

das Signal der Glaselektrode sowie der schwarze Draht fürdie Ableitelektrode. Um einen Kurzschluss über den BNC-Adapter zu verhindern, isolieren Sie diesen bitte.

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Abbildung III-21 Anschluss 381pH-31-41 und381pHE-31-42 an den Analysator Modell 54epH

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III-14

Abbildung III-23 Präparation des BNC-Steckersder Sensoren 381pH zum Anschluss an den

Analysator Modell 54epHAbbildung III-22 Anschluss 381pH-30-41, 381pH-31-41, 381pHE-30-42 und 381pHE-31-42 an den

Analysator Modell 54epH

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Modell 385+ -02 AKB am Sensor in AKB am Sensor Pt 100 III-25 Abbildung III-28Modell 385+ -03 ohne AKB im Sensor Pt 100 III-26 Abbildung III-29Modell 385+ -03 externe AKB im Sensor Pt 100 III-26 Abbildung III-29Modell 385+ -04 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-27 Abbildung III-30Modell 385+ -04 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-27 Abbildung III-30

Tabelle III-5 Übersicht über Anschluss des 385+ an den Analysator Modell 54epH

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III-15

Abbildung III-25 Anschlusskabel 385+-02



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Abbildung III-24 pH-Sensor Modell 385+

III-4-9 pH-Sensor Modell 385+In diesem Abschnitt erhalten Sie ein komplette Übersichtüber den Anschluss des Sensors Modell 385+ an denAnalysator Modell 54epH. Die Anschlussschemata so-wie die Kabelbelegung wird in den nachfolgendenAbbildungen dargestellt.

HinweisBitte beachten Sie, dass in Abhängig-keit vom Code des pH-Sensors unter-schiedliche Anschlussschemen gültigsind. Beachten Sie deshalb genaue-stens die angegebenen Verweise inder Tabelle III-5.

Folgende Punkte sind bei der Verdrahtung des 385+-02über eine externe Anschlussklemmenbox mit Vorver-stärker an den Analysator Modell 54epH zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 in-formieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12.

Bei der direkten Verkabelung des Sensors 385+-03 mitdem Analysator Modell 54epH, dargestellt in Abb.III-29,sollte Sie nachfolgende Punkte besonders beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Sollte die Länge des Anschlusskabels für einendirekten Anschluss an den Transmitter nicht ausrei-chen, so benutzen Sie die externe Anschlussklem-menbox P/N 23550-00 sowie das entsprechendeVerlängerungskabel P/N 9200273 (nicht konfektio-niert, zur richtigen Konfektionierung des Anschluss-kabels P/N 9200273 informieren Sie sich bitte inAbbildung III-18 auf Seite III-12) oder benutzen Siedas bereits konfektionierte Kabel 23646-01. Aller-dings müssen Sie dann die exakt benötigte Längedes Kabels angeben.

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Folgende Punkte sind bei der direkten Verdrahtung des385+-04 mit dem Analysator Modell 54epH, dargestellt


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Abbildung III-28 Anschluss 385+-02 an den Analysator Modell 54epH über externeAnschlussklemmenbox 23555-00 mit Vorverstärker 23557-00

Abbildung III-29 Anschluss 385+-03 an den Analysator Modell 54epH

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in Abbildung III-30, zu beachten:Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)

Abbildung III-30 Anschluss 385+-04 an den Analysator Modell 54epH

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die beiden linken PINs mit einem Jumper verbundenwerden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 infor-mieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12.


III-17

III-4-10 pH-Sensor Modell 389Der Anschluss der für schwierige industrielle Prozessegeeigneten Sensoren der Modellreihe 389 an den Ana-lysator Modell 54epH wird in diesem Abschnitt beschrie-ben. In Tabelle III-6 wird Ihnen ein Überblick über dieAnschlussmöglichkeiten gegeben.


In Abbildung III-32 wird das Anschlusskabel des Sen-sors 389-02-54 gezeigt. Bevor dieser Sensor an denAnalysator Modell 54epH angeschlossen werden kann,muss der BNC-Stecker des Kabels fachmännisch ent-fernt werden. Vergleichen Sie dazu auch die AbbildungIII-23 auf Seite III-14. Dort wird diese Prozedur schritt-weise erklärt, so dass die Konfektionierung des Kabelsfür einen geübten Fachmann kein Hindernis darstellensollte.

Schritt 1 Schneiden Sie den BNC-Stecker an der inAbbildung III-23 markierten Stelle ab.Schritt 2 Entfernen Sie die äußere Isolation auf einerLänge von ca. 60 mm.Schritt 3 Separieren Sie die Abschirmung vomKabel, verdrillen Sie die Abschirmung und kürzenSie die Abschirmung mit einem geeigneten Werk-zeug bis auf eine Länge von ca. 10-15 mm.Schritt 4 Entfernen Sie nun die schwarze Isolierungvom Kabel. Ein orange isolierter Draht kommt zumVorschein. Bringen Sie an der verdrillten ca. 10-15mm langen Abschirmung einen Draht an (Quetsch-klemme oder durch Löten).Schritt 5 Die orange Isolierung wird nun ca. 10 mmentfernt.Schritt 6 Nun wird wie in Abbildung III-23 gezeigt,

Tabelle III-6 Übersicht über Anschluss des Sensors Modell 389 an 54epH

mittels eines Schrumpfschlauches die Präparationdes Kabels abgeschlossen.


Der Anschluss des 389-02-54 an den Analysator 54epHwird in Abbildung III-34 dargestellt.Beim Anschluss des 389-02-54 über die externe An-schlussklemmenbox P/N23555-00 mit Vorverstärkerbeachten Sie bitte die nachfolgend aufgeführten Punk-te:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 in-formieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12.

Abbildung III-31 pH-Sensor 389


Modell 389 -02-54 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-32/33 Abbildung III-34Modell 389 -02-54 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-35 Abbildung III-35

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III-18

Abbildung III-35 Anschluss 389-02-54 über dieexterne Klemmenbox 23555-00 mit Vorverstärker

23557-00 an den Analysator 54epH

Abbildung III-32 Anschlusskabel 389-02-54

Abbildung III-33 Anschlusskabel 389-02-54-62

Abbildung III-34 Anschluss 389-02-54 an denAnalysator Modell 54epH

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III-19

III-4-11 pH-Sensor Modell 389VPDer Anschluss der für schwierige industrielle Prozessegeeigneten Sensoren der Modellreihe 389VP an den54epH wird nun kurz beschrieben. In Abbildung III-36ist der Sensor kurz dargestellt. Die Belegungen derKontakte des VP6.0-Anschlusskabels sowie der An-schluss an den Analysator 54epH gehen aus AbbildungIII-38 und III-39 hervor.

Abbildung III-37 Anschlusskabel P/N 23645-06 /-07

Abbildung III-36 pH-Sensor 389VP

HinweisDie blaue Ader des Anschlusskabelsmit VP6.0-Buchse bitte isolieren undTB1-7 und TB1-8 mit einem Jumperverbinden.

Abbildung III-38 Anschluss 389VP an den Analy-sator Modell 54epH

Abbildung III-39 Anschluss 389VP über externeAnschlussklemmenbox mit Vorverstärker den


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III-20

III-4-12 TUpH-Sensoren 396 und 398In diesem Abschnitt wird Ihnen der Anschluss der TUpH-Sensoren der Modellreihe 396, 396VP, 398 und 398VPan den Analysator Modell 54epH erläutert. In der TabelleIII-7 erfolgt zunächst eine Übersicht über die unter-schiedlichen Modelle sowie der Querverweis auf dieentsprechenden Abbildungen.Die Sensoren 396 und 398 verfügen über ein Spezial-diaphragma und eignen sich für den Einsatz in zurBelagbildung neigenden Prozessmedien. Währendbeim 396 das Diaphragmamaterial überwiegend ausPolypropylen besteht, ist dieses beim 398 aus Tefzel.Minimal ist eine Medienleitfähigkeit von ca. 75 µS/cm zureinwandfreien Funktion dieser Sensoren notwendig.


In Abbildung III-42 wird das Anschlusskabel der Senso-ren 396/398-54 gezeigt. Bevor dieser Sensor an denAnalysator Modell 54epH angeschlossen werden kann,muss der BNC-Stecker des Kabels fachmännisch ent-fernt werden. Vergleichen Sie dazu auch die AbbildungIII-23 auf Seite III-14. Nachfolgend einige Anweisungen

Abbildung III-40 pH-Sensor 396/398 TUpH

Abbildung III-42 Anschlusskabel 396/398-54 Abbildung III-43 Anschlusskabel 396/398-54-62


Modell 396/398-54 ohne externe AKB im 54epH Pt 100 III-42 Abbildung III-44Modell 396/398-54-62 ohne externe AKB im 54epH Pt 100 III-43 Abbildung III-44Modell 396/398-54 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-42 Abbildung III-45Modell 396/398-54-62 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-43 Abbildung III-45Modell 396/398VP-54 ohne AKB im 54epH Pt 100 III-37 Abbildung III-46Modell 396/398VP-54 externe AKB in externer AKB Pt 100 III-37 Abbildung III-47

Tabelle III-7 Übersicht über Anschluss der Sensoren 396, 398, 396VP und 398VP an den AnalysatorModell 54epH

Abbildung III-41 pH-Sensor 396VP/398VP TUpH

zur richtigen Präparation des Kabels.Schritt 1 Schneiden Sie den BNC-Stecker an der inAbbildung III-23 markierten Stelle ab.Schritt 2 Entfernen Sie die äußere Isolation auf einerLänge von ca. 60 mm.

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III-21

Abbildung III-44 Anschluss 396-54 und 398-54 denAnalysator 54epH

Schritt 3 Separieren Sie die Abschirmung vomKabel, verdrillen Sie die Abschirmung und kürzenSie die Abschirmung mit einem geeigneten Werk-zeug bis auf eine Länge von ca. 10-15 mm.Schritt 4 Entfernen Sie nun die schwarze Isolierungvom Kabel. Ein orange isolierter Draht kommt zumVorschein. Bringen Sie an der verdrillten ca. 10-15mm langen Abschirmung einen Draht an (Quetsch-klemme oder durch Löten).Schritt 5 Die orange Isolierung wird nun ca. 10 mmentfernt.Schritt 6 Nun wird wie in Abbildung III-23 gezeigt,mittels eines Schrumpfschlauches die Präparationdes Kabels abgeschlossen.


Der elektrische Anschluss der TUpH-Sensoren 396-54,396-54-62, 398-54 sowie 398-54-62 mit dem Analysator54epH ist in Abbildung III-44 dargestellt.Beim Anschluss der Sensoren 396 und 398 über dieexterne Anschlussklemmenbox P/N23555-00 mit Vor-verstärker beachten Sie bitte die nachfolgend aufge-führten Punkte:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 infor-mieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12.

Abbildung III-45 Anschluss 396-54 und 398-54 denAnalysator 54epH über externe Anschlussklem-

menbox mit Vorverstärker

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III-22

In den Abbildungen III-46 und III-47 wird der Anschlussder Sensoren 396VP und 398VP dargestellt.Die Sensoren Modell 396, 398, 396VP sowie 398VPverfügen nicht über ein neutrales Lösungspotenzial zurDiagnose der pH-Elektrode. Daher muss bei der Ver-drahtung der Elektrode mit dem Analysator Modell54epH diese Verbindung mit dem Potenzial der Ableit-elektrode gebrückt werden. Beachten Sie die entspre-chenden Hinweise in diesem Abschnitt.

Abbildung III-46 Anschluss 396VP-54 und 398VP-54 an den Analysator Modell 54epH

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Abbildung III-47 Anschluss 396VP-54 und 398VP-54 an den Analysator Modell 54epH über externe

Anschlussklemmenbox

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III-23

III-4-13 TUpH-Sensoren 396R und 398RIn diesem Abschnitt wird Ihnen der Anschluss der TUpH-Sensoren 396R, 396RVP, 398R sowie 398RVP an deAnalysator Modell 54epH erläutert. In der Tabelle III-8erfolgt zunächst eine Übersicht über die unterschiedli-chen Modelle sowie der Querverweis auf die entspre-chenden Abbildungen.Die Sensoren 396R und 398R verfügen über einSpezialdiaphragma und eignen sich für den Einsatz inzur Belagbildung neigenden Prozessmedien. Währendbeim 396R das Diaphragmamaterial überwiegend ausPolypropylen besteht, ist dieses beim 398R aus Tefzel.Minimal ist eine Medienleitfähigkeit von ca. 75 µS/cm zureinwandfreien Funktion dieser Sensoren notwendig.

Abbildung III-48 pH-Sensoren Modellreihe 396Rund 398R

396R/398R 396RVP/398RVP


396R/398R-54 ohne externe AKB im Analysator Pt 100 III-49 Abbildung III-49396R/398R-54-61/62 mit AKB in AKB am Sensor Pt 100 III-50 Abbildung III-50

Tabelle III-8 Übersicht über Anschluss der Modelle 396R und 398R an den Analysator 54epH

Abbildung III-49 Anschluss der Sensoren 396R-54 und 398R-54 sowie 396/398RVP an den AnalysatorModell 54epH

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Abbildung III-50 Anschluss der Sensoren 396R mit integrierter Anschlussklemmenbox an den Analysa-tor 54epH

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III-24

Beim Anschluss der TUpH-Sensoren 396R/398R überdie externe Anschlussklemmenbox P/N23555-00 mitVorverstärker oder über die am Sensor montierte An-schlussklemmenbox P/N 23709-00 mit Vorverstärkerbeachten Sie bitte die nachfolgenden Punkte:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Zur Konfektionierung des Kabels P/N 9200273 infor-mieren Sie sich bitte in Abbildung III-18 auf Seite III-12.

Die Sensoren der Modellreihe 396RVP bzw. 398RVPverfügen über einen Steckkopf VP6.0 und werdenmittels geeigneter Anschlusskabel entweder direkt oderüber eine externe Anschlussklemmenbox mit oder ohneVorverstärker an den Analysator Modell 54epH ange-schlossen. In Abbildung III-6 wird die Belegung desSteckkopfes VP6.0 dargestellt. In den Abbildungen III-49 und III-51 wird dargestellt, wie der Anschluss derSensoren 396R und 398R mit Steckkopf VP6.0 an denAnalysator 54epH erfolgt.Beim direkten Anschluss der Sensoren 396RVP und398RVP an den 54epH sollten Sie beachten, dass derim den Analysator Modell 54epH integrierte Vorverstär-ker benötigt wird. Aus diesem Grund müssen beimSetzen des Jumpers PREAMP LOCATION in der Türdes 54epH (siehe Abb. III-2) die beiden linken PINs miteinem Jumper verbunden werden.

Abbildung III-51 Anschluss 396R/398R-54-61 anden Analysator Modell 54epH über eine externe

Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker

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III-25

Folgende Punkte sind bei der direkten Verdrahtung des396P-01-55 mit dem Analysator 54epH, dargestellt inAbbildung III-54, zu beachten:

Der im den Analysator Modell 54epH integrierteVorverstärker wird nicht benötigt. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2)der mittlere und der rechte PIN mit einem Jumperverbunden werden.Wird der Analysator 54epH über eine externe Klem-menbox (z.B. 23550-00) mit dem Sensor 396P-01-55 verkabelt, so benutzen Sie das Verlängerungs-kabel P/N 9200273. Anweisungen zur Präparationder Kabelenden finden Sie auf Seite III-12 in Abbil-dung III-18.

Beim Anschluss des 396P-02-55 über die externeAnschlussklemmenbox P/N23555-00 mit Vorverstärkerbeachten Sie bitte, dass im Analysator befindlicheVorverstärker nicht benötigt wird. Aus diesem Grundmüssen beim Setzen des Jumpers PREAMPLOCATION in der Tür des 54epH (siehe Abb. III-2) dermittlere und der rechte PIN mit einem Jumper verbundenwerden.

III-4-14 TUpH-Sensor 396P und 396PVPIn diesem Abschnitt wird Ihnen der Anschluss der TUpH-Sensoren der Modellreihe 396P an den AnalysatorModell 54epH erläutert. In der Tabelle III-9 erfolgtzunächst eine Übersicht über die unterschiedlichenModelle sowie der Querverweis auf die entsprechendenAbbildungen. Der Sensoren der Modellreihe 396P und396VP sind robuste, für den Einsatz in der Prozessin-dustrie sowie chemischen Industrie konzipierte pH-Sensoren. Ein patentiertes Großflächendiaphragmaaus Polypropylen verleiht diesen Sensoren optimaleEigenschaften für den Einsatz in schwierigen Applika-tionen. Durch die patentierte helikale Struktur des Dia-phragmas (ca. 310 mm Diffusionslänge) wird eineschnelle Vergiftung des Referenz- oder Ableitelektro-densystems durch Ionen wie Sulfid S2- und QuecksilberHg2+ weitestgehend verhindert bzw. stark verlangsamt.Durch die große Oberfläche des Diaphragmas (ca. 11cm2) wird jedoch gleichzeitig eine stabile elektrischeVerbindung zur Messelektrode gewährleistet die auchfunktioniert, wenn weite Teile des Diaphragmas durchBelagbildung bereits blockiert sind.Durch den integrierten Temperaturfühler ist auch beiwechselnder Prozesstemperatur eine genaue Bestim-mung des pH-Wertes gewährleistet.Als Standard wird das Modell 396P mit 4,6 m integriertemAnschlusskabel geliefert. Optional stehen ein im Sensorintegrierter Vorverstärker (Länge Anschlusskabel 7,6m) oder ein Steckkopf VP6.0 zur Verfügung. DieMontage im Prozess erfolgt über Einbauadapter, Wech-selarmaturen oder Ein- bzw. Untertaucharmaturen. FürDaueranwendungen bei pH-Werten größer 12 pH kön-nen die Einstabmessketten 396P und 396VP mit spe-

Abbildung III-52 pH-Sensoren der Modellreihe 396P TUpH

ziellen Glaselektroden ausgerüstet werden.


396P 396P mitgeschlitzerSchutzkappe

396PVPmitFlachglas

396PVP

54ep

H_I

II_52

.TIF


III-26 Analysator Modell 54epH, Ausgabe 01/2002 Rev. 02


396P-01-55 ohne AKB im Sensor Pt 100 III-53 Abbildung III-54396P-02-55 ohne externe AKB im Analysator Pt 100 III-55 Abbildung III-56396P-02-55 externe AKB in AKB Pt 100 III-55 Abbildung III-57396PVP-55 ohne AKB im Analysator Pt 100 III-58 Abbildung III-58396PVP-55 externe AKB in AKB Pt 100 III-58 Abbildung III-59

Tabelle III-9 Übersicht über Anschluss des 396P an Analysator Modell 54epH

Abbildung III-53 Anschlusskabel 396P-01-55

Abbildung III-55 Anschlusskabel 396P-02-55

Abbildung III-64 Anschluss 396P-01-55 an 54epH

Abbildung III-57 Anschluss 396P-02-55 an den 54epH über externe Anschlussklemmenbox

Abbildung III-56 Anschluss 396P-02-55 an 54epH

54ep

H_I

II_53

.TIF

54ep

H_I

II_55

.TIF

54ep

H_I

II_54

.TIF

54ep

H_I

II_56

.TIF

54ep

H_I

II_57

.TIF


III-27

Abbildung III-59 Anschluss 396PVP über externeKlemmenbox mit Vorverstärker an 54epH

Abbildung III-58 Anschluss 396PVP an den Analysator 54epH

54ep

H_I

II-_5

8.TI

F

54ep

H_I

II_59

.TIF


III-28

Hinweise1. Präparieren Sie das Kabel bitte wie in Abbildung III-28

auf Seite III-15 dargestellt oder benutzen Sie einen BNC-Adapter P/N 9120531.

2. Bei Benutzung eines BNC-Adapters ist der rote Draht fürdas Signal der Glaselektrode sowie der schwarze Draht fürdie Ableitelektrode. Um einen Kurzschluss über den BNC-Adapter zu verhindern, isolieren Sie diesen bitte.

Abbildung III-61 Anschlusskabel 399-09 vor demEntfernen des BNC-Steckers

Abbildung III-62 Anschlusskabel 399-09 nach demEntfernen des BNC-Steckers

HinweiseBei Benutzung eines BNC-Adapters ist der rote Draht für dasSignal der Glaselektrode sowie der schwarze Draht für dieAbleitelektrode. Um einen Kurzschluss über den BNC-Adapter zuverhindern, isolieren Sie diesen bitte.

Abbildung III-60 pH-Sensor 399 und 399VP

III-4-15 Sensor 399 und 399VPIn diesem Abschnitt wird Ihnen der Anschluss der pH-Sensoren der Modellreihe 399 an den Analysator Modell54epH erläutert. In der Tabelle III-10 erfolgt zunächsteine Übersicht über die unterschiedlichen Modelle so-wie der Querverweis auf die entsprechenden Abbildun-gen.


Abbildung III-63 Anschluss 399pH-09-62 an denAnalysator Modell 54epH


399-09-62 ohne AKB im Analysator Pt 100 III-61/62 Abbildung III-63399-09-62 externe AKB in AKB Pt100 III-61/62 Abbildung III-64399VP-09 ohne AKB im Analysator Pt 100 III-65 Abbildung III-66399VP-09 externe AKB in AKB Pt100 III-65 Abbildung III-67

Tabelle III-10 Übersicht über Anschluss des 399 an Analysator 54epH

HinweisBeim direkten Anschluss der SensorenModell 399 und 399VP wird die An-schlussklemme TB1-3 über einen Jum-per mit TB1-4 und TB1-7 mit TB1-8 ver-bunden. Die blaue Ader des An-schlusskabels mit VP6.0-Buchse bittegut isolieren.

54ep

H_I

II_62

.TIF

54ep

H_I

II_61

.TIF

III-5

4epH

_70.

TIF

54ep

H_I

II_60

A/B.

TIF


III-29

In den Abbildungen III-66 und III-67 wird der Anschlussdes Sensors 399VP-09 dargestellt.Der Sensor Modell 399VP verfügt nicht über ein neutra-les Lösungspotenzial zur Diagnose der pH-Elektrode.Daher muss bei der Verdrahtung der Elektrode mit demAnalysator Modell 54epH diese Verbindung mit demPotenzial der Ableitelektrode gebrückt werden. Beach-ten Sie die entsprechenden Hinweise in diesem Hand-buch.

Abbildung III-64 Anschluss 399-09-62 über exter-ne Anschlussklemmenbox mit Vorverstärker an

den Analysator Modell 54epH

54ep

H_I

II_64

.TIF

Abbildung III-65 Anschlusskabel P/N 23645-06 /-07

54ep

H_I

II_65

.TIF

54ep

H_I

II_66

.TIF

HinweisDie blaue Ader des Anschlusskabelsmit VP6.0-Buchse bitte isolieren undTB1-7 und TB1-8 mit einem Jumperverbinden.

Abbildung III-66 Anschluss 399VP an den Analy-sator Modell 54epH

HinweisBeim Anschluss des Sensors 399VPan den modernen Analysator 54epHüber die externe Anschlussklemmen-box P/N 23555-00 mit Vorverstärker P/N 23557-00 wird mittels einer Brückedie Klemme TB1-7 mit der KlemmeTB1-8 im externen Klemmenkastenverbunden. Die blaue Ader des An-schlusskabels mit VP6.0-Buchse bittegut isolieren. Details dazu in AbbildungIII-64.


III-30

III-5 Überprüfen der Installation

Beachten Sie besonders folgende Punkte bei der Über-prüfung der Installation:

Die Kabel für die Spannungsversorgung und Signal-übertragung sollten unbedingt verdrillt und abge-schirmt sein, um EMV Einflüssen vorzubeugen.Für Sensor und Spannungsversorgung sind amAnalysator unterschiedliche Eingänge vorgesehen.Benutzen Sie bitte für die Verkabelung die entspre-chenden Eingänge und nicht für beide Kabel einenEingang.Halten Sie mit dem Sensorkabel und dem Kabel fürdie Spannungsversorgung mindestens einen Ab-stand von 0,5 m zu Hochspannungs- oder Netz-kabeln.Informieren Sie sich bitte, ob der von Ihnen benutzteSensor mit dem Analysator kompatibel ist.

Abbildung III-67 Anschluss 399VP über externeAnschlussklemmenbox mit Vorverstärker den


III-5

4epH

_44.

TIF

IV Kalibrierung

Kalibrierung

IV - 1

IV-1 Einleitung

VI-1-1Allgemeine Bemerkungen

HinweisWird der Analysator Modell 54epH zumersten Mal in Betrieb genommen, sosollten alle Abschnitte dieses Kapitelsnacheinander und sorgfältig abgear-beitet werden. Dadurch werden Fehlerbei der Einstellung des Analysatorsweitestgehend vermieden.

Die Kalibrierung ist ein Vorgang, bei dem eine Messein-richtung mittels einer Labormethode oder durch Über-prüfung mittels eines bekannten Standards auf Genau-igkeit überprüft und gegebenenfalls eingestellt wird. DieKalibrierung sichert im Falle der pH-Messung einestabile und wiederholbare Messung der Eingangs-größen für pH-Wert und Temperatur. Aus der Eingangs-größe in mV, der Temperatur, des eingestelltenIsopotenzialpunktes sowie der Temperaturabhängigkeitdes pH-Wertes wird dann im Analysator 54epH derje-nige pH-Wert berechnet, der im Falle der vorliegendenProzessbedingungen bei 25 °C resultieren würde. Diesist eine allgemein übliche Prozedur, um pH-Wertemiteinander vergleichen zu können, die bei unter-schiedlichen Temperaturen aufgenommen werden.Um eine hohe Genauigkeit zu garantieren, müssen die

KAPITEL IVKalibrierung

IV-1 EinleitungIV-2 Kalibrierung der TemperaturIV-3 Einpunktkalibrierung (Standardisierung)IV-4 Automatische ZweipunktkalibrierungIV-5 Manuelle ZweipunktkalibrierungIV-6 TemperaturkompensationIV-7 Einstellung des pH-SlopesIV-8 Hold Mode

Prozeduren in diesem Kapitel durchgeführt werden,wenn:

die Messeinrichtung zum ersten Mal in Betrieb ge-nommen wirdein pH-Sensor ersetzt wurde oder ein Fehler vorliegt

und das Fehlersuchprogramm durchlaufen wurde.Nach dieses Eingangskalibrierung muss das System inperiodischen Abständen nachkalibriert werden, umüber den Betriebszeitraum eine hohe Genauigkeit undZuverlässigkeit der Messung zu garantieren.

Abbildung IV-1 Frontansicht 54epH mit Display,Tastatur und LED'

Kalibrieren

Kalibrierung

IV - 2

IV-1-2 Tastatur und DisplayIV-1-2-1 DisplayDie Abbildung IV-1 auf Seite IV-1 zeigt die Frontplattedes Analysators Modell 54epH mit der Hauptanzeige.Der aktuelle Messwert ist ständig in großen Zifferndargestellt. Die Prozesstemperatur und der aktuelleAusgangswert werden in der zweiten Zeile angezeigt.Die dritte Zeile kann vom Anwender beliebig konfiguriertwerden.

IV-1-2-2 FunktionstastenDie Funktionstasten (F1 - F4) haben definierte Funktio-nen, die über der jeweiligen Taste auf der Anzeigeerscheint. Zum Beispiel ist die Grundfunktion der -Taste Exit, der -Taste Enter. Durch das Drücken der

-Taste werden alle Änderungen gespeichert oder mangelangt in das nächste Menü. Mit der -Taste verlässtman das aktuelle Menü und eine neue Anzeige er-scheint. Mit der -Taste gelangt man zu den nächstenAuswahlmöglichkeiten des gleichen Menüs. Wurde dieletzte Wahlmöglichkeit erreicht, so verharrt der Cursorin der letzten (dritten) Zeile des jeweiligen Menüs.Können weitere Auswahlmöglichkeiten eingeblendetwerden, so steht der Cursor in der zweiten Zeile desangezeigten Displays.Die Tasten und bewegen den Cursor nach obenoder nach unten in der jeweiligen Ebene oder erhöhenbzw. verringern den numerischen Wert einer Variablen.Die Tasten und bewegen den Cursor auf dienächste alphanumerische Position einer Variablen.

IV-1-2-3 LED's für AlarmmeldungenDie grünen LED's (mit der Bezeichnung 1, 2 und 3)zeigen das aktive Relais an. Das dritte Relais kann alsZeitgeber für die chemische Reinigung des Sensorskonfiguriert werden. Die rote LED (FAIL) zeigt eineStörung an. Wenn eine Störung auftritt, leuchtet die roteLED auf. Auf der Anzeige erscheint eine Fehlermeldungund der Ausgang bzw. die Ausgänge reagieren wie indem Abschnitt V-2 beschrieben (Fehlerwert, z.B. 22mA).

IV-1-3 Initial Setup

AchtungBevor Sie eine der nachfolgenden Pro-zeduren starten vergewissern Sie sich,dass chemische Dosierpumpen oderandere in eine Regelung eingebunde-ne Geräte auf manuelle Steuerunggestellt wurden.

WarnungFühren Sie die hier beschriebenenProzeduren zur Kalibrierung des Sy-stems nur so durch, wie in den jeweili-gen Abschnitten beschrieben. Nicht-beachten der hier beschriebenen Pro-zeduren und Anweisungen könnte zugefährlichen Situationen für Ihr Perso-nal sowie zu schweren Schäden an derProduktionsanlage führen.

WarnungFühren Sie keine Kalibrierung desSystems durch, wenn die rote LED aufder Frontplatte des Analysators eineFehlermeldung anzeigt. Sollte einederartige Situation vorliegen, so versu-chen Sie zunächst den Fehler zu behe-ben. Wechseln Sie in das KapitelFehlersuche und Fehlerbehebung.

Kalibrierung

IV - 3

IV-2 Kalibrierung der Temperatur

VI-2-1 Allgemeine BemerkungenIn den folgenden Abschnitten werden nun nacheinander die Schritte der zurKalibrierung der Temperaturmessung des 54epH erklärt. An dieser Stellegehen wir davon aus, dass der Anschluss des Sensors an den 54epHdurchgeführt und entsprechend Abschnitt V-5 die richtige Messmethode(pH oder Redoxpotenzial) gewählt wurde. Die Messbereiche und Einstellun-gen der digitalen Signale (Alarm 1 bis 3) entsprechen den Werksein-stellungen, sofern diese bisher nicht durch den Anwender geändert wurden.Während einer Kalibrierung oder anderer Routinevorgänge ist es oftgewünscht bzw. aus Gründen der Anlagensicherheit und Prozesssteuerungnotwendig, den oder die analogen Ausgänge auf vorher programmierteWerte bzw. den letzten Prozesswert einzufrieren. Um dies zu erreichen,muss der Parameter >Speich< auf Konfig Ein programmiert werden. Detailsdazu finden Sie Kapitel V, Abschnitt V-6. Ist dieser Modus durch denAnwender aktiviert worden, so erscheint während Eingriffen in das Pro-gramm, die zu einer unmittelbaren Änderung des oder der Analogwerteführen würden die Eingabemaske >Speicher Modus:< zur Aktivierungbzw. Deaktivierung dieses Parameters. Wird der Parameter auf Eineingestellt, so erfolgt eine Fixierung des oder der Ana-logwerte auf denzuletzt gemessenen Prozesswert bzw. einen vorher programmierten Fest-wert und es erscheint die Mitteilung "Speicherung aktiv" auf dem Displaydes Analysators. Auch die digitalen Prozessalarme werden bei "Speiche-rung aktiv" eingefroren und nicht aktiviert. Die Aktivierung des Parameters>Speicher Modus:< wird in Kapitel V, Abschnitt V-6 beschrieben. Details zurProgrammierung des Parameters >Speicher Modus:< finden Sie inAbschnitt IV-8.

IV-2-2 ProzedurDie Nachfolgenden Anweisungen zeigen Ihnen, wie die Temperaturmes-sung durch den 54epH eingestellt werden.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Nach einmaligem Betätigen der Cursor-Taste ist derMenüpunkt Temperatureinstellung des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Mit der Funktionstaste (Edit) wird die Eingabe aktiviert undmit Hilfe der Cursor-Tasten und der Wert der Dezimalpositioneingestellt. Mit den Tasten und wird der Cursor auf die zu änderndeDezimalposition bewegt.

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:-2,00

5,65mAAL2:20,00

pH

Prozessdisplay

7.25F1 F2 F3 F4

pH

Speicher Modus: AusExit Weitr Edit

Diagnose Möglichkeit

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Hauptmenü

Abfrage Speicher Modus Aus/Ein

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

nächste Seite

Kalibrierung

IV - 4

20,4F1 F2 F3 F4

°C

Exit Edit

Temp Eingabe: 20,4 °C

20,4F1 F2 F3 F4

°C

Esc Sichn

Temp Eingabe: +020,4 °C

HinweisBevor die Temperaturmessung kalibriert werden kann,muss mittels eines geeichten Messinstrumentes mit hoherGenauigkeit die Temperatur des Prozessmediums bzw.der Probelösung bestimmt werden. Nachdem derLeitfähigkeitssensor im Prozess bzw. der Probelösungplaziert wurde, benötigt dieser einige Minuten zum akklima-tisieren. Lassen Sie also ca. 5 Minuten vergehen, bevor Siedie Kalibrierung der Temperatur durchführen.

Schritt 4. Mit der Funktionstaste (Sichn) wird die Eingabe quittiert undgespeichert, mit (Esc) verlassen Sie die Eingabemaske ohne dassÄnderungen gespeichert werden. Mit gelangen Sie nach der Kalibrie-rung der Temperatur zurück zum Prozessdisplay.

AchtungWurde die Hold-Funktion aktiviert (Parameter >SpeicherModus< = Ein), so stellen Sie diesen auf Aus, bevor Sieautomatische Regelungen und Dosierungen wieder inBetrieb nehmen.

Die Aktivierung des Parameters >Speicher Modus:< wird in Kapitel V,Abschnitt V-6 beschrieben. Details zur Programmierung des Parameters>Speicher Modus:< finden Sie in Abschnitt IV-8.

IV-3 Einpunktkalibrierung (Standardisierung)

IV-3-1 AllgemeinesDie Kalibrierung erfolgt mit angeschlossenem pH-Sensor. Im Kalibriermenüwerden dem Anwender die Möglichkeit einer Pufferkalibrierung (PufferKalibrierung), einer Standardisierung (Standard) und manuellen Einstel-lung des Slopes (pH Slope) gegeben.

IV-3-2 Standardisieren der pH-MessungNeben der manuellen Kalibrierung der pH-Messung an zwei Punkten, stelltdie Standardisierung ein weiteres Verfahren zur Einstellung eines pH-Messkreises dar. Die Standardisierung bedeutet, dass

die im Prozess befindliche kontinuierliche pH-Messung - bestehend ausAnalysator 54epH, Sensoranschlusskabel sowie Sensor - mit einerdiskontinuierlichen, geeichten pH-Messeinrichtung überprüft und gege-benenfalls eingestellt wird. Der pH-Wert der Vergleichsmessung wirdStandard-pH (pHstd) genannt. Deshalb heisst dieser Vorgang auchStandardisierung.der Anwender in die Lage versetzt wird, einen extern bestimmten Slope(Elektrodensteilheit) in den Speicher des Analysators einzugeben.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Temp Kompensation

StandardTemperatureinstellung

Kalibrierung

IV - 5

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

IV-3-3 Was passiert während der Standardisierung?1. Der Anwender gibt den durch das externe, geeichte Messgerätbestimmten pH-Wert in den Speicher des 54epH ein. Der Analysatorändert nach der Eingabe des Standardwertes die eigene Anzeige aufden eingegebenen pH-Wert.2. Der Analysator errechnet die Differenz zwischen den pH-Werten(∆pH) und formt diese in eine Spannungsdifferenz ∆V um.Die Spannungsdifferenz ∆V berechnet sich nach der Formel: ∆V =[0,1984 (ϑ + 273,14)] ∆pH, wobei ϑ die Temperatur in °C darstellt. DieSpannungsdifferenz, auch Referenzausgleich genannt, wird dann beiden nachfolgenden Messungen zum gemessenen Spannungssignaladdiert, bevor die Spannung in einen pH-Wert umgerechnet wird.Weitere Informationen darüber wie ein pH-Messgerät das Span-nungssignal in einen pH-Wert umrechnet entnehmen Sie dem KapitelTheorie.

IV-3-4 ProzedurSchritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass der oder die analogen Ausgängewährend der Standardisierung auf die vorher unter >Programm< ->Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< imParameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) und einmaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt >Standard< des Untermenüs >Kalibrie-rung< angewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 4. Mit der Funktionstaste (Enter) gelangen Sie in dasEditiermenü für den pH-Wert. Mit den Tasten und wird der Cursorauf die zu ändernde Dezimalposition bewegt. Mit den Cursor-Tasten und kann jeweils der numerische Wert der Dezimalposition geändertwerden.Wird der Cursor mit den Tasten und auf das Komma gestellt, sokann das Komma dann mit nach rechts sowie mit nach linksverschoben werden. Mit der -Taste (Sichn) kehren Sie eine Menüebenezurück, nachdem vorher der eingegebene numerische Wert in denSpeicher des 54epH übernommen wurde. Mit der Taste (Esc) erfolgtder Abbruch der Routine zur Standardisierung des Messkreises.

7.25F1 F2 F3 F4

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Temperatureinstellung

Puffer KalibrierungStandard

oder

7.25F1 F2 F3 F4

pH

Standard: 7,25 pHExit Edit

7.25F1 F2 F3 F4

pH

Standard: +7,25 pH Esc Sich

Kalibrierung

IV - 6

IV-4 Automatische Pufferkalibrierung

IV-4-1 Allgemeine BemerkungenDie Kalibrierung der pH-Messeinrichtung, bestehendaus Sensor, Anschlusskabel sowie Analysator, dient zurErzielung einer hohen Messgenauigkeit und damit auchZuverlässigkeit der Messung. Eine Kalibrierung derMesseinrichtung ist erforderlich, wenn

ein neuer pH-Sensor eingesetzt wird, da der alteSensor funktionsuntüchtig ist. Beachten Sie bitte,dass auch ein neuer Sensor in periodischen Abstän-den auf Funktion überprüft werden muss. Diesgeschieht in aller Regel durch ein Neukalibrierungmit Pufferlösungen bzw. durch eine Überprüfung mitpH-Puffern.der durch die pH-Messeinrichtung angezeigte Mess-wert nicht plausibel erscheint oder die pH-Messungden Messwert nicht oder nur sehr träge ändert.

Die Benutzung der automatischen Kalibrierung an Stelleder manuellen wird sehr empfohlen. Die automatischeKalibrierung schränkt Fehler ein, die beim Umgang mitPufferlösungen oder bei der Einhaltung von Wartezei-ten bis zur Einstellung des richtigen pH-Wertes durchden Anwender gemacht werden können.Die automatische Kalibrierung vereinfacht bzw. auto-matisiert die Abläufe wahrend des Kalibriervorganges.Der Anwender wird über das Display des Analysatorsdurch eine Zwei-Punkt-Kalibrierung geführt. Fehler-quellen werden minimiert, da über das Display exakteAnweisungen an die die Kalibrierung durchführendePerson gegeben werden.Der 54epH erkennt automatisch die verwendeten Puffer-lösungen und verwendet den temperaturkorrigierten pH-Wert in der Kalibrierung. Der Analysator bestimmt auchdas Signal/Rausch-Verhältnis sowie den zeitlichenVerlauf der Kalibrierung bis zur Annäherung bzw. demErreichen des pH-Punktes und akzeptiert keine Kali-brierung, bis die Messung stabil ist.

Wir möchten an dieser Stelle noch einige wichtigeHinweise zur Verwendung von Pufferlösungen geben.

Eine pH-Messung ist nur so gut wie die Kalibrierungund diese hängt stark von den verwendeten Puffer-lösungen ab. Eine sorgfältige Kalibrierung ist alsoder erste Schritt zu einer genauen pH-Messung.Kalibrieren Sie mit Puffern, deren pH-Werte den pH-

Wert des Prozesses einschließen. Ist der pH-Wertdes Prozesses beispielsweise zwischen 8 und 9, sowählen sie einen Puffer mit pH 7 und einen mit pH 10.Kommerzielle Puffer für diesen mittleren pH-Bereichsind uneingeschränkt verfügbar. Puffer mit einempH-Wert kleiner als 3 oder größer als 10 sind schwerzu beschaffen und müssen meistens selbst herge-stellt werden. Die Tabellen IV-1 und IV-2 listendiejenigen Puffer auf, die in der Software des Trans-mitters implementiert wurden und deshalb durchdiesen automatisch erkannt werden.Beachten Sie bei der Kalibrierung, dass der Sensoreine gewisse Zeit benötigt, um sich in der Puffer-lösung zu akklimatisieren. War der Sensor vorher ineinem Prozess, der mehr als 10°C wärmer oderkälter ist, warten Sie mindestens 20 Minuten.Am besten kalibrieren Sie mit Puffern, die dieselbeTemperatur wie der Prozess haben. Ist der Tempe-raturunterschied nämlich größer als 15°C, so kannder pH-Wert um mehr als 0,1 abweichen.Seien Sie vorsichtig, wenn Sie Puffer bei hohenTemperaturen verwenden. Vermeiden Sie Verdun-stung. Dadurch ändert sich die Konzentration derPufferlösung und somit ihr pH-Wert. Stellen Siesicher, dass der pH-Wert des Puffers bei hohenTemperaturen definiert ist. Bei den meisten Puffernist er nämlich oberhalb von 60 °C undefiniert. Unab-hängig davon, warten Sie solange, bis die einzelnenTemperaturunterschiede zwischen Sensor und Lö-sung angeglichen sind, bevor Sie kalibrieren.Der pH-Wert eines Puffers ist temperaturabhängig.Gleichungen , die diesen Umstand ausgleichen, sindbereits im Analysator programmiert. Bei der automa-tischen Kalibrierung wird also immer der korrekte,temperaturkompensierte Wert benutzt.Puffer haben nur eine bestimmte Lebensdauer.Benutzen Sie keine Puffer mit abgelaufenemHaltbarkeitsdatum. Lagern Sie Puffer nur bei kontrol-lierter Raumtemperatur.Geben Sie benutzte Puffer nicht wieder zurück in dieFlasche. Entsorgen Sie diese.Vermeiden Sie Luftkontakt der Puffer. Der in der Luft

Kalibrierung

IV - 7

gelöste Kohlenstoffdioxid senkt den pH-Wert vonAlkalipuffern. Andere hauptsächlich in industriellenUmgebungen anzutreffende Spurengase wie Am-moniak oder Chlorwasserstoff beeinträchtigenebenfalls den pH-Wert der Puffer. Auch Schimmelwächst gut in neutralen oder leicht sauren Puffern.Schimmelwachstum kann den pH-Wert eines Puf-fers beträchtlich verändern.Reinigen Sie den Sensor mit deionisiertem Wasser,bevor Sie ihn in den Puffer stellen. Entfernen Sieaustretendes Wasser vom Sensor, indem Sie es miteinem sauberen Tuch vorsichtig abtupfen. Schrub-ben Sie den Sensor nicht. Dadurch entsteht mögli-cherweise eine statische Aufladung, die zu ver-rauschten Messungen führt. Oft dauert es Stunden,bis die statische Ladung wieder verschwunden ist.Einige Tropfen deionisiertes Wasser auf dem Sen-sor ändern den pH-Wert des Puffers nicht.

AchtungBei der Installation bzw. Deinstallationder Sensoren ist unbedingt darauf zuachten, dass die Rohrleitung oder derBehälter, in der oder in dem der Sensordirekt montiert wurde bzw. werden soll,sich in drucklosem Zustand befindet.Ferner kann es sich bei den Prozess-medien kann es sich um giftige oderätzende Flüssigkeiten handeln, diebeim Kontakt mit der Haut oder denAugen zu schweren gesundheitlichenSchäden oder zu Reizungen führenkönnen. Treffen Sie entsprechendeMaßnahmen zu Ihrem und zum SchutzIhrer Mitarbeiter.

MERCK INGOLD DIN 19267 KUNDEpH pH pH pH

1,09 0 - 90 °C2.00 0- 95 °C 2.00 0- 95 °C

3.06 0 - 90 °C4.01 0 - 95 °C

4.65 0 - 90 °C7.00 0 - 95 °C 7.00 0 - 95 °C 6,79 0 - 90 °C9.00 0 - 95 °C

9.21 0 - 95 °C 9.23 0 - 90 °C12.00 0 - 95 °C

12.75 0 - 90 °C

Tabelle IV-2 pH-Werte von technischen Puffern und Temperaturbereiche mit def. pH-Abhängigkeit

NIST DIN 19266 JIS 8802 BSIpH pH pH pH

1.68 5 - 95 °C 1,68 5 - 95 °C 1,68 5 - 95 °C 1.68 5 - 95 °C3.56 25- 95 °C 3.56 25- 60 °C3.78 0 - 95 °C4.01 0 - 95 °C 4.01 0 - 95 °C 4.01 0 - 95 °C 4.01 0 - 60 °C6.86 0 - 95 °C 6,86 0 - 95 °C 6.86 0 - 95 °C 6.86 0 - 60 °C7.00 0 - 95 °C7.41 0 - 50 °C9.18 0 - 95 °C 9.18 0 - 95 °C 9.18 0 - 95 °C 9.18 0 - 60 °C10.01 0 - 50 °C 10.01 0 - 50 °C 10.01 0 - 50 °C12.45 0 - 60 °C 12.45 0 - 60 °C

Tabelle IV-1 pH-Werte von Standardpuffern sowie Temperaturbereiche mit definierter pH-Abhängigkeit

Kalibrierung

IV - 8

IV-4-2 ProzedurSchritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass die analogen Ausgänge währendder automatischen Pufferkalibrierung auf die vorher unter >Programm<- >Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< imParameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) ist der Punkt >Puffer Kalibrierung<des Untermenüs >Kalibrierung< angewählt und kann mit der -Taste(Enter) aktiviert werden.Schritt 4. Reinigen Sie den Sensor und stellen Sie ihn in die erstePufferlösung. Stellen Sie sicher, dass das Temperaturelement desSensors vollständig eingetaucht ist. Dazu muss die Sensorspitze minde-stens 7,5 cm unter der Oberfläche der Pufferlösung sein. Lassen Sie denSensor nicht einfach in der Lösung stehen, rühren Sie ihn kontinuierlichherum. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um die automatischeKalibrierung zu beginnen. "Warten" blinkt einige Sekunden auf demDisplay, bis der pH-Puffer durch den Analysator erkannt und demPufferwert die aktuelle Eingangsspannung vom Sensor zugeordnetwurde. Danach wird der erkannte Puffer auf dem Display angezeigt.Schritt 5. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um zur Routine für denPuffer Nr. 2 zu gelangen. Nehmen Sie nun den Sensor aus der erstenPufferlösung und säubern Sie diesen mit deionisiertem Wasser. Tau-chen Sie den Sensor nun in die zweite Pufferlösung ein. Warten Sie nunwieder einige Minuten, bis sich der Sensor in der Pufferlösung akli-

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Aut Kal Puffer 1Abbr Weitr

8.89F1 F2 F3 F4

pH

Aut Kal Puffer 2Abbr Weitr

nächste Seite

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Pu1 fertig: 4,01@25°CAbbr Weitr

8.89F1 F2 F3 F4

pH

Pu2 fertig: 9,01@25°CAbbr Weitr

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Puffer 1 -- WartenAbbr

8.89F1 F2 F3 F4

pH

Puffer 2 -- WartenAbbr

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

TemperatureinstellungStandardPuffer Kalibrierung

7.25F1 F2 F3 F4

pH



Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Kalibrierung

IV - 9

matisiert hat. Lassen Sie den Sensor nicht einfach in der Lösung stehen,rühren Sie ihn kontinuierlich herum.Schritt 6. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um die automatischeKalibrierung mit dem zweiten Puffer durchzuführen. "Warten" blinktwieder auf dem Display, bis der pH-Puffer durch den Analysator erkanntund dem Pufferwert die aktuelle Eingangsspannung vom Sensor zuge-ordnet wurde. Danach wird der erkannte Puffer auf dem Displayangezeigt.Schritt 7. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um die automatischeKalibrierung zu beenden.

IV-5 Manuelle Pufferkalibrierung

Neben der automatischen Pufferkalibrierung kann auch eine manuelleKalibrierung des Messkreises erfolgen. Dazu muss jedoch vorher unter>Programm< - >Konfiguration< - >Kalibrierung< der Parameter Auto-mat Kal von "Standard" auf "Manuell" eingestellt werden. Details dazuwerden in Kapitel V, Abschnitt V-9 beschrieben.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass die analogen Ausgänge währendder manuellen Pufferkalibrierung auf die vorher unter >Programm< ->Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< imParameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) ist der Menüpunkt >2-pkt Kalibrie-rung< des Untermenüs >Kalibrierung< angewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 4. Reinigen Sie den Sensor und stellen Sie ihn in die erstePufferlösung. Stellen Sie sicher, dass das Temperaturelement desSensors vollständig eingetaucht ist. Dazu muss die Sensorspitze minde-stens 7,5 cm unter der Oberfläche der Pufferlösung sein. Lassen Sie denSensor nicht einfach in der Lösung stehen, rühren Sie ihn kontinuierlichherum. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um die manuelle Kalibrie-rung zu beginnen. "Pt 1 Stabilisier.. Warten" blinkt auf dem Display,

9.01F1 F2 F3 F4

pH

Auto Puf Kal fertigExit

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

7.25F1 F2 F3 F4

pH


4.09F1 F2 F3 F4

pH

Kalibrierung Pkt 1Abbr Weitr

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Pt 1 Stabilisier.. WartenAbbr Weitr

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Exit Pkt 2 Edit26,2°CPkt1: 4,00 pH

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

TemperatureinstellungStandard2-pkt Kalibrierung

Kalibrierung

IV - 10

bis die aktuelle Eingangsspannung vom Sensor durch den Analysatorstabil übernommen wurde.Schritt 5. Nun haben Sie die zwei Möglichkeiten, mit der Taste (Edit)in die Routine zur Eingabe des richtigen Pufferwertes zu wechsel undmit Hilfe der Cursor-Tasten und die jeweilige Dezimalposition zuändern (Mit den Tasten und wird der Cursor auf die zu änderndeDezimalposition bewegt. Betätigen der Taste (Sich) ordnet dann demPufferwert die momentane Eingangsspannung zu) oder mit (Pkt 2)direkt zum nächsten Puffer überzugehen.Schritt 6. Drücken Sie nun die Taste (Pkt2), um zum Puffer 2 zugelangen. Nehmen Sie nun den Sensor aus der ersten Pufferlösung undsäubern Sie diesen mit deionisiertem Wasser. Tauchen Sie den Sensornun in die zweite Pufferlösung ein. Warten Sie nun wieder, bis sich derSensor in der Pufferlösung aklimatisiert hat. Lassen Sie den Sensor nichteinfach in der Lösung stehen, rühren Sie ihn kontinuierlich herum.

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Exit Pkt 2 Edit26,2°CPkt1: 4,00 pH

9.09F1 F2 F3 F4

pH

Kalibrierung Pkt 2Abbr Weitr

9.12F1 F2 F3 F4

pH

Pt 2 Stabilisier.. WartenAbbr Weitr

9.12F1 F2 F3 F4

pH

Exit Edit26,2°CPkt1: 9,18 pH

4.09F1 F2 F3 F4

pH

Esc Sich26,2°CPkt1: +4,00 pH

9.12F1 F2 F3 F4

pH

Esc Sich26,2°CPkt1: +9,18 pH

9.18F1 F2 F3 F4

pH

Exit2Pkt Kal fertig

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

TemperatureinstellungStandard2-pkt Kalibrierung

Schritt 7. Drücken Sie nun die Taste (Weitr), um die manuelleKalibrierung mit dem zweiten Puffer durchzuführen. "Pt 2 Stabilisier..Warten" blinkt einige Sekunden auf dem Display, bis die aktuelleEingangsspannung vom Sensor durch den Analysator stabil übernom-men wurde.Schritt 8. Mit der Taste (Edit) wechseln Sie nun in die Routine zurEingabe des richtigen Pufferwertes Nr. 2. Mit Hilfe der Cursor-Tasten

und ändern Sie die jeweilige Dezimalposition und mit den Tasten und wird der Cursor auf die zu ändernde Dezimalposition bewegt.

Betätigen der Taste (Sich) ordnet dann dem Pufferwert die momentaneEingangsspannung zu.Schritt 8. Mit der Taste (Exit) kehren Sie in das Kalibriermenü zurück.Nochmaliges Betätigen von (Exit) ermöglicht die Rückkehr zumProzessdisplay.

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH

Kalibrierung

IV - 11

IV-6 Temperaturkompensation

IV-6-1 Allgemeine BemerkungenEine automatische Temperaturkompensation ist bei Messungen des pH-Wertes der allgemeine Standard und ist auch im Falle des 54epH werksseitigeingestellt. Über ein Thermoelement wird in einem solchen Fall die Prozess-temperatur gemessen und zur richtigen Ermittlung des pH-Wertes automa-tisch über die NERNSTsche Gleichung berücksichtigt.Manchmal kann es jedoch notwendig sein, einen Festwert für die Tempe-ratur einzugeben und über diesen den pH-Wert berechnen zu lassen.Nachfolgend soll nun kurz diese Routine beschrieben werden, an welcherStelle innerhalb der Software dieser Parameter eingestellt werden kann.

IV-6-2 ProzedurDie nachfolgenden Anweisungen zeigen Ihnen, wie die Art der Temperatur-kompensation eingestellt wird.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass die analogen Ausgänge währendder manuellen Pufferkalibrierung auf die vorher unter >Programm< ->Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< imParameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) und dreimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt >Temp Kompensation< des Untermenüs>Kalibrierung< angewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviertwerden.Schritt 4. Mit der -Taste (Edit) wird nun die Routine zur Auswahl derTemperaturkompensation aktiviert. Es stehen als Möglichkeiten für denParameter Temp Kompensation "Automat" und "Manuell" zur Aus-wahl. Mit den Cursor-Tasten und erfolgt die Auswahl. Quittieren Siemit der -Taste (Sichn), um die Auswahl in den Speicher des 54epH zuübernehmen oder drücken Sie (Esc), um ohne Änderungen derWerkseinstellung fortzufahren.

HinweisÜber den Parameter "Manuelle Temp" wird diejenigeTemperatur eingestellt, mit deren Hilfe der pH-Wert be-rechnet werden soll. Bei manueller Kompensation werdenweiterhin alle temperaturrelevanten Alarme ausgeschalten.

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

7.25F1 F2 F3 F4

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

pH Slope

TemperatureinstellungTemp Kompensation

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Manuelle Temp: 25,0 °CTemp Komp: Automat

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Manuelle Temp: 25,0 °CTemp Komp: Automat

Kalibrierung

IV - 12

IV-7 Einstellung des pH-Slopes

IV-7-1 Allgemeine BemerkungenDer Slope einer Glaselektrode wird normalerweise während einer Kalibrie-rung mit pH-Puffern berechnet. Der Slope kann jedoch auch manuell in denSpeicher des Analysators geschrieben werden. Bei einer neuen, vollfunktionsfähigen Glaselektrode ist der Slope ca. 59 mV/pH. Im Laufe derBetriebszeit der Glaselektrode verringert sich dieser Slope. Ist dieserletztlich kleiner als 47 mV/pH, so ist dies ein sicheres Zeichen dafür zuwerten, dass die Glaselektrode alt und verbraucht ist und demnächstausgewechselt werden sollte.Bei der manuellen Eingabe eines Slopes werden Werte zwischen 47 und60 mV/pH akzeptiert.

IV-7-2 ProzedurSchritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegtund wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass die analogen Ausgänge währendder manuellen Pufferkalibrierung auf die vorher unter >Programm< ->Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< imParameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) und viermaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt >pH Slope< des Untermenüs >Kalibrie-rung< angewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 4. Mit der -Taste (Edit) wird nun die Routine zur Eingabe desSlopes aktiviert. Mit Hilfe der Cursor-Tasten und ändern Sie diejeweilige Dezimalposition und mit den Tasten und wird der Cursorauf die zu ändernde Dezimalposition bewegt. Betätigen der Taste (Sich) schreibt den eingegebenen Slope in den Speicher des 54epH.Drücken Sie (Esc), um ohne Änderungen des Parameters pH-Slopefortzufahren.

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:100m

5,65mAAL2:1000m

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

7.25F1 F2 F3 F4

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

pH Slope

TemperatureinstellungTemp Kompensation

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

pH Slope: 59,18 mV/pH

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

pH-Slope: 59,18 mV/pH

Kalibrierung

IV - 13

7.25F1 F2 F3 F4

pH

Speicher Modus: Ein Esc Sichn


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Temp Kompensation

Kalibrierung sensor

Speicherung aktiv

IV-8 Hold-Modus

Während einer routinemäßigen Wartung, wozu auch eine Kalibrierunggehört, sollte der Analysator 54epH in den Hold-Modus gesetzt werden.Wurde der Parameter >Einstelng Haltefkt< (vgl. Kapitel V, Abschnitt V-6)auf Konfig Ein eingestellt, so erfolgt vor einer Kalibrierung die Abfrage, obdie analogen Ausgangwerte während dieses Eingriffes auf vorher program-mierte Werte bzw. die letzten Prozesswerte eingefroren werden sollen.Zur Programmierung der digitalen Ausgänge für einem derartigen Zustandinformieren Sie sich bitte in Kapitel V, Abschnitt V-7.

Ist der Hold-Mode aktiv, so ist nach der Parameter Speicher Modus auf"Ein" eingestellt, so erscheint auf allen Displays "Speicherung aktiv"(dunkler Hintergrund).

V Softwareeinstellungen Version 1.13

Softwareeinstellungen

V - 1

V-1 Einführung

Der Analysator Modell 54epH wird werkseitig mit der

Einstellung "pH-Messung" ausgeliefert. Wird ein

Redoxpotenzialsensor an den 54epHangeschlossen, so

wechseln Sie zunächst in Abschnitt V-6 und nehmen

KAPITEL VSoftwareeinstellungen Version 1.13

V-1 Einführung

V-2 Einstellung der Alarme

V-3 Änderung der Einstellung der Analogausgänge (PID)

V-4 Analogausgänge (Normalmodus)

V-5 Test der Analogausgänge und Alarme

V-6 Grundeinstellungen unter Display

V-7 Parametrierung der Analogausgänge

V-8 Parametrierung der Alarme

V-9 Einstellung der Diagnosefunktionen

V-10 Einstellung von AutoKal

anhand der dort dargestellten Anweisungen die Ände-

rung auf "ORP- oder Redox-Messung" vor. In den

Tabellen V-1 Teil 1/4 bis 3/4 wird Ihnen zunächst ein

Überblick über die werkseitige Einstellung der unter

MENÜ AUSWAHLMÖGLICH- WERKSEIN- KUNDENSEITIGE

KEIT STELLUNG EINSTELLUNGMenüebene Programm

a. Alarmprogrammierung (Abschnitt V-2)

Alarmpunkt 1 (Low Alarm) 0...14 pH 0.00 pH ...............................

Alarmpunkt 2 (High Alarm) 0...14 pH 14.00 pH ...............................

Alarmpunkt 3 (High Alarm) 0...14 pH 14.00 pH ...............................

b. Einstlng Anawrt (Abschnitt V-3, V-4)

Einstlng Anawrt 1: 4 mA 0...14 pH 0.00 pH ...............................

Einstlng Anawrt 1: 20 mA 0...14 pH 14.00 pH ...............................

Einstlng Anawrt 2: 4 mA -15...130 OC 0.0 OC ...............................


Menüebene Konfiguration (Programm)

a. Display (Abschnitt V-6)

Messung pH/ORP/Redox pH ...............................

Auflösung 0.01 pH/0.1 pH 0.01 pH

Temp Einheit °C/°F °C ...............................

Stromausg 1 mA/% mA ...............................

Stromausg 2 mA/% mA ...............................

Sprache Deutsch/Italiano/English/Francais/Espanol English ...............................

Display links leer/AL1/AL3/Slp/RO/GI/In AL1 ...............................

Display rechts leer/AL2/AL3/RI/In/Str2 AL2 ...............................

Display Kontrast 0...9 (9 = dunkel) 4 ...............................

Timeout Ein/Aus Ein ...............................

Timeout Wert 1...60 Minuten 10 min ...............................

Polling Adresse (nur bei Code -09) 0...100 0 ...............................

Tabelle V-1 Softwareeinstellungen Teil 1 von 4 für pH-Wert

Software-einstellungenVersion 1.13


V - 2


KEIT STELLUNG EINSTELLUNGMenüebene Konfiguration (Programm)

b. Stromausgang (Abschnitt V-7)

Kontrl Ausgang 1

Stromausgang Messung Prozeß/Glas Imped/Ref Imped/Temperatur Prozeß ...............................

Kontrollmodus normal/PID normal ...............................

Einstelng Ausgang 1 (normal)

Bereich 4/0-20 mA 4-20 mA ...............................

Dämpfung 0...299 Sekunden 0 Sekunden ...............................

Speich Letzt Wert/Fest Wert Letzt Wert ...............................

Fest Wert (wenn Speich = Fest Wert) 0...22 mA 21 mA

Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................

Einstelng Ausgang 1 (PID)

Einstllg -2...+16pH/-15...130°C 7.00 pH ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................

Integral 0...2.999 Sekunden 0 Sekunden ...............................

Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Bereich 0/4-20 mA 4-20 mA ...............................


Fest Wert (wenn Speich = Fest Wert) 0...22 mA 21 mA ...............................

Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................

Kontrl Ausgang 2

Stromausgang Messung Prozeß/Glas Imped/Ref Imped/Temperatur Prozeß ...............................



Bereich 4/0-20 mA 4-20 mA ...............................




Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................


Einstllg -2...+16pH/-15...130°C 7.00 pH ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Bereich 0/4-20 mA 4-20 mA ...............................



Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................

c. Alarm (Abschnitt V-8)

Alarm 1 Kontrolle

Aktivierungsmethode Prozess/Temperatur Prozess ...............................

Kontrollmodus normal/TPC normal ...............................

Alarm 1 Einstellung (normal)

Alarm Aus/Max/Min Min ...............................

Einstllg -2...16pH/-15...130°C -2 pH ...............................

Hysterese 0...5.00pH/0...10 °C 0.01pH ...............................

Verzögerung 0...99 Sekunden 0 Sekunden ...............................

Relais Fehler Nein/Offen/Zu Nein ...............................

Alarm 1 Einstellung (TPC)

Einstllg -2...16pH/-15...130 °C 7 pH

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................

Integral 0...2999 Sekunden 0 Sekunden ...............................



V - 3




c. Alarm (Abschnitt V-8) weiter von Seite V-2

Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Zeitperiode 10...2.999 Sekunden 30 Sekunden ...............................

UVR (100 % Aus) -2...16pH/-15...130°C 2 pH ...............................

LVR (100 & An) -2...16pH/-15...130°C 0 pH ...............................


Alarm 2 Kontrolle





Einstllg -2...16pH/-15...130°C -2 pH ...............................

Hysterese 0...5.00pH/0...10 °C 0.01pH ...............................




Einstllg -2...16pH/-15...130°C 7 pH ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Zeitperiode 10...2999 Sekunden 30 Sekunden ...............................

UVR (100 % Aus) -2...16pH/-15...130°C 2 pH ...............................

LVR (100 % An) -2...16pH/-15...130°C 0 pH ...............................


Alarm 3 Kontrolle





Einstllg -2...16pH/-15...130°C -2 pH ...............................

Hysterese 0...5.00pH/0...10 °C 0.01pH ...............................




Einstllg 2...16pH/-15...130°C 7 pH ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................


UVR (100 % Aus) -2...16pH/-15...130°C 2 pH ...............................

LVR (100 % An) -2...16pH/-15...130°C 0 pH ...............................


Alarm 4 Einstellung

Alarm Aus/Fehler Fehler ...............................

ZuleitbegrgZtshatuhr

Zuleitbegrg Disable/Alarm1/Alarm2/Alarm3 Disable ...............................

Timeout 0...10.800 Sekunden 3.600 Sek. ...............................


V - 4




Interval Timer

Timer Disable/Alarm1/Alarm2/Alarm3 Disable ...............................

Intervall 0...999.9 Stunden 24 Stunden ...............................

Wiederholungen 1...60 1 ...............................

EnshaltZt 0...2.999 Sekunden 120 Sekunden ...............................

AsshaltZt 0...2.999 Sekunden 1 Sekunde ...............................

Wiederherst 0...999 Sekunden 600 Sekunden ...............................

d. Diagnose (Abschnitt V-9)

Diagnose An/Aus Aus ...............................

Glas Imp Max 0...2000 MΩ (bei 0 ausgeschalten) 1000 MΩ ...............................

Glas Imp Min 0...900 MΩ (bei 0 ausgeschalten) 20 MΩ ...............................

Ref. Imp Max 0...140 kΩ (bei 0 ausgeschalten) 140 kΩ ...............................

Zero offset 0...999 mV 60 mV ...............................

Kal Warn 0...500 % 0% ...............................

Imped Komp Ein/Aus Ein ...............................

e. Kalibrierung (Abschnitt V-10)

Automat Kal Manuell/Standard/DIN 19267 Manuell ...............................

pH Stabilisier 0.01...0.50 pH 0.01 pH ...............................

StabilisngsZt 0...30 Sekunden 10 Sekunden ...............................

f. Passzahlen (Abschnitt VII-1)

Daten Kom 000...999 000 ...............................

Daten Prog 000...999 000 ...............................

Daten Kon 000...999 000 ...............................

g. Temperaturkoeffizient (Abschnitt VII-3)

Temp Koeff -0.044...0.028pH/°C 0.000 ...............................

Operate iso -1.35...20.12 pH 7.00 pH ...............................

Sensor iso 0...14 pH 7.00 pH ...............................



V - 5

schiedlichen Software-Parameter gegeben. Es ist vor-

teilhaft, Ihre individuellen Einstellungen in der Spalte

"Kundenseitige Einstellung" zu notieren. Dadurch wird

auch die erneute Programmierung des Analysators

erleichtert, sofern aus hier nicht näher erläuterten

Gründen die Werkseinstellungen geladen werden müs-

sen. Nachfolgend wird kurz die grobe Struktur der

Bedienmenüs für den 54epH erläutert sowie dargestellt,

wie der Zugriff auf die einzelnen Ebenen erfolgt.

7.00

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH

Prozessdisplay


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Hauptmenü

......

Exit Enter

F1 F2 F3 F4



Temp Kompensation

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

pH Slope


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Simulationstest

AlarmprogrammierungEinstlng Anawrt

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

Abbildung V-1 Struktur der Menüebenen und Zugang

Stromausgang

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

Display

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Passzahlen

DiagnoseKalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Temperaturkoeffizient

KalibrierungPasszahlen


V - 6

V-2 Einstellung der Alarme

In diesem Abschnitt wird die Einstellung der Alarme des 54epH beschrieben.

Es stehen 3 Alarmrelais zur Verfügung, die durch den Anwender entspre-

chend der Prozess- und Regelanforderungen programmiert werden können.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangen

Sie direkt in das Hauptmenü.

Schritt 2. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der

Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt und kann mit der -

Taste (Enter) aktiviert werden.

Schritt 3. Der Cursor steht automatisch auf dem Menüpunkt Alarm-

programmierung, so dass dieser mit der -Taste (Enter) aktiviert

werden kann.

Hinweis

Die werkseitige Einstellung der Alarme können Sie der

Tabelle V-1 Teil 1...4 entnehmen. In Abschnitt V-8 wird

gezeigt, wie die Alarme deaktiviert (Aus) bzw. auf High

Alarm (Max) bzw. Low Alarm (Min) eingestellt werden

können.

Schritt 4. Wählen Sie nun mit den Cursor-Tasten sowie denjenigen

Alarm aus, dessen numerischer Wert geändert werden soll. In unserem

Einstlng Anawrt

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Simulationstest

Alarmprogrammierung

7.25

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarmpunkt 3

Alarmpunkt 1Alarmpunkt 2

Beispiel wählen wir hier den Alarm 1 aus. Quittieren

Sie Ihre Auswahl mit der -Taste (Enter).

Hinweis

Wurde der Alarm ALX unter Konfigu-

ration - Alarm - Alarm X Kontrolle -

Kontrollmodus auf den TPC-Modus

programmiert, so resultiert nicht Schritt

5a sondern Schritt 5b.

Schritt 5a. Mit den Tasten und wird der Cursor

auf die zu ändernde Dezimalposition bewegt. Mit den

Cursor-Tasten und kann jeweils der numeri-

sche Wert der Dezimalposition geändert werden.

Wird der Cursor mit den Tasten und auf das

Komma gestellt, so kann das Komma dann mit

nach rechts sowie mit nach links verschoben

werden. Mit der -Taste (Sichn) kehren Sie eine

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Low Alarm: -02.00 pHLow Alarm: -2.00 pH

5a 5a

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Einstllg: +07.00pHEinstllg: 7.00 pH

5b 5b


V - 7

Menüebene zurück. Mit der -Taste (Exit) verlassen Sie dieses Unter-

menü in Richtung nächsthöherer Ebene. Mit (Esc) verlässt man die

Eingabemaske, ohne dass Änderungen gespeichert werden.

Schritt 5b. Die Einstellung des numerischen Zahlenwertes erfolgt unter

Schritt 5b wie unter Schritt 5a beschrieben. Im TPC-Modus wird der

numerische Wert unter Einstllg dazu benutzt zu berechnen, wie lange der

Alarm X aktiv geschalten werden muss. Einzelheiten zur TPC-Funktion

der Alarmausgänge mit einer ausführlichen Beschreibung der einzelnen

Parameter erfolgt in Kapitel VI, Abschnitt VI-6.

V-3 Änderung der Einstellung der Analogausgänge (PID)

Dieses Kapitel beschreibt, wie die Einstellung der Analogausgänge im PID-

Modus erfolgt. Die Erläuterungen erfolgen wieder am Beispiel von Analog-

ausgang 1. Beachten Sie bitte, dass sich beide Analogausgänge als PID-

Ausgänge programmieren lassen






Schritt 3. Mit der Taste wird der Cursor auf >Einstlng Anawrt<

gebracht. Mit der -Taste (Enter) aktivieren Sie dieses Untermenü.


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Simulationstest

Alarmprogrammierung

7.25

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Einstllg Anawrt 1Einstllg Anawrt 2

Parameter aus, dessen Einstellung geändert werden

soll. In unserem Beispiel wählen wir hier den Para-

meter Einstllg. Quittieren Sie Ihre Auswahl mit der

-Taste (Enter). Die Änderung der numerischen

Werte erfolgt mit den Cursor-Tasten und das Quittie-

ren mit der Taste .

Erläterungen zu den Parametern. In unserem

Beispiel auf dieser Seite stellt der Wert 7 pH unter

Einstllg den Sollwert dar. Unter dem Parameter

4mA wird diejenige Abweichung vom Sollwert ein-

getragen, bei der ein Strom von 4 mA resultieren soll,

in unserem Beispiel 0.00 pH. Unter dem Parameter

20mA wird diejenige Abweichung vom Sollwert

eingetragen, bei der ein Strom von 20 mA resultieren

soll, in unserem Beispiel +3.00 pH. Welcher Strom

Einstlng Anawrt

am analogen Ausgang anliegt, kann mit der folgen-

den Formel berechnet werden:

Anawrt1 = 100

Für unser Beispiel würde sich bei einem Messwert

von pH = 8,5 ein Anawrt von 50 % oder 12 mA

ergeben. Fällt der pH-Wert bei weiterer Ännäherung

Stromausgang 1

Abbr. Weitr

F1 F2 F3 F4

wird beeinträchtigt

Vorsicht: aktueller4mA: 0.00 pH

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

20mA: 3.00 pH

Einstllg: 7.00 pH

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Einstllg: +07.00pH4mA: 0.00 pH20mA: 3.00 pH

Messwert - Sollwert

Abw.20mA

- Abw.4mA

*


V - 8

an den Sollwert auf 7,5 pH, so resultiert ein Anawrt von 16,67 % oder

6,67 mA. Der Parameter Einstllg legt typischerweise den pH-Wert fest,

bei dem der Stromausgang 4 mA beträgt. Durch die P, I und D-Anteile

der Regelfunktion wird die Art und Weise der Ännäherung an diesen

Sollwert festgelegt. Einzelheiten dazu finden Sie in Abschnitt V-7.

V-4 Analogausgänge (Normalmodus)

In diesem Abschnitt wird die Einstellung der Analogausgänge des 54epH

beschrieben. Es stehen 2 Ausgänge zur Verfügung, die durch den

Anwender entsprechend der Prozess- und Regelanforderungen program-

miert werden können.






Schritt 3. Der Cursor steht automatisch auf dem Menüpunkt Alarm-

programmierung. Nach einmaligem Betätigen der Cursor-Taste ist

der Menüpunkt Einstlng Anawrt angewählt (dunkler Hintergrund) und

kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.

Hinweis

Die Analogausgänge sind werkseitig auf 0-14 pH (Ausgang

1) sowie 0-100 °C (Ausgang 2) eingestellt. Informieren Sie

sich bitte in Tabelle V-1 Teil 1 von 4, welche Ausgabe-

möglichkeiten über die Prozessvariable vorhanden sind.

Zur Programmierung werden in Abschnitt V-7 Detailan-

gaben gemacht.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Simulationstest

Alarmprogrammierung

7.25

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Einstlng Anawrt 1Einstlng Anawrt 2

Einstlng Anawrt

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

4mA: 0.00 pH20mA: 14.00 pHStromausg 1: 5,29 mA

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

4mA: +0.00 pH20mA: 14.00 pHStromausg 1: 5,29 mA


Analogausgang aus, dessen numerischer Wert geändert werden soll. In

unserem Beispiel wählen wir hier den Ausgang 1 aus. Quittieren Sie Ihre

Auswahl mit der -Taste (Enter).

Schritt 5. Nach einem Sicherheitshinweis und dem Betätigen der Taste

(Weitr), der Auswahl von 4mA oder 20mA sowie einem Quittieren mit wird

mit den Tasten und der Cursor auf die zu ändernde Dezimalposition

bewegt. Mit den Cursor-Tasten und kann jeweils der numerische Wert

der Dezimalposition geändert werden.

Stromausgang 1

Abbr. Weitr

F1 F2 F3 F4


Vorsicht: aktueller


V - 9

V-5 Test der Analogausgänge und Alarme

In diesem Abschnitt werden die Prozeduren zum Test der Analog- und

Digitalausgänge des 54epH beschrieben.


Sie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-

Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt und

kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.

Schritt 3. Nach 2x Drücken der Cursor-Taste ist Simulationstest

angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter) gewählt

werden.

Schritt 4. Mit den Cursor-Tasten sowie wird derjenige Ausgang

aktiviert, der getestet bzw. überprüft werden soll. Quittieren Sie Ihre

Auswahl mit der -Taste (Enter).

Schritt 5a. Analogausgang 1 und 2 Nach einem Sicherheitshinweis

sowie dem Betätigen der Tasten (Weitr) und (Edit), wird mit den

Cursor-Tasten und die zu ändernde Dezimalposition des Vorgabe-

wertes aktiviert. Mit den Cursor-Tasten und kann dann jeweils der

numerische Wert der Dezimalposition geändert werden. Mit der -Taste

(Test) wird der eingestellte Testwert ausgegeben. Mit (Esc) verlässt man

die Simulationsroutine.

Schritt 5b. Alarm 1 bis 4 Nach einem Sicherheitshinweis sowie dem

Betätigen der Taste (Weitr) und der Taste (Edit), kann mit den

Cursor-Tasten und zwischen Relais geschlossen (Geschl) und

Relais offen (öffnen) gewählt werden. Mit der -Taste (Test) wird dann

der Zustand des Relais simuliert. Mit (Esc) verlässt man diese Routine.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Testalarm 1

Testausgang 1Testausgang 2

Simulationstest

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Tst-AnaOut1: 10,00 mA

Sim Stromausgang 1

Esc Test

F1 F2 F3 F4

Tst-AnaOut1: 10,00 mA

Sim Stromausgang 1

Stromausgang 1

Abbr. Weitr

F1 F2 F3 F4


Vorsicht: aktueller

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Testalarm 1: öffnen

Sim Alarm 1

Esc Test

F1 F2 F3 F4

Testalarm 1: öffnen

Sim Alarm 1

Stromausgang 1

Abbr. Weitr

F1 F2 F3 F4


Vorsicht: Alarm 1


V - 10

V-6 Grundeinstellungen unter Display

In diesem Abschnitt werden nun einige grundlegendeProzeduren bzw. Einstellungen des 54epH beschrie-ben. Wie bei allen anderen Erläuterungen auch, bildetdas Prozessdisplay des 54epH den Ausgangspunktunserer Erläuterungen.

V-6-1 Definition der ParameterZunächst erfolgt eine kurze Definition der in diesemKapitel behandelten Parameter sowie deren Einstell-möglichkeiten.

Sensor. Der Analysator 54epH kann sowohl mit pH-Sensoren wie auch Sensoren zur Bestimmung desRedoxpotenzials betrieben werden. Die Einstellungdes Parameters Messung entscheidet darüber, obein pH-Sensor oder ein Sensor zur Bestimmung desRedoxpotezials angeschlossen worden ist. Im Falledes Redoxpotenzials kann nochmals zwischen ORPund Redox unterschieden werden. Es sollte jedochangemerkt werden, dass der Analysator nicht auto-matisch die Art des Sensors erkennt. Die hier

zeigt werden. Werkseitig sind für beide Ausgänge"mA" festgelegtSprache. Der Parameter Sprache bestimmt diegewünschte Sprachversion der Displayausgaben.Die werkseitige Einstellung ist hier "English".Display links. Dieser Parameter entscheidet überZusatzinformationen auf dem Prozessdisplay untenlinks. Werkseitig ist "AL1" eingestellt.Display rechts. Dieser Parameter entscheidet über

durchgeführte Einstellung muss mit der hardware-seitigen Ausstattung übereinstimmen. Werkseitig istdieser Parameter auf "pH" programmiert.Auflösung (nur pH). Mit dem Parameter Auflösungwird sowohl die Anzeige wie auch die Genauigkeitder Messung beeinflusst. Werksseitig ist dieserParameter auf "0.01 pH" eingestellt. Nähere Anga-ben zu den Einstellmöglichkeiten finden Sie in Tabel-le V-1 auf den ersten Seiten dieses Kapitels.Temp Einheit. Im Parameter Temp Einheit wirdfestgelegt, ob die Temperatur auf dem Display desAnalysators 54epH in Grad Celsius oder Grad Fah-renheit angezeigt wird. Die werkseitige Einstellungist "°C"Stromausg 1/2. Die Parameter Stromausg 1 undStromausg 2 entscheiden darüber, ob auf demDisplay die aktuellen Analogwerte der Stromaus-gänge 1 und 2 in mA oder in %-Messbereich ange-

Parameter Einstellmöglichkeiten

Messung pH-SensorenRedox-Sensoren (ORP oder Redox)


Temp Einheit °C (Temperaturanzeige in Grad Celsius)°F (Temperaturanzeige in Grad Fahrenheit)

Zusatzinformationen auf dem Prozessdisplay untenrechts. Werkseitig ist "AL2" eingestellt.Display Kontrast. Der Kontrast des Displays kannüber diesen Parameter festgelegt werden. Werksei-tig ist dieser Parameter auf "4" eingestellt.Timeout und Timeout Wert. Befindet sich der


Stromausg 1 mA oder %-MessbereichStromausg 2 mA oder %-Messbereich

Analysator nicht im Prozessmodus und wird übereine im Parameter Timeout Wert festgelegte Zeitnicht bedient, so werden alle nicht quittierten Einga-ben zurückgesetzt und der Analysator geht selbst-ständig wieder in den Prozessmodus über. Diewerkseitige Einstellung für Timeout ist "Ein" sowiefür Timeout Wert "10 min".


Sprache English, Francais, Espanol, Deutsch, Italiano


Display links leer; AL1; AL3; Slp; RO;GI;InDisplay rechts leer; AL2; AL3; RI;In; Str2Display Kontr. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

LegendeALX Alarmpunkt XSlp: Slope in mV/pHRO: Offset der Referenz- oder AbleitelektrodeRI: Impedanz der Referenzelektrode in KΩGI Impedanz der Glaselektrode in MΩStr2 Stromausgang 2In Eingangsspannung vom Sensor in mV


V - 11

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

DisplayStromausgang

Simulationstest

Auflösung: 0.01pH

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Temp Einheit: °C

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Messung: pHAuflösung: 0.01pHTemp Einheit: °C

Messung: pH

Polling Adresse. Ist der Analysator 54epH mit der Option HART-Kommunikation ausgestattet, so kann ein Gerät in einem HART-Netzwerkmit dieser Polling Adresse identifiziert werden. Der Parameter PollingAdresse kann zwischen 0 und 100 gewählt werden.


Timeout Ein / AusTimeout Wert 10 Minuten (1-60 Minuten)Polling Adr. 0 (0-100)

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH

V-6-2 Einstellung der ParameterNachfolgend wird die Programmierung der in diesem Abschnitt behandeltenParameter am Beispiel des Parameters Messung erläutert.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht automatisch auf dem Menüpunkt Display,der nun mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü wird eine Parameterliste mit denderzeitigen Einstellungen gezeigt. Die Verfahrensweise zur Einstellungder Parameter nach dem Aktivieren mit der Taste (Edit) erfolgt mit denCursor-Tasten. Nach Eingabe der Parameter wird mit der Taste (Enter)quittiert.

Die Vorgehensweise zur Einstellung der anderen Parameter im Menü>Display< entspricht derjenigen für Messung. Für einen erfahrenenTechniker sollten daher keine Probleme bei den Einstellungen resultie-ren.


V - 12

V-7 Parametrierung der Analogausgänge

In diesem Abschnitt werden nun die Prozeduren zurEinstellung der analogen Ausgänge des 54epH be-schrieben. Wie bei allen anderen Erläuterungen auch,bildet das Prozessdisplay des 54epH den Ausgangs-punkt.

V-7-1 DefinitionenZunächst erfolgt eine kurze Definition der in diesemKapitel behandelten Prozeduren sowie deren Einstell-möglichkeiten. Insgesamt sind im Menü >Stromaus-gang< 5 weitere Untermenüs vorhanden, die zunächsterläutert werden sollen.

Kontrl Ausgang 1 und 2. Der Analysator verfügtüber 2 galvanisch getrennte analoge Ausgänge. Jenach den Erfordernissen Ihrer Anwendung, lassensich beide Ausgänge getrennt voneinander pro-grammieren. Im Untermenü >Kontrl Ausgang X<werden >Stromausgang Messung< sowie >Kon-trollmodus< eingestellt. Unter >StromausgangMessung< kann festgelegt werden, ob der jeweiligeKanal die Prozessvariable, die Impedanz der Glas-elektrode, die Impedanz der Referenz- bzw. Ableit-elektrode oder die Temperatur als Analogwert ausge-ben soll.Unter >Kontrollmodus< wird festgelegt, ob der je-weilige Ausgang ein zur Messgröße lineares Analog-signal ausgeben soll oder als PID-Regelsignal fun-

Dämpfung, Speich, Fest Wert und Fehler pro-grammiert bzw. aus einer Vorgabeliste generiert.Der Parameter Bereich kann entweder auf 4-20oder 0-20 mA festgelegt werden. Die Werksein-stellung dieses Parameters ist 4-20mA.Unter Dämpfung wird die Dämpfung des Analog-signals in Sekunden eingestellt. Werkseitig stehtdieser Parameter auf 0 Sekunden. Einstellungenkönnen zwischen 0 und 299 Sekunden erfolgen.Der Parameter Speich legt fest, ob bei aktivierterHold-Funktion der letzte Messwert "Letzt Wert" oderder durch den Parameter Fest Wert fixierte Analog-wert "Fest Wert" ausgegeben werden soll.Der Parameter Fest Wert legt denjenigen Analog-wert fest, der während aktivierter Hold-Funktion aus-gegeben wird, wenn der Parameter Speich auf "FestWert" eingestellt ist.Wird durch die Selbstüberwachung des 54epH einkritischer Systemfehler erkannt, so geht der Analog-ausgang auf den unter Fehler programmierten Wert.Einstelng Haltefkt. In diesem Untermenü kannfestgelegt werden, ob der Analysator vor einemEingriff in Programmierroutinen, die die analogenund digitalen Ausgänge beeinflussen können, dieEinstellund der Hold-Funktion abfragt. "Konfig Ein"bedeutet Abfrage des Hold-Modus, "Konfig Aus"bedeutet keine Abfrage der Hold-Funktion.

giert. Wird der PID-Modus für Ausgang X eingestellt,so finden Sie ab Abschnitt V-7-3 umfangreicheErläuterungen.Einstelng Ausgang 1 und 2 (Normalmodus). Indiesem Untermenü werden die Parameter Bereich,

Parameter Einstellmöglichkeit

Bereich 0-20mA / 4-20mADämpfung 0 Sek. (0-299 Sekunden)Speich Letzt Wert / Fest WertFest Wert 21mA (0-22mA)Fehler 22mA (0-22mA)


Einstelng Haltefkt Konfig Aus / Konfig Ein

Menü Untermenü

Stromausgang Kontrl Ausgang 1Einstelng Ausgang 1Kontrl Ausgang 2Einstelng Ausgang 2Einstelng Haltefkt


AnaOut Prozeß / Glass Imped / Ref Imped /Temperatur

Ktrlmodus normal / PID


V - 13

V-7-2 Einstellungen im Modus "Normal"Nachfolgend wird die Vorgehensweise bei der Programmierung der indiesem Abschnitt behandelten Parameter am Beispiel des Parameters"AnaOut" unter >Kontrl Ausgang 1< - >Stromausgang Messung<erläutert.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. EinmaligesBetätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktStromausgang, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werdenkann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü wird >Kontrl Ausgang 1< eingeblen-det. Nach dem Betätigen der Taste (Enter) erscheinen >Stromaus-gang Messung< und >Kontrollmodus<. Quittieren Sie mit (Enter).Schritt 6. Auf dem nächsten Display erscheint unter >StromausgangMessung< der Parameter AnaOut. Mittels der Cursor-Tasten und

kann hier zwischen den Einstellungen "Prozeß","Temperatur","Glass Imped" und "Ref Imped" gewählt werden. Zur Speicherung desParameters AnaOut unter >Stromausgang Messung< betätigen Sienun bitte die Taste (Enter).Schritt 7. Im Untermenü Kontrollmodus kann der Parameter Ktrlmodusauf "normal" oder "PID" programmiert werden. Die Auswahl erfolgt auchhier mittels der Cursor-Tasten und . Quittieren Sie auch hier IhreAuswahl mit der Taste (Enter).Schritt 8. Mit den Tasten (Esc) und (Exit) kehren Sie zurProzessanzeige oder zur Auswahl anderer Menüs oder Parameterzurück.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Simulationstest

Einstelng Ausgang 1

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Kontrl Ausgang 2

Kontrl Ausgang 1

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

DisplayStromausgang

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

AnaOut: Prozeß

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

KontrollmodusStromausgang Messung


V - 14

V-7-3 Einstellungen im Modus PIDNeben dem normalen Betriebsmodus können die ana-logen Ausgänge 1 und 2 auf als PID-Regler fungieren.In diesem Abschnitt wird nun beschrieben, wie dieEinstellung der verschiedenen Parameter für diesenBetriebsmodus erfolgt und welche Bedeutung die Para-meter haben. Wurde unter >Programm< - >Konfigu-ration< - >Stromausgang< - >Kontrl Ausgang X< ->Kontrollmodus< der Parameter Ktrlmodus auf"PID" eingestellt, so müssen unter >Einstelng AusgangX< die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenenParameter eingestellt werden. Die Parameter Bereich,


Einstllng -2 bis 16 pH, ± 1.400 mV, -15 bis 120 °C0...140 kΩ (Ref. Imp) 0...2.000 MΩ (Glas Imp)

Proportional (KP) 0...299,9 %Integral (TN) 0...2.999 SekundenAbgeleitet (TV) 0...299,9 %Bereich 0-20mA / 4-20mASpeich Letzt Wert / Fest WertFest Wert 21mA (0-22mA)Fehler 22mA (0-22mA)

Speich, Fest Wert und Fehler wurden bereits inAbschnitt V-7-1 beschrieben.Man benötigt PID-Regler, um Messwerte auf der siche-ren Seite eines Grenzwertes bzw. auf einen Sollwert zuhalten. Arbeitet der Regler nicht optimal, so kann dereingestellte Sollwert über- bzw. unterschritten werdenund in der Folge eventuell sogar eine Grenzwert unter-bzw. überschritten werden. Der PID-Regler ist ein

PID-Reglers wird durch das Zeitverhalten der Rückfüh-rungen, d.h. der auf die Regelung Einfluss nehmendenGröße, realisiert. Den Einfluß der drei Einzelkomponen-ten kann man üblicherweise von außen einstellen, undzwar den- P-Anteil über die Proportionalverstärkung KP

- I-Anteil über die Nachstellzeit TN

- D-Anteil über die Vorhaltezeit TV.Jede der drei Komponenten deckt einen Aufgabenbe-reich des Reglers ab. So sorgt der D-Anteil dafür, dassder Regler auch bei langsamen Änderungen an seinemEingang schnell eingreift. Der P-Anteil sorgt für diemittlere Verstärkung und der I-Anteil bewirkt, dass derRegler exakt arbeitet und keine bleibende Regel-abweichung zulässt. Allgemein wird der PID-Reglerdurch die Reglergleichung

Y(t) = KP (xW(t) + xW(t)Ct + TV xW (t))

beschrieben. Das erste Glied stellt den proportionalenteil, das zweite Glied den integralen Teil und das dritteGlied den abgeleiteten bzw. differentiellen Teil derRegelfunktion dar.Je genauer ein Regler arbeitet, desto dichter kann manzum Beispiel einen Sollwert an einen Grenzwert legen,der zur Abschaltung führen würde. Kann man durcheine Verbesserung des Reglers den Sollwert verlegen,so ist damit sehr häufig auch eine Verbesserung desWirkungsgrades der Anlage und damit der Wirtschaft-lichkeit gegeben.

Einstllng. Über diesen Parameter wird der Regel-punkt bestimmt, den die Regelung einhalten soll.Stimmt die momentane Prozessvariable mit demnumerischen Wert des Parameters Einstllng über-ein, so liegen 4 bzw. 0 mA am analogen Ausgang Xan.Proportional. Im industriellen Einsatz ist die großeMehrheit aller Regler als PI-Regler (P= Proportiona-ler Regelanteil, I= Integraler Regelanteil) eingerich-tet. Das proportionale oder auch P-Anteil genannteGlied der Regelfunktion enthält ein Proportionalgliedmit Parameter Kp, das auf Regelabweichungen mit

Stell- oderEingangsgröße pH=F(t)

Prozess

Störgröße (Änderungdes pH-Wertes)

AusgangsgrößepH=F(t, Störgröße)

linearer stetiger Universalregler, der im Bereich derVerfahrenstechnik zur Regelung einer Vielzahl physika-lischer Größen, wie zum Beispiel des pH-Wertes oderdes Redoxpotenzials eingesetzt wird. Sehr anschaulichist der Aufbau des PID-Reglers als Parallelschaltung vondrei Einzelreglern zu verstehen, deren Ausgangs-funktionen summiert werden. Das Zeitverhalten eines

1TN

0

1

ddt


V - 15

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Kontrl Ausgang 2

Kontrl Ausgang 1

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

DisplayStromausgang

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Speich: Letzt Wert

abgeleitet: 0.0%

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Proportional: 100.0 %Integral: 0 sec

Einstllg: 7.00 pH

einer proportionalen Änderung des Ausgangssignales antwortet.Integral. Der integrale- oder auch I-Glied genannte Teil der Regel-funktion antwortet auf Regelabweichung mit proportionalen Änderungder Geschwindigkeit des Ausgangssignales.Abgeleitet. Mit steigender Anforderung an die Qualität bzw. Regelgütewird der meistens im Regelbaustein vorbereitete D-Anteil aktiviert undparametriert. Differentielle- oder D-Anteil der Regelfunktion antwortet miteinem der Änderungsgeschwindigkeit der Regelgröße proportionalenBetrag. Die Aktivierung des D-Anteiles (Abgeleiteter oder differenziellerAnteil) bedeutet, dass der Regler dann einen Signalanteil im Regleraus-gang hat, der auf die Tendenz der Regelgröße reagiert. Die Reaktion aufeine Tendenz ist aber immer gleich, unabhängig davon, ob die Tendenzin unmittelbarer Nähe des Sollwertes oder weit davon entfernt auftritt.Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. EinmaligesBetätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktStromausgang, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü wird eine Parameterliste mit denderzeitigen Einstellungen gezeigt. Die Verfahrensweise zur Einstellungder Parameter nach dem Aktivieren mit der Taste (Edit) erfolgt mit denCursor-Tasten.Schritt 6. Eine weitere wichtige Einstellung unter >Stromausgang< istder Parameter Speich im Menü >Einstelng Haltefkt<. Dieser Parameterentscheidet darüber, ob bei Eingriffen in die Software, die zu Beeinflus-sungen des analogen Ausgangssignales führen, die Aktivierung derHOLD-Funktion abgefragt wird. "Konfig Ein" bedeutet, dass eineAbfrage der HOLD-Funktion erfolgt.

Einstelng Ausgang 1 Bereich: 4-20 mA

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Kontrl Ausgang 2

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Speich: Konfig EinEinstelng Ausgang 2Einstelng Haltefkt


V - 16

V-8 Parametrierung der Alarme

In diesem Abschnitt wird die Parametrierung der Alarmedes 54epH beschrieben. Es stehen 3 Alarmrelais zurVerfügung, die durch den Anwender entsprechend derProzess- und Regelanforderungen programmiert wer-den können.

V-8-1 DefinitionenZunächst erfolgt eine kurze Definition der in diesemKapitel behandelten Prozeduren sowie deren Einstell-möglichkeiten. Es sind im Menü Alarm 9 weitere Unter-menüs vorhanden, die zunächst erläutert werden sollen.

Alarm 1 Kontrolle. Das Untermenü >Alarm 1 Kon-trolle< verfügt über die Untermenüs >Aktivierungs-methode< mit dem Parameter Aktiviern sowie>Kontrollmodus< mit dem Parameter Ktrlmodus.Der Parameter Aktiviern legt fest, ob der jeweilsgewählte Alarm für die Prozessvariable oder die


Alarm Aus / Max / MinEinstllg -2.00...20.00 pH, -1.400...+1.400 mV oder

0 - 200°CHysterese -2.00...20.00 pH, 0-10 °CVerzögerung 0 sec (0-99 Sekunden)Relais Fehler Nein / Zu / Offen /

Über den Parameter Hysterese wird ein Toleranz-band zur Deaktivierung eines Alarmzustandes fest-gelegt. Um die Programmierung dieses Parameterszu verstehen, lohnt es sich die Abbildung V-1 näherzu betrachten. Man programmiert einen oberenGrenzwert für die Prozessvariable, nach dessenÜberschreiten der High Alarm aktiviert werden soll.Der Parameter Hysterese gibt an, auf welchen Wertdie Prozessvariable zurückgehen muss, damit derAlarm wieder deaktiviert wird. Mit dieser Logik verhin-dert man, dass das Alarmrelais ständig an- undausgeschalten wird, wenn die Prozessvariable umden zulässigen Grenzwert schwankt. Die Alarmlogikfür den unteren Grenzwert der Prozessvariable funk-tioniert selbstverständlich ähnlich. Nach dem Auftre-ten eines Alarms wird durch den Parameter Verzö-gerung diejenige Zeit festgelegt, die noch verstrei-chen muss, bevor der Alarm tatsächlich aktiviert wird.Die gleiche Zeitspanne muss auch verstreichen,bevor der Alarm deaktiviert wird. Der ParameterRelais Fehler legt fest, ob das jeweilige Alarmrelaisim Fehler- oder Hold-Zustand zu oder offen ist bzw.

Zeit

9

10

Toleranzband=1 pH

Einstellpunkt für High Alarm

Alarm aktiv

High Alarmlogik

Zeit

1

2

Toleranzband= 1 pH

Einstellpunkt für Low Alarm

Alarm aktiv

Low Alarmlogik

Abbildung V-2 Alarmlogik


Aktiviern Prozeß, TemperaturKtrlmodus normal, PID

Prozesstemperatur aktiviert wird. Diese Definitiontrifft auch für >Alarm 2 Kontrolle< sowie >Alarm 3Kontrolle< zu. Der Parameter Ktrlmodus legt fest,ob der digitale Ausgang als Off/On Kontakt oder alsKontakt mit PID-Algorithmus (TPC) funktioniert. Nä-here Erläuterungen dazu finden Sie dazu im Ab-schnitt V-8-3.Alarm 1 Einstellung. Das Untermenü >Alarm 1 Ein-stellung< legt im Normalmodus mittels 5 Parameterdie Arbeitsweise des digitalen Ausganges AL1 fest.Eine Übersicht über die Einstellmöglichkeiten für dieeinzelnen Parameter erhalten Sie in nachfolgenderTabelle. Der Parameter Alarm legt fest, ob dieser als"Min"- oder "Max"-Alarm programmiert bzw. ausge-schalten ("Aus") wird. Der Parameter Einstllg legtden numerischen Wert des Alarms fest.


V - 17

durch einen Fehler oder den aktivierten Hold-Zu-stand unbeeinflusst bleibt. Diese 5 für den >Alarm 1Einstellung< erläuterten Parameter haben unter>Alarm 2 Einstellung< sowie unter >Alarm 3 Ein-stellung< die gleiche Bedeutung bzw. Funktion. Die>Alarm 4 Einstellung< verfügt nur über den Para-

meter Alarm, der auf "Fehler" oder "Aus" eingestelltwerden kann. AL4 ist für Systemfehler reserviert undlässt sich daher nur aktivieren oder deaktivieren.ZuleitbegrgZtshatuhr. Die Prozessalarme 1 bis 3können dazu genutzt werden, zum Beispiel eineDosierung von Chemikalien in den Prozess zu akti-vieren bzw. zu unterbrechen. Nun kann durch einenProzess- oder Steuerungsfehler die Möglichkeitgegeben sein, dass der durch das Relais 1, 2 oder3 ausgelöste Vorgang nicht angehalten wird, weil dieProzessvariable nicht in den normalen Messbereichzurückkehrt oder ein Hardwarefehler vorliegt. ZurSicherheit kann über Parameter >Zuleitbegrg<


Alarm Fehler / Aus

sowie >Timeout< dieser Vorgang gestoppt und gleich-zeitig über den Alarm 4 als Fehler (jedoch kein echterSystemfehler) angezeigt werden.Dieser "Dosier-Alarm" muss über die Tastatur desAnalysators 54epH mit der Funktionstaste quittiertwerden. Ist ein "Dosier-Alarm" programmiert wor-den und die Timeout-Bedingung wurde erreicht, so


Zuleitbegrg Disable / Alarm 1 / Alarm 2 / Alarm 3Timeout 3600 Sekunden (0-10.800 Sekunden)

wird die Warnmitteilung "Zuleitbgrgsalarm1" aufdem Display ausgegeben. Nach dem Quittierendieser Fehlermeldung mit der Taste wird dieFehlermeldung aufgehoben, AL4 wird deaktiviertund das jeweils programmierte Alarmrelais wirdwieder aktiv, sofern der Prozessalarm noch vorliegt.Nach der im Parameter Timeout programmiertenZeit wird der "Dosier-Alarm" erneut aktiviert, soferndie Bedingungen dafür noch vorhanden sind.Interval Timer. Die Prozessalarme 1 bis 3 könnenauch als Intervall-Timer programmiert werden. InAbbildung V-3 werden die einzelnen Parameter imUntermenü >Interval Timer< und ihre Bedeutungbei der Programmierung der Timer graphisch illu-striert. Der Parameter Timer bestimmt, welcherAlarm für den Timer aktiviert oder ob dieser Para-meter deaktiviert ("disable") wird. Der ParameterIntervall bestimmt diejenige Zeit, die zwischen 2Timerzyklen bis zur neuen Aktivierung vergehenmuss. Der Parameter Wiederholungen legt dieAnzahl der Aktivierungen des Relais pro Zyklus fest.Der Parameter EnshaltZt legt die Zeit in Sekundenfest, die das Relais pro Wiederholung im aktivenZustand verbleibt. Der Parameter AsshaltZt bestimmtdie Zeitspanne zwischen zwei aktiven Zuständen proZyklus. Der Parameter Wiederherst bestimmt die

Abbildung V-3 Timerlogik mit einer und zwei Wiederholungen pro Zyklus

Zeit

Timerlogik: 1 Wiederholung pro Zyklus

Relaisaktiv

Intervall

AsshaltZt

Wiederherst

EnshaltZt

Zeit

Timerlogik: 2 Wiederholungen pro Zyklus

Intervall Wiederherst

EnshaltZt


Timer Disable / Alarm 1 / Alarm 2 / Alarm 3Intervall 24 Stunden (0-999.9 Stunden)Wiederholungen 1 (1-60)EnshaltZt 120 Sekunden (1-2.999 Sekunden)AsshaltZt 1 Sekunde (0-2.999 SekundenWiederherst 600 Sekunden (0-999 Sekunden)


V - 18

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Alarm 1 Einstellung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm 2 Kontrolle

Alarm 1 KontrolleKontrollmodus

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Aktivierungsmethode

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Aktiviern: Prozeß

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Passzahlen

StromausgangAlarm

Zeitspanne, nach der wieder in den normalen Betriebszustand gewechseltwird. Die Analogausgänge und Statusrelais gehen danach wieder in denNormalzustand über.

V-8-2 Einstellungen im Modus "Normal"In diesem Abschnitt wird nun die Einstellung unter Alarme im Normalmodusanhand des Parameters Aktiviern beschrieben.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. Zweima-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktAlarm, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Auf dem nächsten Display werden weitere Untermenüs bzw.Parameter sichtbar. Der Cursor steht auf Alarm 1 Kontrolle. DiesesUntermenü wird durch das Betätigen der Taste (Enter) aktiviert.Schritt 6. Auf dem nächsten Display kann mittels der Cursor-Tasten und zwischen Aktivierungsmethode und Kontrollmodus gewähltwerden. Der Cursor steht auf Aktivierungsmethode. Zur Einstellungdes Parameters Aktiviern betätigen Sie nun bitte die Taste (Enter).Schritt 8. Auf diesem Display kann nun mittels der Taste (Edit) dieEingabe aktiviert werden. Mittels der Cursor-Tasten und kann nun

die Einstellung des Parameters Aktiviern erfolgen. Quittieren Sie IhreAuswahl mit der Taste (Enter).


V - 19

V-8-3 Einstellungen im Modus "TPC"In der nachfolgenden Tabelle wird Ihnen zunächst einÜberblick über die Parameter gegeben, die bei Pro-grammierung des Parameters Ktrlmodus auf "TPC"einzustellen sind. Die generelle, allgemeingültige Be-deutung der Parameter unter TPC entspricht etwa der

unter PID bei analogen Ausgängen. Die Besonderhei-ten des TPC-Modus sollen nun nachfolgend eingehen-der erläutert werden. Beginnen wollen wir mit demParameter URV.

URV. Der Parameter URV bestimmt diejenige Ab-weichung vom Sollwert, bei dem das Relais ständigan ist und zum Beispiel über eine angeschlosseneDosierpumpe eine Chemikalie zur Neutralisierung inden Prozess gegeben wird. In der obigen Tabellekönnen Sie die Grenzen der Einstellung für denParameter URV (Upper Range Value) ablesen.LRV. Der Parameter LRV bestimmt diejenige Abwei-chung vom Sollwert, bei der das Relais ständig ausist und zum Beispiel keine Dosierung über einangesteuertes Dosiersystem erfolgt. Dieser Wertwird meistens auf 0 gesetzt und bedeutet dann, dassder pH-Wert mit dem Sollwert übereinstimmt. In derobigen Tabelle können Sie die Grenzen der Einstel-lung für den Parameter LRV (Lower Range Value)ablesen.Einstllng. Über diesen Parameter wird der Regel-punkt bestimmt, den die Regelung einhalten soll.Stimmt die momentane Prozessvariable mit demnumerischen Wert des Parameters Einstllng über-ein, so ist der Alarm in der Regel nicht aktiv, sofernder LRV auf 0 eingestellt wurde.Zeitperiode. Der Parameter Zeitperiode bestimmtdie Länge des Zeitintervalls, in dem dem Analysatorden aktuellen pH-Wert mit dem in Einstllng program-mierten Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit da-

von Aktionen des Relais einleitet. Ist eine Zeitperiodeabgelaufen, so schliesst sich die nächste Zeitperiodeautomatisch an.Proportional, Integral, abgeleitet. Befindet sichder Prozesswert innerhalb der durch URV und LRVbestimmten Grenzen, so wird die Relaisaktion durchden TPC-Modus bestimmt. Je näher sich der pH-Wert am Sollwert befindet, desto kürzer sind dieAktivzeiten des Relais, über die zum Beispiel eineChemikalie dosiert wird. Damit wird dem Prozessmehr Zeit gegeben, auf die Zudosierung zu reagie-ren. Illustriert wird dieses Verhalten auch durch dieobrige Abbildung. Im TPC-Modus unterteilt der Ana-lysator dann die Zeitperiode in Aktiv- und Passiv-zeiten, die dann von den Einstellungen unter Propor-tional, Integral und abgeleitet abhängen. Wird zumBeispiel eine Dosierpumpe über ein derartiges Re-lais angesteuert, so wird die Zeitperiode durch Do-sierung/Keine Dosierung bestimmt. Folgendes Bei-spiel soll die Funktion des TPC-Modus näher erläu-tern.Halten wir zunächst fest, dass die Aufteilung derZeitperiode bei einer Sollwertabweichung generelldurch die Parameter Proportional, Integral und ab-geleitet (Differenziell) bestimmt wird. Der Parameter


Einstllng -2 bis 16 pH, ± 1.400 mVProportional 0...299,9 %Integral 0...2.999 SekundenAbgeleitet 0...299,9 %Zeitperiode 10...2.999 SekundenURV -2 bis 16 pH, ± 1.400 mVLRV -2 bis 16 pH, ± 1.400 mVRelais Fehler Nein / Zu / Offen

0%

100%

On-

Zeit

des

Rel

ais

pH-Wert

100% On 0% On

Abbildung V-4 Time Proportional Control


V - 20

Proportional (P in %) bestimmt, wie weit sich derProzesswert vom Sollwert, jedoch immer in Abhän-gigkeit vom LRV und URV, entfernt haben muss, umdie Aktivierung des Relais zu veranlassen. Je kleinerder Parameter Proportional eingestellt wird, destobesser funktioniert theoretisch die Einhaltung desSollwertes. Beträgt zum Beispiel der Sollwert(Einstllng) pH 7 und sind ein URV von 2 pH sowieein LRV von 0 eingestellt und der Prozesswert zeigtpH 8, so resultiert bei P = 100 % eine Aktivzeit desRelais von

Aktivzeit = 100

50 % der Zeitperiode. Ist die Zeitperiode auf 100Sekunden eingestellt, würde das konkret bedeuten,dass zum Beispiel eine Dosierpumpe während derZeitperiode insgesamt 50 Sekunden die Zudo-sierung einer Chemikalie zum Prozess durchführt.

(Prozesswert - Sollwert)(URV - LRV) *

Nähert sich der Prozesswert dem Sollwert, zumBeispiel auf 7,5 pH, so würde die Aktivzeit des Relaisnur noch 25 Sekunden, bezogen auf die gesamteZeitperiode, betragen.Durch den Parameter Integral wird die Aktivzeit desRelais in Abhängigkeit von der Zeitspanne verlän-gert, die sich der Prozesswert entfernt vom Sollwertaufhält. Wird der Parameter Integral zu klein einge-stellt, so kann dies zu einem Oszillieren desProzesswertes um den Sollwert führen. Der Para-meter abgeleitet sollte im Falle von pH- undRedoxmessungen immer auf 0% eingestellt sein.Relais Fehler. Durch diesen parameter wird letztlichbestimmt, wie sich dass Relais im Falle eines Fehler-zustandes oder während HOLD verhalten soll. In derRegel wird während eines Fehlers bzw. eines HOLD-Zustandes keine externe Dosierung in den Prozessangestossen, da dieser Zustand nicht kontrolliertwerden kann.

Die Einstellung des TPC-Modus erfolgt innerhalb der Untermenüs >Pro-gramm< - >Konfiguration< - >Alarm<. Unter >Alarm< werden dieUntermenüs >Alarm X Kontrolle<, >Alarm X Einstellung< (X= 1,2,3),>Alarm 4 Einstellung<, >ZuleitbegrgZtshituhr< sowie >Interval Timer<eingeblendet. Die Programmierung wird nun anhand der Parameter unter>Alarm 1 Einstellung< für den TPC-Modus erläutert.

HinweisUm Parameter im TPC-Modus einstellen zu können, musszunächst unter >Alarm X Kontrolle< - >Kontrollmodus<der Parameter Ktrlmodus auf "TPC" eingestellt werden.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. zweima-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktAlarm, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü die Zugangsmenüs zu den einzelnenparametern eingeblendet. Durch Betätigen der Cursor-Taste und demQuittieren mit der -Taste (Enter) wird das Parametermenü Alarm 1

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng AnawrtSimulationstest


V - 21

Exit Enter

DisplayStromausgang

F1 F2 F3 F4

Alarm

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm 2 Kontrolle

Alarm 1 KontrolleAlarm 1 Einstellung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm 3 Einstellung

Alarm 2 EinstellungAlarm 3 Kontrolle

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Interval Timer

Alarm 4 EinstellungZuleitbegrgZtshituhr

Exit Edit

F1 F2 F3 F4


Einstllg: 7.00 pH

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4


Einstllg: +07.00 pH

Einstellung aktiviert. Es erscheint nun eine Parameterliste mit denderzeitigen Einstellungen. Die Verfahrensweise zur Einstellung derParameter nach dem Aktivieren mit der Taste (Edit) erfolgt mit denCursor-Tasten.Schritt 6. Quittieren Sie mit der Taste (Enter) um die neue Einstellungdes Parameters zu übernehmen oder verlassen Sie die Eingabemaskeohne Änderung mit der Taste (Esc).


V - 22

V-9 Einstellung der Diagnosefunktionen

Dieser Abschnitt beschreibt ausführlich, wie bestimmteEinstellungen im Untermenü >DIAGNOSE< vorgenom-men werden. In der nachfolgenden Tabelle sind dieeinzelnen Parameter aufgeführt und werden anschlies-send ausführlich erklärt.

der Alarme als digitales Signal ausgegeben wird. DiepH-Elektrode muss in solchen Fällen ausgebautwerden, um die Referenzelektrode zu reinigen. Istdas Reservoir der Referenzelektrode verbrauchtoder der Widerstand aufgrund einer Vergiftungangestiegen, so muss entweder die gesamte Elektro-de oder die Referenzelektrode ausgetauscht wer-den. Die meisten industriell verwendeten Ableit-elektroden sind Ag/AgCl-Elektroden mit geringemWiderstand. Jeder pH- und Redoxsensor von Rose-mount Analytical verfügt über eine Ableitelektrode mitgeringer Impedanz. Es gibt allerdings auch Anwen-dungen, die eine Natrium- oder Glasreferenz-elektrode mit hohem Widerstand benötigen. SowohlAbleitelektroden mit hohem wie auch mit geringemWiderstand lassen sich mit dem Analysator 54epHverwenden.Zero offset. Der Zero Offset einer Elektrode be-schreibt, wie weit die Eingangsspannung der pH-Elektrode vom Idealwert entfernt ist. Beieinem Innen-puffer von pH 7 sollte die pH-Elektrode ca. einen ZeroOffset von 0 mV aufweisen. In den meisten Fällen istdieser Wert jedoch deutlich von 0 verschieden. DieGründe dafür sind ausführlich im Kapitel "Theorieder pH-Messung dargelegt und können von interes-sierten Anwendern nachgelesen werden. Über denParameter Zero offset kann nun ein Grenzwerteingegeben werden. Eine pH-Elektrode funktioniertunter praktischen Gesichtspunkten in einem be-stimmten Offset-Bereich. Werden diese Grenzenüberschritten, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeitein Defekt der Elektrode oder eine Vergiftung dersel-ben vor.Wie in Kapitel IV, Abschnitt IV-3 beschrieben, kanndie pH-Messung durch Standardisierung mittels ei-nes zweiten, geeichten Gerätes abgeglichen wer-den. Übersteigt die Differenz (umgerechnet inMillivolt) der pH-Messung mit dem Analysator 54epHund des Vergleichsgerätes den hier programmiertenGrenzwert, so wird die Standardisierung nicht ak-zeptiert. Um die Differenz in Millivolt abzuschätzen,multiplizieren Sie den ∆pH mit 60. Weitere Informa-

Diagnose. Über den Parameter Diagnose An/Auskönnen die relevanten Diagnosefunktionen des54epH aktiviert oder deaktiviert werden. Werden zurpH-Messung Elektroden ohne Diagnosemöglichkeiteingesetzt, so sollte dieser Parameter deaktiviertwerden.Glas Imped Max. Dieser Parameter erlaubt dieEingabe eines oberen Grenzwertes für die Impe-danz der Glaselektrode, der bei Überschreitung alskritischer Fehler über das Display angezeigt und beientsprechender Einstellung der Alarme als digitalesSignal ausgegeben wird. Wird er oberer Grenzwertüberschritten, so muss meistens die Glaselektrodeausgewechselt werden. Mit fortschreitender Be-triebsdauer einer pH-Elektrode nimmt die Glas-impedanz zu (vgl. auch Abb. V-4).Glas Imped Min. Dieser Parameter erlaubt dieEingabe eines unteren Grenzwertes für die Impe-danz der Glaselektrode, der im Falle einer Unter-schreitung als kritischer Fehler über das Displayangezeigt und bei entsprechender Einstellung derAlarme als digitales Signal ausgegeben wird. Wirdder untere Grenzwert unterschritten, so ist die Glas-elektrode in der überwiegenden Anzahl der Fällezerstört worden (vgl. auch Abb. V-4).Ref Imped Max. Dieser Parameter erlaubt die Ein-gabe eines oberen Grenzwertes für die Impedanzder Referenz- oder Ableitelektrode, der im Falle einerÜberschreitung als kritischer Fehler über das Dis-play angezeigt und bei entsprechender Einstellung


Diagnose An/AusGlas Imped Max: 0...2.000 MΩ (bei Eingabe 0 deaktiviert)Glas Imped Min: 0...900 MΩ (bei Eingabe 0 deaktiviert)Ref. Imped Max: 0...140 kΩ (bei Eingabe 0 deaktiviert)Zero Offset: 0...999 mVKal Warn: 0...500 %Imped Komp Ein/Aus


V - 23

tionen entnehmen Sie dem Kapitel "Fehlersuche undFehlerbehandlung". Der Offset der Elektrode ist aberauch die Zellenspannung, die in einer Pufferlösungmit dem pH-Wert 7 resultiert. Für bestimmte Artenvon pH-Elektroden, die nicht aus Glas bestehen,kann der Offset in einem Puffer mit dem pH-Wert 7selbst größer sein als 800 mV. Um solche Elektrodenanzupassen, muss der voreingestellte Wert für denParameter von 60 mV auf einen wesentlich größeren

Abbildung V-5 Beispiel für die Einstellung vonGrenzwerten für Glas Imped Max und Glas ImpedMin zur Überwachung der Impedanz einer Glas-

elektrode

Impedanz in MΩ

Glas Imped Max bei1.000 MΩ

Glas Imped Minbei 20 MΩ

Wert geändert werden.Kal Warn. Der Parameter Kal Warn vergleicht diewährend der letzten Kalibrierung bestimmte Impe-danz der Glaselektrode mit der permanent on-linegemessenen Impedanz, um vor einer möglichenAuswanderung der Messung aus der vorgegebenenSpezifikation anzuzeigen. Setzen Sie diesen Para-meter auf 0, um eine möglichst exakte pH-Messungzu gewahrleisten.

Imed Komp. Dieser Parameter erlaubt das An- oderAbschalten der Temperaturkompensation der Glas-impedanz.

Abbildung V-6 Beispiel für die Einstellung vonFehlergrenzen bei der Überwachung einer Ableit-

elektrode mit niedriger Impedanz

Impedanz in kΩ

Ref Impedbei 140 kΩ

HinweisDie aktuellen Werte für die Diagnose-variablen können unter >DiagnoseMöglichkeit< abgerufen werden. Diesist unabhängig davon, ob unter >Dia-gnose< Grenzwerte programmiertwurden.


V - 24

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Kalibrierung

Alarm

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Zero offset: 60 mV

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Kal Warn: 0 %

Ref Imped Max: 140 kΩKal Warn: 0 %

Die nachfolgenden Schritte erläuern kurz die Einstellungen unter Diagnoseanhand des Parameters Glas Imped Max.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. Dreima-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktDiagnose, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü wird eine Parameterliste mit denderzeitigen Einstellungen gezeigt. Durch Betätigen der Cursor-Taste wird der Cursor auf den Parameter Glas Imped Max gestellt. Betätigender -Taste (Edit) aktiviert die Eingabemaske für den Parameter GlasImped Max.Die Verfahrensweise zur Einstellung des Parameters nachdem Aktivieren mit der Taste (Edit) erfolgt mit den Cursor-Tasten.Schritt 6. Quittieren Sie mit der Taste (Enter) um die neue Einstellungdes Parameters zu übernehmen oder verlassen Sie die Eingabemaskeohne Änderung mit der Taste (Esc).Diagnose

Zero offset: 60 mVImped Komp: Ein

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Glas Imped Min: 20 MΩ

Diagnose: AusGlas Imped Max: 1000 MΩ

Exit Edit

F1 F2 F3 F4



Esc Sichn

F1 F2 F3 F4




V - 25

V-10 Einstellung von AutoKal

Im Untermenü >Kalibrierung< müssen 3 Parametereingstellt werden. Nachfolgende Tabelle gibt den Über-blick über die einzelnen Paramter und deren Einstell-möglichkeiten. Werksseitig sind die Parameter Auto-


Automat Kal Manuell/Standard/DIN19267pH Stabilisier 0.01...0.50 pHStabilisierungsZt 0...30 Sekunden

mat Kal auf "Standard", pH Stabilisier auf "0.01pH"und StabilisierZt auf "10" Sekunden eingestellt.Prinzipiell entspricht die Vorgehensweise bei der Pro-grammierung dieser Parameter derjenigen, die in denvorangegangenen Abschnitten ausführlich beschrie-ben wurden.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

Die nachfolgenden Schritte erläuern kurz die Einstellungen unter Kalibrie-rung anhand des Parameters Automat Kal.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 3. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 4. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. Vierma-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktKalibrierung, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 5. Im nächsten Untermenü wird eine Parameterliste mit denderzeitigen Einstellungen gezeigt. Betätigen der -Taste (Edit) aktiviertdie Eingabemaske für den Parameter Automat Kal.Die Verfahrenswei-se zur Einstellung des Parameters nach dem Aktivieren mit der Taste (Edit) erfolgt mit den Cursor-Tasten.Schritt 6. Quittieren Sie mit der Taste (Enter) um die neue Einstellungdes Parameters zu übernehmen oder verlassen Sie die Eingabemaskeohne Änderung mit der Taste (Esc).

Diagnose

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

StabilisierZt: 10 sec

Automat Kal: StandardStabilisier: 0.01 pH

Kalibrierung

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

StabilisierZt: 10 sec

Automat Kal: StandardStabilisier: 0.01 pH


V - 26

Nachfolgend werden die in den jeweiligen Einstellungenunter Automat Kal enthaltenen vorprogrammiertenPufferwerte aufgeführt:

Standard: NIST (US), BSM (Großbritannien),JIS 8802 (Japan),DIN 19266 (Deutschland)

DIN 19267: 1.09/ 4.65/ 6.79/ 9.23/ 12.73Manuell: Puffererkennung und Stabilisierung

sind deaktiviert.

Pufferwert @25 °C Standards

1.68 NIST, DIN 19266, JIS 88023.56 NIST, BSM3.78 NIST4.01 NIST, DIN 19266, BSM, JIS 88024.64 BSM6.86 NIST, DIN 19266, BSM, JIS 88027.007.41 NIST, JIS 88029.18 NIST, DIN 19266, BSM, JIS 880210.01 NIST, BSM, JIS 880212.45 NIST, DIN 19266,

VI Grundlagen der pH-Messung

Grundlagen

VI-1

VI-1 Der pH-Sensor

VI-1-1 EinführungDieses Kapitel des Handbuches widmet sich den grund-legenden Betrachtungen chemisch-physikalischer Zu-sammenhänge, die bei Messungen des pH-Wertes vongrundlegender Bedeutung für das Verständnis sind.In fast jeder industriellen oder wissenschaftlichen An-wendung wird der pH-Wert durch die Messung derSpannung einer elektrochemischen Zelle bestimmt. InAbbildung VI-1 wird eine einfache Darstellung einerMesseinrichtung gezeigt. Die elektrochemische Zellebesteht aus einer Messelektrode, einer Ableit- oderReferenzelektrode sowie in den meisten Fällen auseinem Temperaturfühler. Die Zellenspannung ist direktproportional dem pH-Wert des Mediums bzw. der Lö-sung. Der pH-Verstärker (Analysator oder Transmitter)berechnet aus der Zellenspannung unter Nutzung einestemperaturabhängigen Faktors in den pH-Wert.

VI-1-2 Definition des pH-WertesDer exakte pH-Wert ist definiert als der negative deka-dische Logarithmus der Wasserstoffionenaktivität.

pH = -log a(H+) /1/

Unter der Aktivität a versteht man die - z.B. elektro-

1 2

3

4

Legende1 Glaselektrode2 Ableit- oder Referenz-elektrode3 Prozessmedium4 Messumformer

Abbildung VI-1 Prinzipaufbau einer pH-Messung

chemisch wirksame Konzentration. Sie ist das Produktaus der Konzentration c in mol/l und dem Aktivitätsko-effizienten f.

a(H+) = c(H+) f(H+) /2/

in wässerigen Lösungen tritt tritt an Stelle von a(H+) dieAktivität hydratisierter Protonen a(H3O+). Reines Was-ser hat bei Zimmertemperatur den pH-Wert 7 (Neutral-punkt). Bei kleineren pH-Werten reagiert eine wässrigeLösung sauer, bei größeren alkalisch.

KAPITEL VIGrundlagen der pH-Messung

VI-1 Der pH-SensorVI-2 SensordiagnoseVI-3 Interval TimerVI-4 Alarm RelaisVI-5 TPC-ModusVI-6 NormalmodusVI-7 Analoge AusgängeVI-8 PrioritätslisteVI-9 PID-Regler

Grundlagen

Grundlagen

VI-2

setzt werden. Die Beziehung /9/ wird als Näherungs-formel auch für Lösungen höherer lonenstärke benutzt(z. B. zur Abschätzung von pH-Werten):

KW =[H+] [OH-]. /9/

Aus diesen Definitionen folgt für den pH-Wert desreinen Wassers (vgl. dazu Tabelle VI-1):

18 °C pH = 7,0722 °C pH = 7,00100 °C pH = 6,07

Der saure bzw. basische Charakter wässeriger Lösun-gen wird durch folgende Bedingungen (für 22 °C)festgelegt:

saure Lösungen [H+] > 10-7 mol/l pH < 7neutrale Lösungen [H+] = 10-7 mol/l pH = 7basische Lösungen [H+] < 10-7 mol/l pH > 7

Aus der Definition des pH-Wertes geht hervor, dass die

VI-1-3 Die konventionelle pH-SkalaDa der Aktivitätskoeffizient f für eine Einzelionenartprinzipiell unmessbar ist, können pHa-Werte nicht exaktermittelt werden. Für die Messpraxis wurde deshalb einekonventionelle pH-Skala entwickelt, die repro-duzierbare pH-Messungen ermöglicht. Sie umfasst denBereich von pH = -1 bis pH = 15. Auf dieser Skala werdendurch STANDARD-PUFFERLÖSUNGEN von vorge-schriebener Zusammensetzung und Temperatur diepH-Werte festgelegt.

VI-1-4 Autoprotolyse des WassersAus der durch Präzisionsmessungen bestimmten sehrniedrigen elektrischen Leitfähigkeit reinsten Wassers(für 18 °C = 3,81 10-8 Ω-1cm-1) lässt sich ableiten, dassdas Autoprotolysegleichgewicht

2H2O H3O+ + OH- /3/

weitgehend auf der linken Seite liegt. Das Massen-wirkungsgesetz für dieses Gleichgewicht lautet:

KW = /4/

Berücksichtigt man, dass a(H2O) aus /4/ bei der sehrniedrigen lonenkonzentration gleich der Aktivität desreinen Wassers, d.h. gleich 1 gesetzt werden kann, er-gibt sich als Ionenprodukt des Wassers:

KW = a(H3O+) a(OH-) /5/

Die Autoprotolysekonstante KW kann aus Leitfähigkeits-messungen bestimmt werden. Sie ist stark temperatur-abhängig (siehe Tabelle VI-1).Da in GIeichung /4/ und /5/ keine anderen Teilchen alsH+, OH- und H2O berücksichtigt werden, gilt das Ionen-produkt des Wassers nicht nur für das reine Lösungs-mittel, sondern unabhängig von der Art der Stoffe, dieeine verdünnte wässrige Lösung enthält. In diesenLösungen kann die Aktivität der Wasserstoff- und Hy-droxidionen durch Zusatz einer Säure oder Base inweiten Grenzen verändert werden, das Ionenprodukt KW

ist jedoch stets konstant.In verdünnten wässrigen Lösungen kann bei Kenntnisder Aktivität einer der beiden lonensorten H+ bzw. OH- dieandere nach GIeichung /5/ berechnet werden. Fürneutrale Lösungen bzw. reines Wasser gilt a(H+) = a(OH-).In sauren Lösungen gilt a(H+) > a(OH-), in basischen Lö-sungen dagegen a(OH-) > a(H+).

Zur quantitativen Beschreibung des Charakters einerverdünnten wässrigen Lösung wurde der pH- Wert(Protonenaktivitätsexponent) eingeführt. Diese Maß-zahl ist als negativer dekadischer Logarithmus derWasserstoffionenaktivität entsprechend Gleichung /1/definiert.Aus Analogiegründen wird auch der pOH- Wert gemässGl. /6/ verwendet, so dass unter Berücksichtigung von6leichung /5/ das Ionenprodukt des Wassers auchnach Gleichung /8/ wiedergegeben werden kann.

pOH = -log a(OH-) /6/

pKW = -log KW /7/

pH + pOH = pKW /8/

In sehr verdünnten wässrigen Lösungen können dieAktivitäten durch die molaren lonenkonzentrationen er-

a(H3O+) a(OH-)a(H2O)

Tabelle VI-1 Temperaturabhängigkeit des lonen-produktes KW des Wassers

ϑ in °C KW in mol2l-2 pKW

10 00,36 10-14 14,45 18 00,74 10-14 14,13 20 00,86 10-14 14,07 22 01,00 10-14 14,00 30 01,89 10-14 13,73 50 05,60 10-14 13,25100 74,00 10-14 12,13

Grundlagen

VI-3

pH-Skala nach oben und unten nicht begrenzt ist.Wegen des komplizierten Zusammenhangs zwischenAktivität und Konzentration in konzentrierten Elektrolyt-lösungen lässt sich jedoch bei den sogenannten über-starken Säuren und überstarken Basen aus der Kon-zentration nicht mehr auf den pH-Wert schliessen undumgekehrt. So wird z. B. in einer 60%igen (9,17molaren) Schwefelsäure ein pH von -4, in einer100%igen (18,67 molaren) Schwefelsäure ein pH von -10 gemessen.

VI-1-5 Die Stärke von Säuren und Ba-sen in wässeriger Lösung

Eine Definition der Stärke von Säuren und Basengegenüber Wasser als Bezugssubstanz ergibt sich ausfolgenden Überlegungen. Auf die Reaktion einer Säuremit Wasser bzw. einer Base mit Wasser lässt sich unterder Voraussetzung, dass die protolytische Reaktionihren Gleichgewichtszustand erreicht hat, das Massenwir-kungsgesetz anwenden. Für die Protolyse einer Säure,

HA + H2O A- + H3O+, gilt:

KS = /10/

Für verdünnte wässrige Lösungen geht Gleichung /10/in Gleichung /11/ über. Dabei wird die Gleichgewichts-aktivität des Wassers a(H2O) der Aktivität der reinenPhase, die den Wert 1 hat, gleichgesetzt. Die Gleich-gewichtskonstante KS wird Säurekonstante genannt:

KS = /11/

Analog gelangen wir zur Definition der BasekonstanteKB als Gleichgewichtskonstante der Protolyse einerBase. Für das Protolysegleichgewicht einer Base,

B + H2O BH+ + OH-,

gilt:

KB = /12/

VI-1-6 Elektrochemische GleichgewichteDas elektrochemische PotentialDer Austausch elektrisch neutraler Teilchen zwi-schen zwei Phasen auf Grund unterschiedlicherchemischer Potentiale verläuft solange, bis sich dasdurch das Nernstsche Verteilungsgesetz beschrie-bene chemische Gleichgewicht eingestellt hat. Füreine Teilchenart b ist dann

µ’b = µ’’

b. /13/

Derartige Gleichgewichte sind nicht erreichbar,wenn die ausgetauschten Teilchen elektrische La-dungen tragen. Der Übertritt von geladenen Teilchender einen Phase in die andere Phase ändert zugleichund sofort das elektrische Potential der Phasen, diedem Übertritt von Ladungsträgern entgegenwirkenund das sogenannte elektrochemische Gleichge-wicht herbeiführen. Nach den Gesetzen der Thermo-dynamik und Elektrochemie gilt als Ansatz für daselektrochemische Potential m’E

b der Teilchen- oderLadungsträgerart b in Phase ‘ die fundamentaleBeziehung:

µ’Eb = µ’

b+ zbFϕ ’ /14/

Das elektrochemische Potential µ’Eb ist die Summe

aus chemischem Potential µ’b der Teilchenart b in

Phase’ sowie dem inneren elektrischen Potential

zbFϕ ’ der Teilchenart b in Phase’.

Die Galvani-SpannungDie Galvani-Spannung gI,II ist die Differenz derinneren elektrischen Potentiale von Phase I und II.Nachfolgende Schreibweise für die Galvani-Span-nung ist der Literatur gebräuchlich:

gI,II = ϕI- ϕ II /15/

In galvanischen Zellen, wie zum Beispiel in einemSensor für die pH-Wert oder Redoxpotentialmes-sung, summieren sich mehrere Galvanispannungenzu einer messbaren Zellenspannung. In galvani-schen Zellen summieren sich stets mehrere Galvani-Spannungen. Die Theorie der verschiedenenGalvani-Spannungen versetzt uns in die Lage, dieErscheinungen an zusammengesetzten elektroche-mischen Systemen aufzugliedern und im Detail zuverstehen.Galvani-Spannungen sind ebenso wie chemische

a(H3O+) a(A-)a(HA) a(H2O)

a(H3O+) a(A-)a(HA)

a(BH+) a(OH-)a(B)

Grundlagen

VI-4

Potentiale einer unmittelbaren Messung nicht zu-gänglich. Es ist nämlich nicht möglich, zwei Phaseneiner Elektrode an ein elektrisches Messgerät anzu-schliessen, ohne dass neue Phasengrenz-flächenmit weiteren elektrochemischen Gleichgewichtenund entsprechenden GaIvani-Spannungen auftre-ten.Mit dem Ansatz für die Definition der FreienEnthalpie als Kriterium für die Freiwilligkeit, Gleich-gewicht oder dem Zwang des Ablaufes einer Reak-tion erhält man angewand auf ein elektrochemischesGleichgewicht zwischen den Phasen I und II eineselektrochemischen Systems die Beziehung:

= ∆RG = Σ υiIµE

iI + Σ υi

IIµEiII /15/

Die Galvani-Spannung jeder Elektrode ist eine varia-ble Größe, die nur im elektrochemischen Gleichge-wicht einen genau definierten Wert annimmt. ZurAbleitung der Gleichgewichts-Galvani-Spannungwird in die Gleichgewichtsbedingung /15/ Gleichung/14/ eingesetzt:

Σ υiI(µi

I + ziFϕI) + Σ υi

II(µiII + ziFϕ II) = 0 /16/

Σ υiIµi

I + Σ υi

IIµiII + Σ υi

I ziFϕI + Σ υi

II ziFϕII = 0 /17/

Die beiden ersten Glieder stellen zusammen diemolare chemische Arbeit Σ υiµi bei der Elektroden-reaktion zwischen den Phasen I und II dar. Aus denbeiden letzten Gliedern, die die molare innere elek-trische Arbeit bei der Elektrodenreaktion angeben,lässt sich die Galvani-Spannung ausklammern, wennman berücksichtigt, dass die Summe der in der einenPhase verschwindenden und hinzukommendenelektrischen Ladungen entgegengesetzt gleich derSumme der in der anderen Phase verschwindendenund hinzukommenden elektrischen Ladungen ist.Zur abgekürzten Darstellung definiert man dieReaktionsladungszahl zr der Elektrodenreaktion r

zr = Σ υiII zi = Σ υi

II zi /18/

Damit wird

Σ υiµi - zrF(ϕI - ϕII) = 0 /19/

und man erhält für die Gleichgewichts-Galvani-

Spannung den Ausdruck:

gI,II = (ϕI- ϕ II) = /20/

Die Reaktionsladungszahl zr ist gleich der Zahl derpositiven (negativen) Elementarladungen, die inRichtung steigenden (fallenden) Phasenindexestransportiert werden, wenn die Elektrodenreaktionum einen Formelumsatz fortschreitet.Das Vorzeichen der Galvani-Spannung hängt nachder Definition auf Seite VI-3 davon ab, welche Phasein bezug auf eine andere betrachtet wird; dieDefinitionsgleichung /15/ erforderte daher die Kenn-zeichnung der Phasen.Der absolute Betrag der Gleichgewichts-Galvani-Spannung ist für jede Elektrode thermodynamischstreng definiert. Er ist rein chemisch gegeben, alsounabhängig von den tatsächlichen inneren elektri-schen Potentialen der Phasen. Auf Grund desGegeneinanders chemischer und elektrischer Kräf-te (oder molarer Energien gemäss Gleichung /19/) inElektroden unterscheidet man mit entgegengesetz-tem Vorzeichen die (chemisch definierte) elek-tromotorische Kraft ε (EMK) von der (herbeigeführ-ten elektrischen) Galvani-Spannung. Bei elektroche-mischem Gleichgewicht ist:

εI,II = -gI,II /21/

Die ZellenspannungDie Zellspannung ist als die Summe von Teilspannun-gen einer galvanischen Zelle zu verstehen. Galvani-sche Zellen sind elektrisch zusammenge-schalteteElektroden. Dementsprechend erhält man dasZellsymbol durch Zusammenfügen der Elektroden-symbole. Die Zellreaktion ergibt sich durch AdditionVon Einzelvorgängen und die Zellspannung durchAddition von Spannungen an Phasengrenzen undinnerhalb Von Phasen der Zelle. Die Zellspannungist eine Messgrösse, die man auch bei Stromflussdurch die Zelle beobachten kann. Für beliebigeZellen bei eingestelltem oder nicht eingestelltemGleichgewicht ohne oder mit Stromfluss gilt

U = ϕ I - ϕ II /22/

Die Zellspannung ist die elektrische Spannungzwischen den Polen der galvanischen Zelle.

eq

δgδξ T,p

( )

eq eq

Σ υiµi

zrF

Grundlagen

VI-5

Gemäß der Definition der elektrischen Spannung alsDifferenz zwischen dem elektrischen Potential einesAnfangs- und eines Endpunktes, ist U also immer dieDifferenz »inneres elektrisches Potential im Pol ander linken Elektrode minus inneres elek-trischesPotential im Pol an der rechten Elektrode«.Beim Strom I entsteht in den einzelnen Phasen derZelle je nach ihrem elektrischen Widerstand Rα einSpannungsabfall Uα = IRα, dem ein geneigter Verlaufvon ϕ über x innerhalb der Phasen (statt des horizon-talen Verlaufs bei Gleichgewicht entspricht. Außer-dem ändern sich bei Stromfluss die Galvani-Spannungen.Das Elektrodensystem einer pH-Elek-trode besteht aus zwei über eine Glasmem-branmiteinander verbundenen Ionenelektroden und lässtsich durch das Zellensymbol

I II III IV V VI VII VIII I'

AgCl(s) AgCl(s)

Ag KCl(s) H+aq Glas H+

aq KCl(s) Ag

KCl(aq) KCl(aq)

beschreiben. Vorzugsweise werden in solchen Glas-membranen bei Berührung mit wässerigen Medieneinwertige Kationen in der Oberflächen-schicht ausdem SiO4-Tetraedergerüst langsam gegen H+-Ionenausgetauscht.Die Glasoberflächenschicht stellt dann einen Kiesel-säure-Silicat-Puffer wit konstanter H+-Ionenaktivitätdar. Das bedeutet, dass in einem Weiten pH-Bereichdie Aktivität der H+-Ionen in Phase IV gleich der inPhase VI ist. An den Phasengrenzen III, IV gilt nachZerlegung von Gleichung /20/ in ein Standard- undein Überführungsglied:

gI,II = g I,II + ln Π ai /23/

für die Galvani-Spannung III, IV:

gIII,IV = g III,IV+ ln /23/

Eine entsprechende Gleichung resultiert für dieGalvanispannung an der PhasengrenzeVI, VII. Dasich alle übrigen Galvanispannungen weitestgehendkompensieren, erhält man für die Zellenspannungdie Gleichung:

U = gIII,IV + gVI,VII = ln /24/

U = ln /25/

Wird a2 durch eine Lösung bekannten pH-Wertesvorgegeben, dann ergibt sich zur Bestimmung despH-Wertes bzw. der Protonenaktivität in einem unbe-kannten oder Prozessmedium die Gleichung:

U = C - ln a1 = C + 0,059 V pH /26/

Gleichung /26/ gilt in dieser Form nur für eineTemperatur voin 25 °C.

Glasoberflä-

chenschicht

Glasoberflä-

chenschicht

υiRTzrF

RTF

aa

IVH+

VIH+

RTF

aa

VIIH+

IIIH+

RTF

a2

a1

RTF

Grundlagen

VI-6

VI-1-7 Die Messelektrode

In Abbildung VI-2 wird der Aufbau der Glaselektrodegezeigt. An Membranen aus bestimmten Glassortentreten beim Eintauchen in wässerige Lösungen Poten-tiale auftritt, die durch unterschiedlichen Konzentratio-nen vom H+-Ionen entstehen. Das bekannteste und ambesten untersuchte Elektrodenglas ist ohne Zweifel dassogenannte MacInnes-Glas, das von den Corning GlassWorks (USA) unter der Bezeichnung 015 hergestelltwird und etwa folgende Zusammensetzung aufweist:72 % SiO2, 6 % CaO, 22 % Na2O. Es wurden auchGläser ohne Anteil von Silikat auf ihre Eignung als pH-Gläser wie die Systeme Na2O-MgO-P2O5 oder Na2O-GeO2 und BaO-B2O3 auf ihre Elektrodeneigenschaftenuntersucht, jedoch trat in keinem Fall dabei eine Elek-trodenfunktion auf, die auch nur annähernd der Nernst-schen Gleichung entsprochen hätte.Eine moderne Glaselektrode besteht aus dem zu einerHalbkugel ausgeblasenen Spezialglas, das zur Unter-bindung von partiellen Kurzschlüssen mit einem Schaftaus schlecht leitendem Geräteglas verschmolzen ist. Inder aus dem Spezialglas gefertigten Elektrodenspitzebefindet sich eine Pufferlösung mit genau bekanntempH-Wert, meist KCl-Lösung. Taucht man diese Elektro-de in eine Lösung mit H+-Ionen ein, so tritt an derGlasmembran ein Potential auf, das vom Unterschieddes pH-Wertes zwischen Innen- und Aussenlösungabhängt und der Nernstschen Gleichung gehorcht. Indie Innenlösung taucht eine sogenannte Ableitelektro-de, der lediglich die Aufgabe zufällt, das Potentialabzuleiten. Die äussere, auch oft als Referenzelektrodebezeichnete Ableitelektrode hat die gleiche Aufgabe.Die EMK (Elektromotorische Kraft) dieser Glaskettelässt sich im pH-Bereich von 2 bis 9 durch Gleichung /25/ oder /26/ beschreiben.Theoretisch sollte auch bei Gleichheit der Innen- undAussenlösung kein Potential zu erwarten sein. Es trittaber meist ein sogenanntes Asymmetriepotential auf,das in der Regel durch die speziellen Eigenschaften desverwendeten pH-Glases sowie auch in nicht unerhebli-chem Maße durch dessen geometrische Abmessungenbzw. dessen Dicke verursacht wird. Das Assymetrie-potential (auch Assymetriespannung genannt) ist beidickwandigen Glaselektroden größer als bei dünnwan-digen und kann Beträge bis zu etwa 60 mV annehmen.

Bei sehr dünnwandigen, gut gewässerten Glaselek-troden sollten dagegen kaum Asymmetriepotentialeauftreten. Das Asymmetriepotential ist über längere Zeitgesehen nicht konstant und wahrscheinlich auch vonder momentanen Beschaffenheit der Glasoberflächenabhängig.

Ableitelektrode: Ag/AgCl-Elektrode

gesättigte KClLösung pH-Wert = 7

pH-sensitive Glasmembran

Abbildung VI-2 Aufbau der Glaselektrode

Das wichtigste Element der Glaselektrode ist die pH-sensitive Glas-membran. In den beiden Quellschichten der Membran entstehendeGalvanispannungen sind nur vom pH-Wert der umgebenden Lösun-gen abhängig. Da der innere pH-Wert eine konstante Grösse darstellt,ist die Zellenspannung als Summe der Galvanispannungen nur vompH-Wert der Lösung im Bereich der Aussenelektrode abhängig.

Inne

re K

Cl-L

ösun

g

Pro

zess

med

ium

An den mit den flüssigen Phasen in Berührung stehenden Oberflä-chenschichten der pH-sensitiven Membran entstehen sogenannteQuellschichten, in denen einwertige Kationen gegen Protonenausgetauscht werden. Erst dadurch wird die pH-Messung ermöglicht.

Abbildung VI-3 Schnitt durch die pH-sensitiveGlasmembran

Quellschichten

Gla

s

Grundlagen

VI-7

VI-1-8 Referenz- oder Ableitelektrode

In Abbildung VI-4 wird der Aufbau einer Ableitelektrodeschematisch dargestellt. Es handelt sich wiederum umeinen Silberdraht mit einer aufgebrachten Silberchlorid-schicht, der in einer gesättigten Salzlösung bzw. einenGel steckt. Im Fall der meisten bei Uniloc verwendetenAbleitelektroden handelt es sich um Ag/AgCl-Elektrodenin einem Elektrolytgel bzw. einer gesättigten KCl-Lö-sung. Über ein Diaphragma wird der elektrische Kontaktder Ableitelektrode zum Medium und damit zur äusserenGlasschicht hergestellt.

VI-1-9 Potenzial des Diaphragmas

Die meisten heute verwendeten Diaphragmen sind imPrinzip grob- oder feinporige Membranen deren Wir-kung darin besteht, die rasche Vermischung vonElektrolytlösungen zu verhindern. Dabei kommt es inden Poren der Membran zu sogenannten Diffusions-spannungen, die je nach Größe durchaus einen Einflussauf die Genauigkeit der pH-Messung haben können,sofern die Diffusionsspannung eine von Konzentration,Druck und Temperatur abhängige Größe darstellt.Als Gedankenexperiment kann man sich vorstellen, dassdie unterschiedlichen (Prozessmedium und Elektrolytlösungder Ableitelektrode) und ladungsneutralen Elektrolyt-lösungen über das poröse Diaphragma in direkten elek-trischen Kontakt miteinander gebracht werden. Es fin-det eine Diffusion von Ionen statt, da deren Konzentra-tionen vom in beiden Elektrolytlösungen nicht identischsind. Da beide Lösungen ursprünglich ladungsneutralwaren, bildet sich im Bereich der Grenzfläche zwischenden Lösungen (Diaphragma) eine Raumladungszoneaus, die wiederum bedingt, dass sich ein elektrischesFeld einstellt, das der Diffusion entgegenwirkt. Ist derAusgleichsvorgang abgeschlossen, ist der Stromflusswieder Null. In den meisten praktischen Anwendungenwerden als Elektrolytlösungen für Ableitelektroden sehrhoch konzentrierte Salzlösungen eingesetzt. DasDiffusionspotential wird dann in aller Regel nur durch dieDiffusion von Ionen der inneren Elektrolytlösung in dasProzessmedium bestimmt und ist meistens ausreichendkonstant.Das Diffusionspotential addiert sich als Bestandteil derMesskette zur Zellenspannung und muss daher zur


Elektrolytbrücke (Diaphragma)

gesättigte Salzlösung

Eine stabile Elektrolytkonzentration sowie eine stabile Elektrode 2. Art(Ag/AgCl/Cl-) sorgen für eine hinsichtlich des Potentials stabile Ableit-elektrode. Über das Diaphragma (Salzbrücke oder auch Elektrolyt-brücke) wird der elektrische Kontakt zur äusseren Glaselektrodehergestellt und dadurch die Messung des pH-Wertes erst ermöglicht.

Abbildung VI-4 Aufbau der Ableitelektrode

Die Abbildung zeigt eine dünne Schicht durch eine Pore desDiaphragmas. Das Diaphragma separiert im Prinzip die Elektrolyt-lösung innerhalb der Ableitelektrode vom Prozessmedium. Bestehenzwischen dem Prozessmedium und der Elektrolytlösung der Ableit-elektrode Konzentrationsunterschiede, so setzt eine Diffusion derMoleküle in Richtung des geringeren chemischen Potenzials derjeweiligen Ionenart ein. Bedingt durch unterschiedliche Diffusions-geschwindigkeiten der Ionen sowie unterschiedliche Konzentrationkann es im Bereich des Diaphragmas zu sogenannten Diffusions-spannungen kommen, die einen Einfluss auf die Genauigkeit der pH-Messung haben können.

Abbildung VI-5 Diffusionspotentiale an einemDiaphragma

exakten Bestimmung des pH-Wertes beachtet werden.Unter praktischen Gesichtspunkten wird dieses Poten-tial bei einer Kalibrierung mit Pufferlösungen eleminiertbzw. berücksichtigt.

Grundlagen

VI-8

VI-1-10 Konvertierung der Spannung inden pH-Wert

In Anlehnung an Gleichung /26/ auf Seite VI-5, diestreng nur für 25 °C gilt, sowie unter Berücksichtigungder Definition des pH-Wertes (Gleichung /1/ auf >SeiteVI-1, kann die Gleichung:

U = U°(T) + 0,1984 T pH /27/

für die Elektrodenfunktion bzw. die Zellenspannung Uaufgestellt werden. Die Zellenspannung U ist die Summealler Teilspannungen der galvanischen Kette. In demAusdruck U°(T) werden die 4 vom pH-Wert unabhängi-ge Teilspannungen

Potential der Referenzelektrode innerhalb derGlaselektrode;Potential an Quellschicht der inneren Glas-oberfläche;Potential der Ableitelektrode sowieDiffusionspotential des Diaphragmas

zusammengefasst. Der Term 0,1984 T pH stellt das pH-abhängige Potential an der äusseren Glasmembran darund ist vom pH-Wert und der Temperatur des Prozess-mediums abhängig.

VI-1-11 Slope der GlaselektrodeUm an dieser Stelle die Temperaturabhängigkeit desSlopes (Elektrodensteilheit) einfacher erläutern zu kön-nen wird angenommen, dass der Term U°(T) ausGleichung /26/ bei jeder Temperatur den Wert Nullannimmt.Gleichzeitig wird festgelegt, dass die Elektrolytlösunginnerhalb der Glaselektrode den Wert pH 7 aufweist.Diese Voraussetzungen führen dazu, dass bei einempH-Wert des Prozesses von 7 die Zellenspannung 0 mVbeträgt. In Abbildung VI-6 wird die Abhängigkeit der

Tabelle VI-2 Temperaturab-hängigkeit des Slopes der Glas-

elektrode

ϑ in °C Slope (mV/pH)

15 - 57,2 20 - 58,2 25 - 59,2 30 - 60,1 35 - 61,1

Zellenspannung vom pH-Wert bei einer Temperatur von25 °C und 50 °C dargestellt. Tabelle VI-2 zeigt den Slopeder Elektrode bei Temperaturen zwischen 15 und 35 °C.Abbildung VI-6 zeigt die Bedeutung der Temperatur zurrichtigen Bestimmung des pH-Wertes. Eine gegebeneZellenspannung lässt sich ohne Kenntnis der Tempera-tur des Prozessmediums nicht eindeutig einem pH-Wertzuordnen. Zum Beispiel resultiert bei einer gegebenenZellenspannung von - 150 mV ein pH-Wert von 9,54 bei25 °C sowie 9,35 bei 50 °C. Die automatische Berück-sichtigung der Temperatur zur Ermittlung des pH-Wer-tes bei gegebener Zellenspannung nennt man auch eineAutomatische Temperaturkompensation. Die meistenpH-Elektroden verfügen deshalb über integrierteTemperaturfühler (Pt100 oder Pt1000). Analysatorenoder Transmitter zur Bestimmung des pH-Wertes verfü-gen heute standarmäßig über eine automatische Kom-pensation der Temperaturabhängigkeit der Zellen-spannung. Je näher der aktuelle pH-Wert des Prozes-ses dem pH-Wert der Elektrolytlösung der innerenElektrode kommt, je geringer wird der Einfluss derTemperatur auf die Genauigkeit der pH-Messung.

Abbildung VI-6 Abhängigkeit der Zellenspan-nungvom pH-Wert bei 25 und 50 °C

Die Zellenspannung der Glaselektrode ist eine Funktion des pH-Wer-tes sowie der Temperatur. Bei gegebenem pH-Wert ist die resul-tierende Zellenspannung eine Funktion der Temperatur. Je höher dieTemperatur, desto größer ist die Zellenspannung. Je weiter sich derpH-Wert an der äusseren Glasschicht von dem an der inneren Glas-schicht entfernt, desto größer ist die Bedeutung der der Tempe-raturfür eine richtige und genaue Zuordnung Zellenspannung/pH-Wert.

Grundlagen

VI-9

VI-1-12 Puffer und Kalibrierung

VI-1-12-1 AllgemeinesDie Abbildung VI-6 zeigt die Elektrodenfunktion eineridealen pH-Elektrode. Unter praktischen Gesichtspunk-ten verhalten sich pH-Elektroden selten ideal. Meistensresultieren Offest-Spannungen von -30 mV bis + 30 mVsowie Slopes der Elektrode die negativ oder positiv vomIdealwert 0,1984T abweichen.Eine Kalibrierung kompensiert nichtideales Verhaltenvon pH-Elektroden. Zur Kalibrierung von pH-Elektrodenwerden Pufferlösungen verwendet. Diese Puffer-lösungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie übereinen exakten pH-Wert verfügen. Die Auswahl vonPufferlösungen, die sich zur Kalibrierung von pH-Elek-troden eignen ist kein einfacher Prozess und setzt eineumfangreiche experimentelle Arbeit voraus. Durch vielenationale Standardisierungsorganisationen wie demUnited States National Institute of Standards andTechnology (NIST), dem British Standards Institute(BSI), dem Japan Standards Institute (JSI) oder demDeutschen Institut für Normung (DIN) wurden verschie-dene Standardpufferlösungen definiert, die heute welt-weit am gebräuchlisten sind. Gegenüber den Puffer-standards werden für industrielle Anwendungen meistsogenannte kommerzielle Puffer verwendet, die besserauch die meist etwas rauhen Bedingungen in derIndustrie abgestimmt sind. Kommerziellen Puffer wei-sen meist eine höhere Pufferkapazität auf und sindunan-fälliger gegen Verunreinigungen mit anderenSäuren oder Basen.

VI-1-12-2 PuffersystemeViele Säure/Base-Kombinationen zeigen, dass bei be-stimmten Konzentrationsverhältnissen trotz der Zugabevon H+- oder OH--Ionen nur eine geringe Änderung despH-Wertes zu verzeichnen ist, während in anderenKonzentrationsbereichen eine ausserordentlich starkeVeränderung des pH-Wertes erfolgt. Die Praxis hatgezeigt, dass gerade solche Mischungen aus einermittelstarken Säure und ihrer korrespondierenden Basefür die Herstellung von Pufferlösungen geeignet sindund sich deren pH-Wert bei Zugabe begrenzter Mengenan starken Säuren oder starken Basen praktisch nichtändert. Als Maß für die Pufferwirkung eines solchenPuffersystems wurde die Pufferkapazität β eingeführt,

die als reziproker Wert des Anstieges der pH/c-Kurvedefiniert ist.

β = /28/

Damit die Pufferkapazität β stets ein positives Vorzei-chen besitzt, wurde festgelegt, dass dc bei Basezusatzpositiv (d pH positiv), bei Säurezusatz negativ (d pHnegativ) zu setzen ist. Innerhalb eines Intervalls von 0,1pH-Einheiten kann die pH/c-Kurve als linear betrachtetwerden. Es gilt

β ∆pH = ∆c /29/

0,1 β gibt dann die Konzentration einer sehr starkenBase an, die den pH-Wert der Pufferlösung um 0,1 pH-Einheiten erhöht, bzw. die Konzentration einer sehrstarken Säure, die den pH-Wert um 0,1 pH-Einheitenerniedrigt. Für die Pufferkapazität β ergibt sich, wie hiernicht hergeleitet werden soll, folgende Gleichung:

β = 2,30 c(H+) c(OH-) + /30/

In Gleichung /30/ stellt c(H+) die Konzentration anWasserstoffionen dar, c(OH-) die Konzentration anHydroxidionen, c(A-) die Konzentration der zur SäureHA korrespondierenden Base, c(HA) die Säurekonzen-tration sowie c0 die Gesamtkonzentration c(A-) + c(HA)dar. Die Auswertung von Gleichung /30/ erfolgt durchDarstellung der Funktion β = f (pH) (siehe auch Abbil-dung VI-7), in der den Gliedern 2,30 c(H+) und 2,30c(OH-) zwei steil nach oben verlaufende Kurvenästeentsprechen, während dem Ausdruck

2,30 /31/

für jeden Wert von c0 (= Gesamtkonzentration deskorrespondierenden Säure-Base-Paares HA/A-) einesymmetrische Glockenkurve zuzuordnen ist, die bei pH= pKS, d.h. [HA) = [A-] = c0/2, ein Maximum besitzt (Höhedes Maximums β = 0,58c0). Diese Stelle entspricht demPufferschwerpunkt, denn hier ist die Pufferkapazität amgrößten (0,058c0 mol einer sehr starken Säure bzw.0,058c0 mol einer sehr starken Base verändern den pH-

dcd pH

c(A-) c(HA) c0

( )

c(A-) c(HA) c0

Grundlagen

VI-10

Wert von 1l Lösung um 0,1 Einheiten).

β = 0,58c0 = = /32/

Wie die β/pH-Kurve der Abbildung VI-7 zeigt, sinkt diePufferkapazität beiderseits des Pufferschwerpunktesstark ab. Soll der pH-Wert einer Lösung bei Zusatzgeringer Mengen Wasserstoff- bzw. Hydroxid-Ionenbzw. bei Verdünnung weitgehend konstant gehaltenwerden, ist eine Lösung aus etwa äquimolaren Mengeneiner schwachen Säure und ihrer konjugierten Baseerforderlich. Der pKS-Wert der Säure muss möglichstnahe dem zu stabilisierenden pH-Wert liegen. Als saurePuffersysteme verwendet man also schwache Säurenund ihre Anionbasen (z.B. CH3COOH /CH3COO-) undals basische Puffersysteme schwache Basen und ihrekonjugierten Kationsäuren (z.B. NH3/NH4

+).Der pH-Wert von Pufferlösungen (Pufferniveau) lässtsich nach einer einfachen Beziehung berechnen, diesich aus dem Massenwirkungsgesetz nach Gleichung /32/ des Protolysegleichgewichtes der als Puffer-bestandteil verwendeten Säure,

c(H3O+) = KS /33/

ergibt. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Gleichge-wichtskonzentrationen von HA und A- gleich den Aus-gangskonzentrationen beider Bestandteile im Puffer-system gesetzt werden können. Logarithmieren vonGleichung /33/ ergibt

pH = pKS - lg /34/

Aus Gleichung /30/ folgt dann bei Vernachlässigung derGlieder c(H+) und c(OH-) die Näherung /35/ für die Puf-ferkapazität β.

β ~ 2,30 /35/

Für Pufferlösungen, die die Säure HA und die korre-spondierende Base A- in äquimolaren Mengen enthal-ten, lässt sich das Pufferniveau nach Gleichung /35/berechnen. In Tabelle VI-3 sind Beispiele für ein sauresund ein basisches Puffersystem aufgeführt.Für eine Gesamtkonzentration der Pufferlösung von 0,1mol l-1 beträgt die Pufferkapazität nach Gleichung /35/

Abbildung VI-7 Pufferkapazität in Abhängigkeitvon der Gesamtkonzentration c0

Pufferkapazität äquimolarer Essigsäure-Acetat-Gemischebei verschiedener Gesamtkonzentration c0. Mit steigendemWert c0 erhöht sich die Pufferkapazität

Tabelle VI-3 Korrespondierende Säure/Base-Paare mit zugehörigem pH-Wert der größten

Pufferkapazität

Säure/Base-Paar pH

CH3COOH/CH3COO- 4,75Essigsäure/Acetat-Puffer

NH4+/NH3

Ammonium/Ammoniak-Puffer 9,25

β = 2,30 = 0,058 mol l-1 /36/

Für die Eigenschaften von Pufferlösungen gelten fol-gende Regeln:

Mit einer praktisch verwertbaren Puffer-kapazität eines Säure-Base-Paares kann mannur in einem pH-Intervall pH = pKS ± 1rechnen.Die Pufferkapazität hängt von der Gesamt-konzentration des Puffersystems ab. Sie er-reicht ihr Maximum für eine Zusammensetzungaus äquivalenten Mengen Puffersäure undPufferbase. Für das Puffernivean gilt in diesemFall pH = pKS. Der pH-Wert einer Pufferlösungist weitgehend unabhängig von der Gesamt-

∆c∆pH

0,058c0

0,1

c(A-)c(HA)

c(A-)c(HA)

c(A-) c(HA) c0

c0 = 0,4 mol l-1

c0 = 0,2 mol l-1

c0 = 0,1 mol l-1

pH 2 4 6 8 10 12 14

0,1

0,2

β

pH = pKS

0,052

0,1

Grundlagen

VI-11

konzentration, wenn das Konzentrationsver-hältnis c(HA)/c(A-) konstant bleibt. Bei Verdün-nung einer Pufferlösung tritt deshalb keine we-sentliche Änderung des pH-Wertes ein.

Die relativ geringfügigen pH-Änderungen, die bei Zu-satz geringer Mengen von Wasserstoff- bzw.Hydroxidionen zu einer Pufferlösung auftreten, lassensich näherungsweise nach aus Gleichung /33/ ableitba-ren Beziehungen berechnen. Bei Zusatz einer sehrstarken Säure in einer Konzentration cS wird aus Glei-chung 33 die Beziehung /37/

pH = pKS - lg /37/

sowie bei Zusatz einer sehr starken Base in einerKonzentration cB die Beziehung /38/.

pH = pKS - lg /38/

Gleichung /37/ folgt aus der Überlegung, dass durchZusatz von H+-Ionen die Konzentration der PufferbaseA-unter Bildung der Puffersäure HA sinkt. Eine analogeBetrachtung führt zu Gleichung /38/.Durch die Wahl verschiedener korrespondierenderSäure-Base-Paare mit unterschiedlichem pKS-Wertstehen zwischen den pH-Werten 2 und 12 geeignetePuffersysteme zur Verfügung.

Darüber hinaus sind Puffersysteme be-kannt, deren Wirkung nicht nur auf ein pH-Intervall von 2 Einheiten begrenzt ist, son-dern die über einen größeren pH-Bereicheine verwertbare Pufferkapazität besit-zen. Sie können nach speziellen Vor-schriften durch Verwendung von Säure-gemischen oder mehrprotonigen Säurenund ihren Salzen hergestellt werden. So istder Citratpuffer nach Sörensen, der ausder dreiprotonigen Citronensäure

Anwendung finden auch Pufferlösungen, denen α-Aminosäuren (z.B. Glycin H2N-CH2-COOH) zugrundeliegen. Sie zeigen in zwei pH-Bereichen eine gutePufferkapazität. Der Pufferwirkung des Glycins in sau-rem Gebiet liegt das Protolysegleichgewicht

H3N-CH2-COOH H3N-CH2-COO- + H+, /39/

für das

pH = 2,35 - lg /40/

gilt, zugrunde. Eine Glycin-PufferIosung mit demPufferniveau pH = 2,35 wird durch Umsetzung vonGlycin mit der halben Objektmenge HCl erhalten. Ent-sprechend zeigt eine Lösung von Glycin und NaOHPufferwirkung im basischen Gebiet

pH = 9,78 - lg /41/

Das Phänomen der Pufferung ist von besonderer Be-deutung für den Ablauf biochemischer Vorgänge. Sosind die wichtigsten Puffersysteme des menschlichenBlutes, dessen pH-Wert trotz der Belastung durch denSäure-Base-Haushalt des Organismus innerhalb desschmalen Bereiches von 7,35 bis 7,45 konstant gehaltenwird, das System CO2/HCO3 und die amphoterenSerumproteine. Das Glycin kann als einfaches Modellfür die Pufferwirkung von Eiweissstoffen betrachtetwerden.

c(A-) + cB

c(HA) - cB

c(A-) - cS

c(HA) + cS

EXTRA

CH2

C

CH2

HO

COOH

COOH

COOH

und Natronlauge bereitet wird, etwa zwi-schen den pH-Werten 2 und 6 brauchbar.

+c (H3N-CH2-COOH)+c (H3N-CH2-COO-)

+c (H3N-CH2-COO-)c (H2N-CH2-COO-)

Grundlagen

VI-12

In Abbildung VI-8 wird grafisch dargestellt, was währendder Kalibrierung der pH-Elektrode abläuft. Die Kalibrie-rung wird bei pH 7 und pH 10 durchgeführt. Wird die pH-Elektrode in den pH 7-Puffer eingetaucht, so resultierteine Zellenspannung V7, die im Idealfall 0 mV beträgt,jedoch in der Praxis Werte zwischen -30 bis +30 mVannehmen kann. Beim Eintauchen der Elektrode in denpH 10-Puffer resultiert eine Sensorspannung von V10.Der Prozessor des Transmitters berechnet aus beidenWertepaaren pH 7/ V7 und pH 10/V10 die Parameter Aund B der linearen Gleichung /40/.

E = A + B(ϑ+273,15) (pH-7) /40/

VI-1-13 IsopotentialOft sind die Temperaturen der Pufferlösungen von derdes Prozesses verschieden. Daraus resultiert, dass derbei der Kalibrierung bestimmte Slope der Elektrode nichtfür die pH-Bestimmung des Prozessmediums gültig ist.In Abbildung VI-8 wird dargestellt, wie in einer solchenSituation verfahren wird. Der bei der Temperatur ermit-telte Slope B(ϑ1 + 273,15) wird für die die herrschendeProzesstemperatur ϑ2 in der Form B(ϑ2 + 273,15) durchden Prozessor des Transmitters neu berechnet. Dieswird möglich, da während der Kalibrierung neben demAusdruck B(ϑ1 + 273,15) auch die Temperatur ϑ1

bestimmt wurde. Diese Art der Berechnung geht aller-dings davon aus, dass sich der Isopoten-tialpunkt derElektrode (in diesem Fall pH 7) nicht mit der Temperaturändert und einen konstanten, temperaturunabhängigenWert darstellt.Die Größe des Fehlers, der bei der Berechnung desElektroden-Slopes auftreten kann, hängt ab von

der Differenz zwischen dem Isopotential pH derGlaselektrode und pH 7 sowiedem Unterschied zwischen den Temperaturenbei der Kalibrierung und unter Prozessbedin-gungen.

Bei einem Temperaturunterschied von 10 K sowie einemUnterschied im Isopotential pH von 2 resultiert einemaximaler Fehler von ±0,07 pH.Die meisten pH-Elektroden besitzen einen Isopoten-tialpunkt der, wenn auch nur wenig, von 7 verschiedensein kann. Der Isopotentialpunkt ändert sich in allerRegel mit der Temperatur. Den Ansatz zur graphischenLösung dieses Problems kann man dergestalt beschrei-

pH 7, 0 mV

pH

U in mV

pH 7, V7

pH 10, V10

Offsetspannung bei pH 7

ϑ1

ϑ2

ben, dass die zugehörigen Isothermen mit sich ändern-der Temperatur in der Ebene rotieren; entgegen demUhrzeigersinn, sofern die Prozesstemperatur über derTemperatur bei der Pufferkalibrierung liegt und mit demUhrzeigersinn, sofern die Prozesstemperatur unterhalbder Temperatur bei der Pufferkalibrierung liegt.Ein Weg zur Reduzierung von Fehlern, die durch einenUnterschied zwischen dem tatsächlichen Isopotential-punkt der pH-Elektrode und dem Transmitter gespei-cherten Isopotentialpunkt verursacht werden, ist dieKalibrierung mit Pufferlösungen bei einer Temperaturdie der des Prozesses entspricht. Hierbei sollten Siejedoch auch äusserste Sorgfalt walten lassen, wenn dieTemperatur deutlich höher liegt als die Umgebungs-temperatur. Zunächst ist natürlich durch Verdampfungvon Pufferflüssigkeit eine Veränderung des Puffer-wertes gegeben. Weiterhin sind die meisten heuteverwendeten Puffer oberhalb bestimmter Temperaturenin Ihrem Wert undefiniert bzw. zeigen eine strengeAbhängigkeit des pH-Wertes von der Temperatur.

Abbildung VI-8 Zweipunktkalibrierung einer pH-Elektrode mit Pufferlösungen

Der Graph zeigt eine Kalibrierung bei Verwendung von zwei Puffern -pH 7 und pH 10. Die Gerade, die die beiden Punkte verbindet stelltdie Kalibrierfunktion dar. Bei Temperaturänderungen ändert sich derAnstieg der Geraden um den Faktor (ϑ2 + 273,15)/(ϑ1 + 273,15), wobeiϑ2 die Kalibriertemperatur sowie ϑ2 die aktuelle Prozesstemperaturdarstellt.Die Kalibriergerade rotiert um den Punkt, der durch pH 7 sowie dieOffsetspannung der pH-Elektrode gegeben ist.

Grundlagen

VI-13

VI-1-14 Probleme mit dem Potential desDiaphragmas

Glaselektroden werden ausschließlich mittels Puffer-lösungen kalibriert. Die Verwendung von Pufferlösun-gen führt jedoch auch zu einem systematischen Fehlerder Messung.Werden die Glas- und die Referenzelektrode in diePufferlösung getaucht, bildet sich im Bereich den Dia-phragmas ein Diffusionspotential EDJ heraus. DiesesDiffusionspotential addiert sich zur Sensorspannung,aus der der pH-Wert berechnet wird. Das Diffusions-potential EDJ ist somit eine Teilspannung des Gliedes Ain Gleichung /42/, so dass diese in exakterer Schreib-weise

E = A' + EDJ + B(ϑ+273,15) (pH-7). /42/

bzw.

E = E' (pH, ϑ)+ EDJ /43/

lauten muss, wobei für den Ausdruck E' (pH, ϑ) dieBeziehung

E' (pH, ϑ) = A + B(ϑ+273,15) (pH-7) /44/

gilt. In Abbildung VI-9 werden die Wertepaare derKalibrier- und Messdaten entsprechend Gleichung /41/als Funktion dargestellt. Die y-Achse stellt die Zellen-spannung E in mV dar, sowie die x-Achse den pH-Wert.Die Darstellung dient zur Verdeutlichung des Fehlers,der durch unterschiedliche Diffusionspotentiale wäh-rend der Kalibrierung und der Messung im Prozessentstehen kann. Eine typische Größenordung für denUnterschied im Diffusionspotential während der Kali-brierung mit Puffern sowie der messung im Prozess liegtbei 2-3 mV und einem ∆pH von 0,02.

Messfehler durch unterschiedlichesDiffusions-potential während der Kalibrierungund Messung im Prozess.

Die unterbrochenen Linien stellen die gemessenen Zellenspannun-gen in den Puffern 1 und 2 (Buffer 1 und Buffer 2) sowie einer Messungim Prozess (pHS bei ES) dar. Das Diffusionspotential EIj während derMessung im Prozess ist größer, als das Diffusionspotential währendder Kalibrierung. Der Messfehler ergibt sich aus der Differenz derDiffusionspotenziale und dem daraus resultierenden ∆pH.

Abbildung VI-9 Einfluss der Diffusionspotenzialeauf die Genauigkeit der pH-Messung

Grundlagen

VI-14

VI-2 Sensordiagnose

Die im Analysator 54epH implementierten Diagnose-funktionen teilen dem Anwender frühzeitig mit, ob Sy-stemfehler vorliegen oder zu erwarten sind.

Impedanz der Referenz- oder Ableitelektrode.Einer der wesentlichen Parameter zur Beurteilungder Funktionsfähigkeit der Elektrode ist die Impe-danz des Ableitelektrodensystems, die wiederumhauptsächlich durch die Impedanz des Diaphrag-mas bestimmt wird. Eine einwandfrei funktionieren-des Ableitelektrode weist eine Impedanz von weni-gen 100 kΩ auf. Ist das Diaphragma zum Beispielblockiert oder die Elektrolytfüllung verbraucht, sosteigt die Referenzimdepanz auf deutlich höhereWerte. Eine hohe Impedanz der Ableitelektrodekann auch ein Indiz dafür sein, dass die Elektrodenur ungenügend in das Prozessmedium eintaucht.Impedanz der Glaselektrode. Die Impedanz derGlaselektrode wird überwiegend durch den Wider-stand der pH-sensitiven Glasmembran bestimmt. DieImpedanz des pH-Glases ist eine strenge Funktionder Temperatur. Mit steigender Temperatur nimmtdie Impedanz der pH-sensitiven Glasmembran ab.Deshalb wird die Impedanz auf eine Fixtemperaturkorrigiert, um andere Einflüsse auf die Impedanz derGlaselektrode besser erkennnen zu können. Typischfür die Impedanz einer Glaselektrode sind einige 100MΩ bei einer Temperatur von 25 °C. Fällt dieImpedanz auf einen wesentlich geringeren Wert ab,so ist dies ein Zeichen dafür, dass die Glaselektrodegebrochen ist. Sehr viel größere Impedanzen indi-zieren, dass die Elektrode verbraucht ist und gegeneine neue Elektrode ausgetauscht werden sollte.

VI-3 Intervall-Timer

Wie bereits ausführlich in Kapitel V, Abschnitt V-8dieses Handbuches erläutert, können die Alarme 1-3des 54epH auch als Intervall-Timer eingerichtet werden.Dadurch lassen sich wichtige Funktionen wie zumBeispiel die Dosierung von Chemikalien in den Prozessregeln oder es können auch externe Baugruppen zumBeispiel zur Sensorreinigung oder dergleichen ange-steuert werden.

Die Funktion des Interval-Timers wird durch folgendeParameter festgelegt (siehe dazu auch Abbildung V-2auf Seite V-17):

Timer. Dieser Parameter legt fest, ob der jeweiligeAlarm ALX als als Interval-Timer determiniert wird.Es stehen AL1, AL2, AL3 oder disable zur Auswahl.Interval. Dieser Parameter besteht die Zeitspannezwischen zwei Intervallzyklen. Die Einstellung erfolgtin Stunden (0...999.9 Stunden)Wiederholungen. Mit diesem Parameter wird fest-gelegt, wieviel Aktivschaltungen der Timer pro Zyklusaufweisen soll. Die Einstellung kann zwischen 1...60vorgenommen werden.EnshaltZt. Diese Parameter bestimmt die Dauer derAktivphase des Timers. Einstellungen zwischen1...2.999 Sekunden sind hier erlaubt.AsshaltZt. Diese Parameter bestimmt die Dauer derPassivphase des Timers. Einstellungen zwischen1...2.999 Sekunden sind hier erlaubt.Wiederherst. Diese Parameter bestimmt diejenigeZeitspanne, nach der die analogen Ausgänge unddie Relaiskontakte in den normalen Betriebsmoduszurückkehren.

VI-4 Alarme

Der Analysator Modell 54epH verfügt über insgesamt 4Alarme, von denen 3 als Prozessalrme bzw. Intervall-Timer programmiert werden können. Bei dem Vorliegeneines entsprechenden Ereignisses werden die Alarm-kontakte geschlossen und es lassen sich externe Ereig-nisse dadurch initiieren. Der 54epH kann hinsichtlichder Alarme in 2 unterschiedlichen Modi arbeiten, die inden nächsten beiden Abschnitten näher erklärt werdensollen.

Grundlagen

VI-15

Abbildung VI-10 TPC-Modus (Time ProportionalControl)

0 %

100 %

pH-Wert

Rel

ais a

ktiv

ieru

ng in

% d

er T

ime

Perio

d

URV LRV

VI-5 TPC-Modus

Werden die digitalen Ausgänge im TPC-Modus (TimeProportional Control) betrieben, so müssen durch denAnwender 7 Parameter entsprechend der Regelauf-gabe eingestellt werden. Zu diesen Parametern gehörendie nachfolgend näher erläutertenParameter.

URV. Der Parameter URV bestimmt diejenige Ab-weichung vom Sollwert, bei dem das Relais ständigan ist und zum Beispiel über eine angeschlosseneDosierpumpe eine Chemikalie zur Neutralisierung inden Prozess gegeben wird.LRV. Der Parameter LRV bestimmt diejenige Abwei-chung vom Sollwert, bei der das Relais ständig ausist und zum Beispiel keine Dosierung über einangesteuertes Dosiersystem erfolgt. Dieser Wertwird meistens auf 0 gesetzt und bedeutet dann, dassder pH-Wert mit dem Sollwert übereinstimmt.Einstllng. Über diesen Parameter wird der Regel-punkt bestimmt, den die Regelung einhalten soll.Stimmt die momentane Prozessvariable mit demnumerischen Wert des Parameters Einstllng über-ein, so ist der Alarm in der Regel nicht aktiv, sofernder LRV auf 0 eingestellt wurde.Zeitperiode. Der Parameter Zeitperiode bestimmtdie Länge des Zeitintervalls, in dem dem Analysatorden aktuellen pH-Wert mit dem in Einstllng program-mierten Sollwert vergleicht und in Abhängigkeit da-

von Aktionen des Relais einleitet. Ist eine Zeitperiodeabgelaufen, so schliesst sich die nächste Zeitperiodeautomatisch an.Proportional, Integral, abgeleitet. Befindet sichder Prozesswert innerhalb der durch URV und LRVbestimmten Grenzen, so wird die Relaisaktion durchden TPC-Modus bestimmt. Je näher sich der pH-Wert am Sollwert befindet, desto kürzer sind dieAktivzeiten des Relais, über die zum Beispiel eineChemikalie dosiert wird. Damit wird dem Prozessmehr Zeit gegeben, auf die Zudosierung zu reagie-ren. Illustriert wird dieses Verhalten auch durch dieobrige Abbildung. Im TPC-Modus unterteilt der Ana-lysator dann die Zeitperiode in Aktiv- und Passiv-zeiten, die dann von den Einstellungen unter Propor-tional, Integral und abgeleitet abhängen. Wird zumBeispiel eine Dosierpumpe über ein derartiges Re-lais angesteuert, so wird die Zeitperiode durch Do-sierung/Keine Dosierung bestimmt. Folgendes Bei-spiel soll die Funktion des TPC-Modus näher erläu-tern.Halten wir zunächst fest, dass die Aufteilung derZeitperiode bei einer Sollwertabweichung generelldurch die Parameter Proportional, Integral und ab-geleitet (Differenziell) bestimmt wird. Der ParameterProportional (P in %) bestimmt, wie weit sich derProzesswert vom Sollwert, jedoch immer in Abhän-gigkeit vom LRV und URV, entfernt haben muss, umdie Aktivierung des Relais zu veranlassen. Je kleinerder Parameter Proportional eingestellt wird, destobesser funktioniert theoretisch die Einhaltung desSollwertes. Beträgt zum Beispiel der Sollwert(Einstllng) pH 7 und sind ein URV von 2 pH sowieein LRV von 0 eingestellt und der Prozesswert zeigtpH 8, so resultiert bei P = 100 % eine Aktivzeit desRelais von

Aktivzeit = 100 /45/

50 % der Zeitperiode. Ist die Zeitperiode auf 100Sekunden eingestellt, würde das konkret bedeuten,dass zum Beispiel eine Dosierpumpe während derZeitperiode insgesamt 50 Sekunden die Zudo-sierung einer Chemikalie zum Prozess durchführt.Nähert sich der Prozesswert dem Sollwert, zumBeispiel auf 7,5 pH, so würde die Aktivzeit des Relais

(Prozesswert - Sollwert)(URV - LRV) *

Grundlagen

VI-16

nur noch 25 Sekunden, bezogen auf die gesamteZeitperiode, betragen.Durch den Parameter Integral wird die Aktivzeit desRelais in Abhängigkeit von der Zeitspanne verlän-gert, die sich der Prozesswert entfernt vom Sollwertaufhält. Wird der Parameter Integral zu klein einge-stellt, so kann dies zu einem Oszillieren desProzesswertes um den Sollwert führen. Der Para-meter abgeleitet sollte im Falle von pH- undRedoxmessungen immer auf 0% eingestellt sein.

VI-6 Normalmodus

Im Normalmodus funktionieren die Alarme 1 bis 3 alsherkömmliche digitale Kontakte (COM, NO, NC). Überden Parameter Hysterese wird ein Toleranzband zurDeaktivierung eines Alarmzustandes festgelegt. Um dieProgrammierung dieses Parameters zu verstehen,lohnt es sich die Abbildung VI-11 näher zu betrachten.Man programmiert einen oberen Grenzwert für dieProzessvariable, nach dessen Überschreiten der HighAlarm aktiviert werden soll. Der Parameter Hysteresegibt an, auf welchen Wert die Prozessvariable zurück-gehen muss, damit der Alarm wieder deaktiviert wird. Mitdieser Logik verhindert man, dass das Alarmrelaisständig an- und ausgeschalten wird, wenn die Prozess-variable um den zulässigen Grenzwert schwankt. DieAlarmlogik für den unteren Grenzwert der Prozessvari-able funktioniert selbstverständlich ähnlich. Nach demAuftreten eines Alarms wird durch den ParameterVerzögerung diejenige Zeit festgelegt, die noch ver-streichen muss, bevor der Alarm tatsächlich aktiviertwird. Die gleiche Zeitspanne muss auch verstreichen,bevor der Alarm deaktiviert wird. Der Parameter RelaisFehler legt fest, ob das jeweilige Alarmrelais im Fehler-

Zeit

9

10

Toleranzband=1 pH

Einstellpunkt für High Alarm

Alarm aktiv

High Alarmlogik

Zeit

1

2

Toleranzband= 1 pH

Einstellpunkt für Low Alarm

Alarm aktiv

Low Alarmlogik

Abbildung VI-11 Alarmlogik

oder Hold-Zustand zu oder offen ist bzw. durch einenFehler oder den aktivierten Hold-Zustand unbeeinflusstbleibt.

VI-7 Analoge Ausgänge

Der 54epH verfügt über zwei analoge Ausgänge, die einzur Prozessvariable lineares Ausgangssignal zwischen0(4) bis 20 mA erzeugen. Der vom Anwender geünschteMessbereich, bzw. die Messbereichendwerte werdenüber die Software des 54epH jeweils für 0 oder 4 mAsowie 20 mA programmiert.

Grundlagen

VI-17

VI-8 Prioritätsliste

Der Analysator kann in verschiedenen Betriebsartenfunktionieren. Die Betriebsart hängt davon ab, welcheSoftwareinstellungen durch den Anwender getroffenwurden und welche tatsächlichen Prozessbedingungenzum Zeitpunkt t vorliegen. Die nachfolgende Tabellebeschreibt exakt, welchen Status die 4 Relais bzw.welche Ausgangwerte die analogen Ausgänge anneh-men, wenn unterschiedliche Ereignisse auftreten.

HinweisEs ist möglich, dass einige der in Tabel-le VI-4 aufgeführten Bedingungen imFalle Ihrer Anwendung nicht konfigu-riert sind und deshalb die Ausgängesowie Relais nicht die in Tabelle VI-4dargestellten Werte annehmen.

Bedingung Priorität Ausgang 1 Ausgang 2 Alarm 1 Alarm 2 Alarm 3 Alarm 44-20 mA 4-20 mA

Normal 1 Normal Normal Normal Normal Normal OffenFehler 2 Setup Setup Setup Setup Setup GeschlossenInterval Timer 3 Hold Hold Setup Setup Setup Hinweis 12

Normal1) Normal1) Normal1)

Hold 4 Hold Hold Setup Setup Setup Hinweis 12ZuleitbegrgZtshaluhr 5 Normal Normal Passiv Passiv Passiv GeschlossenSimulationstest 6 Test1) Test1) Test1) Test1) Test1) Test1)

Tabelle VI-4 Prioritätsliste bei verschiedenen Bedingungen für die analogen Ausgänge und digitalenSignale

1) Entspricht bei der Bedingung x der in der Software eingestellten Konfiguration.

Legende

1) Normal ist derjeinge Bebreibszustand, wenn keine anderen Prioritäten vorliegen.2) Fehler ist derjenige Zustand, wenn durch den 54epH ein Fehlerzustand des Systems erkannt wird.3) Interval Timer-Priorität genau dann, wenn ein Timerzyklus eingeleitet und noch nicht beendet wurde.4) Hold Priorität, zum Beispiel während einer Kalibrierung.5) Hat die programmierte Dosierung den Timeout-Wert erreicht, so wird Systemalarm generiert. Dieser Alarm muss

manuell quittiert werden.6) Werte der Ausgänge entsprechen den Festlegungen im Untermenü >Simulationstest<7) Die Bedingung "Normal" wird durch den Prozess und die jeweilige Softwareinstellung bestimmt.8) Passiv beschreibt den Gut-Zustand der digitalen Ausgänge.9) Beim Setup des 54epH werden diejenigen Parameter für die analogen und digitalen Ausgänge eingestellt, die

während eines Fehlerzustandes eingenommen werden sollen10) Aktiv beschreibt, dass der entsprechende digitale11) HOLD ist der Zustand für die analogen Ausgänge, der entsprechend Kapitel V, Abschnitt V-7 programmiert

wurde.12) Alarm 4 behält den Zustand, der auch vor dem Start des Timer-Zyklus vorhanden war.

Grundlagen

VI-18

VI-9 PID-Regler

PID-Regelung

Die analogen Ausgänge des Analysators Modell 54epHkönnen als PID-Ausgänge programmiert werden. DerPID-Ausgang kann dazu genutzt werden, ein externesGerät anzusteuern, dass wiederum sein Stellglied,skalliert auf 0-100%, entsprechend des Eingangs-stromes vom PID-Ausgang des 54epH einstellt.Man benötigt PID-Regler, um Messwerte auf der siche-ren Seite eines Grenzwertes bzw. auf einen Sollwert zuhalten. Arbeitet der Regler nicht optimal, so kann dereingestellte Sollwert über- bzw. unterschritten werdenund in der Folge eventuell sogar eine Grenzwert unter-bzw. überschritten werden. Der PID-Regler ist einlinearer stetiger Universalregler, der im Bereich derVerfahrenstechnik zur Regelung einer Vielzahl physika-lischer Größen, wie zum Beispiel des pH-Wertes oderdes Redoxpotenzials eingesetzt wird. Sehr anschaulichist der Aufbau des PID-Reglers als Parallelschaltung vondrei Einzelreglern zu verstehen, deren Ausgangs-funktionen summiert werden. Das Zeitverhalten einesPID-Reglers wird durch das Zeitverhalten der Rückfüh-rungen, d.h. der auf die Regelung Einfluss nehmendenGröße, realisiert. Den Einfluß der drei Einzelkomponen-ten kann man üblicherweise von außen einstellen, undzwar den- P-Anteil über die Proportionalverstärkung KP

- I-Anteil über die Nachstellzeit TN

- D-Anteil über die Vorhaltezeit TV.Jede der drei Komponenten deckt einen Aufgabenbe-reich des Reglers ab. So sorgt der D-Anteil dafür, dassder Regler auch bei langsamen Änderungen an seinemEingang schnell eingreift. Der P-Anteil sorgt für diemittlere Verstärkung und der I-Anteil bewirkt, dass derRegler exakt arbeitet und keine bleibende Regel-abweichung zulässt. Allgemein wird der PID-Reglerdurch die Reglergleichung

Y(t) = KP (xW(t) + xW(t)Ct + TV xW (t))

beschrieben. Das erste Glied stellt den proportionalenteil, das zweite Glied den integralen Teil und das dritteGlied den abgeleiteten bzw. differentiellen Teil der

Regelfunktion dar.Je genauer ein Regler arbeitet, desto dichter kann manzum Beispiel einen Sollwert an einen Grenzwert legen,der zur Abschaltung führen würde. Kann man durcheine Verbesserung des Reglers den Sollwert verlegen,so ist damit sehr häufig auch eine Verbesserung desWirkungsgrades der Anlage und damit der Wirtschaft-lichkeit gegeben.

Messung und Sollwert (Feedback-Control)Der Analysator Modell 54epH stellt zwei wesentlicheInformationen für die Regelung zur Verfügung: denaktuellen Messwert (Prozessvariable) sowie den Soll-wert, den die Prozessvariable im Idealzustand aufwei-sen soll. Der Analysator reagiert auf die Abweichungdes Prozesswertes vom Sollwert mit einem determinier-ten Ausgangsstrom (Analogausgang 1 oder 2), der dannvon einer externen Dosierung oder Steuerung genutztwerden kann, um über die Änderung eines anderenParameters den Prozesswert wieder auf den Sollwert zubringen. In der Praxis wird zum Beispiel in einemsolchen Fall die Dosierung von Additiven und anderenChemikalien verringert bzw. erhöht. Alle PID-Reglerverfügen über verschiedene Betriebsarten und könnenals PI-Regler, als PD-Regler oder in Kombination alsPID-Regler arbeiten.Jeder Anteil der PID-Funktion führt zu einem charakte-ristischen Regelverhalten und kann über die Propor-tionalitätsglieder eingestellt werden.

P-Anteil der PID-FunktionDie einfachste Methode ist die proportionale Methodeder Einstellung des Reglers. Durch den P-Anteil wirdbestimmt, um welchen Wert die Prozessvariable vomSollwert abweichen muss, um einen bestimmten Aus-gangsstrom zu erzeugen. Ein kleines Beispiel soll die-sen Parameter erklären.Der Sollwert eines Prozesses beträgt pH 7 (ParameterEinstllng). Über die Parameter Proportional wirdeingestellt, um wieviel % der Prozesswert Sollwert ab-weichen darf, um einen Ausgangsstrom von 20 mA zuerzeugen. Die Abweichung in %, die einen Ausgang-

1TN

0

1

ddt

Grundlagen

VI-19

strom von 20 mA bedeuten würde, wird auch durch die Parameter 4mA und20mA unter >Einstlng Anawrt X< beeinflusst. In unserem Beispiel stellt derWert 7 pH unter Einstllg den Sollwert dar. Unter dem Parameter 4mA wirddiejenige Abweichung vom Sollwert eingetragen, bei der ein Strom von 4mA resultieren soll, in unserem Beispiel 0.00 pH. Unter dem Parameter20mA wird diejenige Abweichung vom Sollwert eingetragen, bei der einStrom von 20 mA resultieren soll, in unserem Beispiel +3.00 pH. Welcher

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Einstllg: +07.00pH4mA: 0.00 pH20mA: 3.00 pH

Messwert - SollwertAbw.20mA - Abw.4mA

*

Strom am analogen Ausgang anliegt, kann mit derfolgenden Formel berechnet werden:

Anawrt1 = 100 /46/

Für unser Beispiel würde sich bei Einstellung desParameters Proportional auf 100% und bei einemProzesswert von pH = 8,5 ein Analogwert von 50 % oder12 mA ergeben (4-20 mA). Fällt der pH-Wert bei weitererÄnnäherung an den Sollwert auf 7,5 pH, so resultiert einAnawrt von 16,67 % oder 6,67 mA. Der ParameterEinstllg legt typischerweise den pH-Wert fest, bei demder Stromausgang 4 mA beträgt.

Kombination von P- und I-AnteilFür die automatische Einstellung des Sollwertes beiVorliegen einer Regelabweichung reicht meistens derP-Anteil nicht aus. Der P-Anteil wird mit einem I-Anteilergänzt. Durch den I-Anteil wird sichergestellt, dass sichder analoge Ausgang kontinuierlich ändert, bis dieDifferenz zwischen Sollwert und Prozesswert ver-schwunden ist. Dieser integrale Teil der Regelfunktionwird als sogenannte Reset-Zeit in Sekunden eingege-ben.Die Feinfunktion der PI-Regelung hängt naturgemäßvon der Einstellung des P-Anteils wie auch des I-Anteilesab.

Einstellung des PI-RegelkreisesIn der Praxis werden einige Modelle zur Einstellungeines Regelkreises benutzt. In diesem Handbuch wirddas Modell der Prozessreaktionskurve als Beispiel be-nutzt. Bei diesem Modell wird die Sprungantwort des54epH auf eine Dosierung von Additiven oder Chemika-lien gegen die Zeit aufgetragen. Der Wert der Dosierungsollte ca. 50% des maximalen Dosiervolumens in denProzess betragen (Pumpe mit 50 % Leitstung oder Ventilmit 50 % Öffnung).

Folgende Vorgehensweise wird bei dieser Einstell-variante des Regelkreises empfohlen:

Schritt 1. Der Analysator Modell 54epH ist über denauf Normalmodus programmierten Analogausgangmit der Pumpensteuerung oder dem Dosierventilverbunden.Schritt 2. Der Änderung der Prozessvariable kannauf einfache Weise durch die Prozedur "Simula-tionstest" durchgeführt werden. Einzelheiten dazufinden Sie in Kapitel V, Abschnitt V-5.Schritt 3. Verfolgen Sie nun mit einer Stoppuhr oderdurch Anschluss eines Chart-Recorders die Ände-rungen am PID-Ausgang.Schritt 4. Lassen Sie dem System Zeit, sich aufeinen stationären Zustand einzupegeln (pH-Wert ,Redoxpotenzial oder die Temperatur sind relativstabil.Schritt 5. Beobachten Sie über das Display desAnalysators Modell 54epH den analogen Ausgang.Schritt 6. Stellen Sie nun über die Prozedur "Simula-tionstest" den pH-Wert ein, der dem stationärenZustand des Systems entspricht (Siehe Schritt 4).Schritt 7. Nun wird über die Prozedur "Simula-tionstest" eine Sprungfunktion der Prozessvariabledurchgeführt. Die Sprunkfunktion sollte hinreichendgroß genug sein, um eine signifikante Änderung derProzessvariable hervorzurufen, jedoch aber nicht soextrem sein, dass Grenzwerte über- bzw. unter-schritten werden.Schritt 8. In Abbildung VI-12 wird eine typischeKurve dargestellt, wie sie nach Durchführung vonSchritt 7 zu erwarten ist. Nach einer bestimmten Zeit(Verzögerungszeit) beginnt die Prozessvariablesich schnell zu ändern. Nach einer weiteren Zeit-spanne wird die Änderungsgeschwindigkeit gerin-ger und die Prozessvariable schwingt wieder aucheinen stationären Zustand ein. Versuchen Sie nun,anhand der Darstellung in Abbildung VI-12 die ver-

Grundlagen

VI-20

schiedenen Parameter für den PID-Regelkreis zuermitteln.Schritt 9. Die nun beschriebene Prozedur zurErmittlung von Parametern für die Einstellung derPID-Regelung wurde der Schrift "Instrumentationand Process Measurement and Control" entnom-men. Autor dieser Schrift ist: Norman A. Anderson,Chilton Co., Radnor, Pennsylvania, 1980.Schritt 10. Es handelt sich hierbei um eine empiri-sche Formel, die jedoch eine optimale Einstellungder Parameter Proportional und Integral ermög-licht. Es werden 4 Parameter, die VerzögerungszeitD, die Zeitperiode L, R als das Verhältnis von L zu Dsowie der Verstärkungsfaktor C bestimmt.Schritt 11. Wird die Tangente im Bereich der ma-ximalen Steigung an die Kurve in Abbildung VI-12angelegt, so ist für unser Beispiel die Verzögerungs-zeit D 3,3 Sekunden. Diese Zeit wird dort abgelesen,wo die Tangente die Zeitachse schneidet. Die Zeit-periode L ist diejenige Zeit, die abzüglich derVerzögerungszeit bis zum Erreichen von 100%Messwertänderung verbleiben. Dies Zeit repräsen-tiert diejeinige Zeitspanne, die das System zumStabilisieren nach einer Änderung der Prozessva-riable benötigt. In unserem Beispiel beträgt diese Zeit29,7 Sekunden. Das Verhältnis R= L/D ist ein Maß

Abbildung VI-12 Prozessreaktionskurve

Anst

ieg

der F

unkt

ion

F =

pH(t)

für das dynamische Verhalten des System undbeträgt in unserem Beispiel 9.Der Verstärkungsfaktor C ergibt sich als Quotientaus der prozentualen pH-Abeichung vom SollwertC1, dividiert durch die prozentuale Änderung desanalogen Ausgangssignales C2.

C1 = 100% /47/

Für unser Beispiel ergibt sich für C1 entsprechendAbbildung VI-12 sowie der Legende ein Wert von

C1 = 100% = 36,7 % /48/

sowie für

C2 = 100% /49/

Legende:pHHi: pH-Wert unter Einstlng Anawrt X für 20 mA, entspricht Sollwertabweichung,

die einen Ausgangsstrom von 20 mA verursacht, Beispiel: Sollwert = 7pH,maximale Abweichung = +3pH (entspricht 10pH)

pHLo: pH-Wert unter Einstlng Anawrt X für 4 mA, entspricht Sollwertabweichung, dieeinen Ausgangsstrom von 4 mA verursacht. Beispiel: Sollwert = 7pH,Abeichung bei 4 mA = 0pH (entspricht pH7)

pH2 - pH1pHHi - pHLo

*

∆ mA (Simulationstest)mA (pHHi) - mA(pHLo)

*

8,1 - 7,0 pH10 - 7,0 pH *

Grundlagen

VI-21

Nehmen wir an, das ein simulierter Stomausgang von6 mA zum stationären pH-Wert von 7,00pH, sowie einsimulierter Stromausgang von 8 mA zu einem statio-nären pH-Wert von 8,1 geführt haben, so siehtunsere Rechnung für den C2-Wert wie folgt aus:

C2 = 100% = 12,5 % /49/

Für C ergibt sich als Quotient aus C1 und C2 letztlichein Wert von 2,936.Die Parameter Proportional P sowie Integral I wer-den nach den beiden folgenden empirischen For-meln bestimmt:

P = 286 = 93,3 % /50/

I = 3,33 D C = 32,3 Sekunden /51/

Schritt 12. Geben Sie nun die Werte für die Para-meter Proportional und Integral entsprechend derin Kapitel V, Abschnitt V-7-3 beschriebenen Proze-dur in den Analysator ein.

8,00 - 6,00 mA20,00 - 4,00 mA *

*CR

* *

VII Spezielle Prozeduren

Software-Version 1.13

Spezielle Prozeduren

VII - 1

VII-1 Einführung

In diesem Kapitel des Anwenderhandbuches für denAnalysator Modell 54epH werden Prozeduren bzw.Einstellungen beschrieben, die durch den jeweiligenAnwender wahrscheinlich weniger oft benötigt werden.Dazu gehören die Einstellung der Verriegelung desAnalysators (Passzahlen) sowie die Grundlagen undVorgehensweise bei der Bestimmung der Abhängigkeitdes pH-Wertes von der Temperatur des Prozessmedi-um. An dieser Stelle wird auch davon ausgegangen,dass Sie sich in den vorangestellten Kapiteln bestens mitder Funktion und der Bedienung des Analysators ver-traut gemacht haben. Bevor Sie die in diesem Kapitelbehandelten Parameter auf andere als werkseitig vorge-geben einstellen, machen Sie sich mit der Funktionsowie dem theoretischen Hintergrund der einzelnenEinstellungen vertraut.

VII-2 Passzahlen

Durch die Eingabe eines Sicherheitscodes, bestehendaus einer dreistelligen Zahl, kann der Analysator gegenunbefugten Zugriff geschützt werden. Es existieren 3Ebenen (Level 1-3), die jeweils durch ein Passwortgeschützt werden können.

Level 1. Durch die Programmierung eines Zugangs-codes über den Parameter >Daten Kom< wird derkomplette Zugang zu den Bedienebenen des Analy-sators gesperrt. Wird aus dem Prozessdisplay her-aus eine der Funktionstasten bis betätigt, sowird automatisch der Zugangscode über eine einge-blendete Zeile abgefragt.

KAPITEL VIISpezielle Prozeduren Software-Version 1.13

VII-1 EinführungVII-2 Passzahlen (Zugangscodes)VII-3 Einstellung der ZugangscodesVII-4 TemperaturkompensationVII-5 Einstellung der Temperaturkompensation

Level 2. Durch die Programmierung eines Zugangs-codes über den Parameter >Daten Prog< wird dieProgrammebene des Analysators 54epH gegen un-befugten Zugang geschützt. Nach dem Betätigen derFunktionstasten bis sowie dem Aktivieren denUntermenüs Programm wird dieser Code abge-fragt. Nur bei richtiger Eingabe des Codes erfolgt einZugang zum Menü Programm.Level 3. Durch die Programmierung eines Zugangs-codes über den Parameter >Daten Kon< wird dieKonfigurationsebene des Analysators 54epH gegenunbefugten Zugang geschützt. Nach dem Betätigender Funktionstasten bis sowie dem Aktivierenden Untermenüs Programm sowie des weiterenUntermenüs Konfiguration wird dieser Code abge-fragt. Nur bei richtiger Eingabe des Codes erfolgt einZugang zum Menü Konfiguration und die Einblen-dung der weiteren Untermenüs >Display<, >Strom-ausgang<, >Alarm<, >Diagnose<, >Kalibrie-rung<, >Passzahlen< und >Temperaturkoef-fizient<.

Spezielle Pro-zeduren Soft-ware-Version

1.13


VII - 2

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:2.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Temperaturkoeffizient

KalibrierungDaten Prog: 0

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Daten Kon: 0

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Daten Kom:000Daten Kom: 0

VII-3 Einstellung der Zugangscodes

In diesem Abschnitt wird nun die Einstellung der Zuganscodes beschrieben.Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 2. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 3. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. Fünfma-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktPasszahlen, der dann mit der -Taste (Enter) angewählt werden kann.Schritt 4. Auf dem nächsten Display werden die Parameter >DatenKom<, >Daten Prog< und >Daten Kon< eingeblendet. Der einzustel-lende Zugangscode wird nun mit Hilfe der Cursor-Tasten und eingestellt und durch das Betätigen der Taste (Edit) aktiviert.Schritt 5. Nun kann mit Hilfe der Cursor-Tasten und der Wert derjeweiligen Dezimalposition geändert werden. Mit den Cursor-Tasten und bewegt man den Cursor auf die nächste alphanumerischePosition des gewählten Zugangscodes. Quittieren Sie Ihre Auswahl mitder Taste (Sichn).

Konfiguration

Passzahlen Daten Prog: 0Daten Kon: 0


Daten Kom 0 (0-999)Daten Prog 0 (0-999)Daten Kon 0 (0-999)

Nachfolgend noch einige Hinweise zur richtigen Ein-stellung des Zugangscodes:a. Die Eingabe des Codes 000 schaltet alle Funktionen

des Zugangscodes aus.b. Die Abfrage des Zugangscodes wird erst aktiviert,

wenn im jeweils gesperrten Untermenü versuchtwird, Zugang zu einem weiteren Untermenü zuerhalten bzw. Zugriff auf die Änderung eines Para-meter zu erhalten. Der Analysator springt nach derim Parameter >Timeout< programmierten Zeit wie-der auf das Prozessdisplay zurück, falls keine Ein-

gabe eines Zugangscodes erfolgt.c. Bei aktiviertem Hold-Modus wird der Parameter

>Timeout< deaktiviert.d. Wird der Analysator vom Netz getrennt und dann erneut

angestellt, so wird der Zugangscode beim erstenTastendruck bereits aktiviert.

e. Wurde der Zugangscode vergessen, so drückenSie die Taste 5 Sekunden, nachdem die Eingabe-aufforderung auf dem Display erscheint. Danachwird der momentan verwendete Code eingeblendet.


VII - 3

VII-4 Temperaturkompensation

Dieser Abschnitt des Kapitels VII beschreibt spezielleProzeduren und Eingaben, die nur von erfahrenenAnwendern benutzt werden sollten. Es handelt sich umdie Einstellung des Isopotenzials sowie eines Koeffizi-enten zur Kompensation der Temperaturabhängigkeitdes pH-Wertes des Prozessmediums.

Automatische Temperaturkompensation despH-Wertes. Wie bereits in Kapitel VI, Abschnitt VI-1 ausführlich beschrieben, ist bei konstantem pH-Wert des Prozessmediums die Eingangsspannungvom pH-Sensor eine Funktion der Temperatur. Mitsteigender Prozesstemperatur, jedoch konstantempH-Wert wird das Eingangssignal vom Sensor grö-ßer. Aus diesem Umstand ergibt sich, dass diemeisten pH-Elektroden heute über einen Tempera-tursensor (Pt 100, Pt 1000) verfügen, um die momen-tan herrschende Prozesstemperatur als zweitesMesssignal an den Analysator oder Transmitter zuübertragen. Im Analysator oder Transmitter wirddann entsprechend der NERNST-Gleichung (siehedazu Kapitel VI, Abschnitt VI-1-6 "ElektrochemischeGleichgewichte") der pH-Wert aus den Eingangsda-ten des Sensors berechnet. Diese Prozedur ist rechteinfach und bildet die Grundlage auf der auch heutealle modernen pH-Messgeräte arbeiten. Komplizier-ter gestalten sich die Verhältnisse, wenn der Prozessselbst eine Temperaturabhängigkeit des pH-Wertesaufweist. Um an dieser Stelle Klarheit zu schaffen seinochmals gesagt bzw. geschrieben, dass die in denpH-Elektroden integrierte Temperaturmessung zurKompensation der Temperaturabhängigkeit des Ein-gangssignales U (in mV) = f(ϑ) unter der BedingungpH = f(ϑ) zu betrachten ist. Ist der pH-Wert desProzesses eine Funktion der Temperatur, so könnenzum Beispiel tatsächlich bei unterschiedlichen Tem-peraturen verschiedene pH-Werte resultieren, ob-wohl sich die Zusammensetzung des Prozessesnicht geändert hat. Dies hängt meistens mit derEinstellung chemischer Gleichgewichte zusammen,deren Gleichgewichtskonstanten eine Funktion derTemperatur sind.

pH-Wert bei einer Referenztemperatur. In ver-schiedenen Anwendungen wird zum Beispiel der pH-Wert zur Bestimmung der Konzentration gelösterStoffe verwendet (z.B. Alkalien in Kesselspeise-wasser in Kraftwerken). In vielen Fällen ist der pH-Wert aufgrund chemischer Gleichgewichte eineFunktion der Temperatur. Um deshalb pH-Werte beiunterschiedlichen Temperaturen vergleichbar zumachen, wird der pH-Wert über die Temperatur aufeine sogenannte Referenztemperatur bezogen. DerKorrekturkoeffizient wird auch Lösungskoeffizientgenannt. Er gibt an, um welchen Betrag sich der pH-Wert bei einer Temperaturänderung um ein GradKelvin ändert. Die weithin gebräuchliche Bezugs-temperatur zur Korrektur des pH-Wertes ist 25 °C.Beispiel: Der Temperaturkoeffizient von gelöstemAmmoniak -NH3- (0.1 - 5 ppm) ist ungefähr -0.032pH/°C (das negative Vorzeichen bedeutet, dass sichder pH-Wert erniedrigt, wenn sich die Temperaturerhöht). Ist der pH-Wert bei 31 °C 8,96, so berechnetsich dieser für die Referenztemperatur von 25 °Cnach folgender Formel:

8,96 + (-0,032) * (25-31) = 9,15Isopotenzialpunkt. Der Isopotenzialpunkt ist der-jenige pH-Wert, bei dem die Zellenspannung derElektrode unabhängig von der Temperatur ist. Jebesser der im Analysator eingestellte Isopoten-zialpunkt mit dem des Sensors übereinstimmt, destogenauer ist die pH-Messung. Die werksseitige Ein-stellung für den Isopotenzialpunkt ist 7.00. Die mei-sten pH-Sensoren verfügen über einen Isopo-tenzialpunkt nahe 7.00, so dass dieser nur seltengeändert werden muss. Mehr Informationen überden Isopotenzialpunkt finden Sie in Kapitel VI. EinigepH-Sensoren besitzen einen von 7 verschiedenenIsopotenzialpunkt, so dass der im Analysator einge-stellte Isopotenzialpunkt geändert werden muss.Angaben dazu finden Sie meist in der jeweiligenDokumentation des Hestellers solcher Elektroden.


VII - 4

AchtungÄndern Sie niemals des Isopoten-tialpunkt, wenn Sie sichüber die Folgen nicht bewusst sind, bzw. Ihnen die physi-kalisch-chemischen Zusammenhänge nicht geläufig oderbekannt sind. Es sei denn, in der Ihnen zur Verfügungstehenden Dokumentation wird die Änderung des Isopo-tenzialpunktes eindeutig gefordert bzw. die Vorgehenswei-se zur Bestimmung des Isopotenzialpunktes exakt be-schrieben.

VII-5 Einstellung der Temperaturkompensation

In diesem Abschnitt wird nun die Einstellung der Temperaturkompensationbeschrieben.

Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach zweimaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Programm des Hauptmenüs angewählt undkann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 2. Nach dreimaligem Drücken der Cursor-Taste ist Konfigu-ration angewählt (dunkler Hintergrund) und kann mit der Taste (Enter)aktiviert werden.Schritt 3. Der Cursor steht nun auf dem Menüpunkt Display. Sechsma-liges Betätigen der Cursor-Taste stellt den Cursor auf den MenüpunktTemperaturkoeffizient, der dann mit der -Taste (Enter) angewähltwerden kann.Schritt 4. Auf dem nächsten Display werden die Parameter TempKoeff, Operate iso und Sensor Iso eingeblendet. Wählen Sie deneinzustellenden Parameter nun mit Hilfe der Cursor-Tasten und ausund quittieren Sie mit der Taste (Edit).Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Einstlng Anawrt

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:2.00

5,65mAAL2:14.00

pH


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Kalibrierung

Konfiguration

PasszahlenTemperaturkoeffizient

Operate iso: 7,00 pH

Exit Edit

F1 F2 F3 F4

Sensor Iso: 7,00 pH

Temp Koeff: 0,000Operate iso: 7,00 pH

Esc Sichn

F1 F2 F3 F4

Sensor Iso: 7,00 pH

Temp Koeff: +0,000


Temp Koeff 0 -0,0440...0,028 pH/°COperate iso 7 -1,35...20,12 pHSensor iso 7 0...14 pH

Schritt 5. Nun kann mit Hilfe der Cursor-Tasten und der Wert der jeweiligen Dezimalpositiongeändert werden. Mit den Cursor-Tasten und bewegt man den Cursor auf die nächste alphanume-

rische Position des gewählten Parameters. Quittie-ren Sie Ihre Auswahl mit der Taste (Sichn).

VIII Fehlersuche und Fehler-

behandlung

Fehlersuche und Fehlerbehandlung

VIII - 1

VIII-1 Einführung

Der Analysator verfügt über zahlreiche Diagnose-funktionen, die den Anwender bei der Fehlersuche undFehlerbehandlung unterstützen. Der Analysator Modell54epH sucht über implementierte Software-Routinenautomatisch nach Ursachen, die zu bestimmten Fehler-zuständen führen bzw. eine falsche Meßwertanzeigehervorrufen. Wenn ein solcher Zustand vorkommt, ar-beiten die Ausgänge und Relais wie in Kapitel V, in denAbschnitten V-7, V-8 beschrieben. Die rote LED, FAIL,leuchtet und auf der Anzeige erscheint eine Fehlermel-dung. Wenn es mehrere Fehlerquellen gibt, werden dieverschiedenen Fehlermeldungen auf der Anzeige alter-nierend angezeigt. Dieser Zustand besteht solange, bisdie Fehler behoben sind.Einfache Fehlersuche

1. Schritt Beachten Sie, die Fehlermeldung ange-zeigt wird, um das Problem schnell erkennen zukönnen. Die Tabelle VIII-1 enthält eine Liste derFehlermeldungen und deren mögliche Ursachen.2. Schritt Siehe Tabelle VIII-2, die einen Leitfa-den für allgemeine Messkreisfehler und Wege zurUrsachenbehebung anbietet.3. Schritt Befolgen Sie schrittweise die in der Ta-belle VIII-3 gegebenen Hinweise, um kompliziertereFehler zu diagnostizieren und zu beheben.

AchtungDie Schulung des Personals ist füreinen sachgerechten Umganges mitdem 54epH unbedingt notwendig. SindReparaturen durchzuführen, stellt Fis-her-Rosemount Kurse zur SchulungIhres Personals zur Verfügung.

KAPITEL VIIIFehlersuche und Fehlerbehandlung

VIII-1 EinführungVIII-2 DiagnosemeldungenVIII-3 Anzeige der Diagnose-VariablenVIII-4 FehlersucheVIII-5 Ersatzteile

Zahlreiche Probleme, die im Zusammenhang mit einerpH- oder Redoxpotenzialmessung auftreten können,sind primär nicht durch diese verursacht worden. Trittein Problem auf, so sollten Sie vor der Untersuchung desMesskreises mögliche andere Fehlerursachen aus-schliessen, die ebenfalls zu Änderungen des pH-Wer-tes bzw. des Redoxpotenzials führen können.Es sind zahlreiche Fehlerquellen möglich, von denenhier einige aufgeführt werden sollen, die nicht unmittel-bar den Analysator 54epH betreffen:

Leere Behälter zum Dosieren von Chemikalien.Fehlfunktionen von Dosierpumpen, der Antriebebzw. Startvorrichtungen für die Pumpe.Kondensatventile sind blockiert oder offenDefekte Durchflussanzeigen.Fehlerfunktionen der Temperaturregelung für IhrenProzess.Zuflüsse oder Abläufe sind blockiert oder offen.Der pH-Sensor befindet sich nicht im Prozess bzw.taucht nicht in diesem ein.Sensor muss gereinigt werden.Der Prozess hat sich hinsichtlich der verschiedenenParameter wie Temperatur, Zusammensetzung,Durchfluss, Leitähigkeit geändert.Unbefugtes Personal hat die Einstellungen am Ana-lysator geändert.Die Prozedur der Standardisierung war aufgrundeines fehlerhaften Laborgerätes bzw. durch konta-minierte Standardlösungen nicht exakt.

Fehlersucheund Fehler-behandlung


VIII - 2

AchtungBevor Sie am Analysator Modell 54epHeine Fehlersuche vornehmen, solltenSie chemische Dosierpumpen etc.abschalten, um einen ungewollten Ein-trag von Chemikalien in Ihren Prozesszu verhindern oder das Leben und dieGesundheit Ihres Personals nichtleichtfertig in gefährliche Situationenzu bringen.

Wir möchten Sie als Anwender auchnochmals darauf hinweisen, dass Re-paraturen am Gerät nur durch ausge-bildetes Personal erfolgen sollte. FürSchäden, die aus unsachgemäßerReparatur resultieren, übernimmt Fis-her-Rosemount weder die Haftungnoch die Verantwortung

Tabelle VIII-1 Fehlermeldungen und Fehlerbeschreibung

*) Off-line-Fehlermeldungen führen nicht zum Ausfall; sie erscheinen nur auf der Anzeige. Diese Meldungen können durch das Drücken einer beliebigen Taste von derAnzeige gelöscht werden.

Zusätzlich erhalten diejenigen, die mehr über die Funk-tionsweise des Messgerätes sowie den theoretischenHintergrund einer Leitfähigkeitsmessung wissen wollen,im Kapitel VI eine Funktionsbeschreibung.

VIII-2 Diagnosemeldungen

Die Software des 54epH überprüft ständig denMesskreis auf mögliche Störungen. Wenn Sie einBetriebsfehler feststellen, überprüfen Sie die angezeig-te Ausfall- oder Fehlermeldung (diese werden inversangezeigt). Notieren Sie diese Meldung und entnehmenSie die Erklärung der Tabelle VIII-1. In Tabelle VIII-2werden weitere Fehler aufgelistet sowie Vorschläge zuderen Behebung gegeben.

DIAGNOSEMELDUNGEN FEHLERBESCHREIBUNG

Defekte Glas Elekt Die Glaselektrode ist gebrochen oder weist einen Riss in der pH-sensitiven Membran auf.Zero Offset Fehler Die maximal zulässige Offsetspannung des Sensors wurde überschritten. Als Ursache kommt eine

Vergiftung der Referenzelektrode in Betracht.High Ref Imped Entweder ist die Referenzelektrode des Sensors verschmutzt bzw. blockiert oder der Sensor taucht nicht

in den Prozess ein.Temp Fehler Max Die Temperaturmessung ist defekt temperaturfühler Offen oder KurzschlussTemp Fehler Min Sensortemperatur hat zulässige Grenzwerte über- oder unterschritten.Kal Warn Sensor sollte kalibriert werden, das sich die Impedanz der Glaselektrode um den unter Konfiguration -

Diagnose programmierten Wert seit der letzten Kalibrierung verändert hat.Sensor taucht nicht in den Prozess ein.

Warnung Glas Elektr Die Betriebzeit der pH-Elektrode neigt sich dem Ende entgegen.Sensor taucht nicht in den Prozess ein.

Slope Fehler Min Der Slope der pH-Elektrode hat den unteren Grenzwert unterschritten. Der Sensor muss gewechselt werden.Slope Fehler Max Pufferkalibrierung wurde nicht korrekt durchgeführt, Stabilisierungszeiten wurden zu kurz gesetzt bzw.

nicht eingehalten.Blockierte Referenzelektrode und/oder verschmutzte Glaselektrode.

Kabelbruch Kabel zum pH-Sensor ist defekt bzw. die Distanz zwischen 54epH sowie Sensor ist zu großFehler EEPROM Fehlerhafte Prozessor-Platine. Setzen Sie sich mit Fisher-RosemountFehler CPU in Verbindung, wenn nach erneutem Einschaltung des AnalysatorsFehler Factory Hersteller auf dem Display erscheint.Fehler ROM Fehlerhafter ROM-Chip auf der Prozessor-Platine (CPU).Kalibr notwendig Ausgang 1 und 2 müssen getrimmt werden.Speicherung aktiv Alle Relais sind offen und die Ausgänge sind auf Ausfallgrenzwert eingestellt.Eing zu hoch Keine Verbindung zwischen 54epH und Vorverstärker.Eing zu niedrig Keine Verbindung zwischen Elektrode und VorverstärkerHigh Ref Voltage Sensor nicht im Prozess. Sensor ist verschmutzt. Keine Verbindung zwischen 54epH und Vorverstärker.


VIII - 3

SYMPTOM

Die pH-Messung ändert sich nicht, auch nicht inPufferlösungen

Defekte Glas Elekt wird als Fehlermitteilung aufdem Display des 54epH angezeigt.

pH-Sensor reagiert nur langsam auf Änderungendes pH-Wertes

Slope Fehler MinSlope Fehler Max

Kal Warn

"Warten" blinkt ständig während der automati-schen Pufferkalibrierung.

Pufferkalibrierung ist in Ordnung, jedoch im Prozessstehen Abweichungen zum Erwartungswert.

Temperaturmessung ist falsch bzw. die Fehlermel-dungen Temp Fehler Max/Min werden angezeigt.

Es fehlen einige Displaysegmente.

Analysator reagiert nicht auf Eingaben.

Unregelmäßiges Display, Relais flattern

54epH reagiert nicht auf Eingaben über dieTastatur oder mit falschen Auswahlen.

Falsche oder keine Ausgabe von Analogsignalen.

Keine Anzeige im Display, keine Indikation vonAlarmen über die LED's.

Alarmrelais funktionieren nicht ordnungsgemäß

Anzeige von Diagnosemeldungen auf dem Displaydes Analysators

AKTION

Säubern Sie die pH-Elektrode, überprüfen Sie die Verdrahtung oder wechseln Sie dieElektrode gegen eine neue Elektrode aus.

Wechseln Sie die Glaselektrode aus, nachdem Sie sicher sind, dass kein Kurzschlussüber das Kabel bzw. die Anschlussklemmen vorliegt.

Säubern Sie die Elektrode, Anhaftende Verunreinigungen können Sie durch Eintauchendes Sensors in 1 % HCl-Lösung (ca. 1 Stunde) entfernen. Zeigen diese Bemühungenkeine Wirkung, so wechseln Sie den Sensor gegen einen neuen Sensor aus.

Prüfen Sie, ob der Jumper für die Lokalisation des Vorverstärkers richtig eingestellt ist.Pufferkalibrierung war fehlerhaft, prüfen bzw. erneuern Sie die Pufferlösungen.Säubern Sie die Elektrode. Besteht der Fehler weiterhin, so wechseln Sie die Elektrode aus.Wird auch durch eine neue Elektrode das Problem nicht behoben, so wechseln Sie denVorverstärker aus, falls dieser separat gewechselt werden kann. Hilft keiner dieserSchritte, so schicken Sie den Analysator zur Reparatur ein.

Überprüfen Sie den Sensor mit Pufferlösungen. Ersetzen Sie den Sensor, falls dieKalibrierung nicht erfolgreich war.

Stellen Sie den Parameter StabilisngZt kürzer ein und ändern Sie auch den ParameterpH Stabilisier.Säubern Sie den Sensor und führen Sie erneut eine automatische Pufferkalibrierung durch.Führen Sie eine manuelle Pufferkalibrierung aus.

Vergewissern Sie sich, dass der extern bestimmte pH-Wert des Prozesses korrekt ist.Beachten Sie die Abhängigkeit des pH-Wertes von der Prozesstemperatur.Prüfen Sie die Installation auf das Vorhandensein einer Erdschleife.

Standardisieren Sie die Temperaturmessung.Überprüfen Sie den Widerstand des Thermoelementes in Abhängigkeit von der Temperatur.Vergewissern Sie sich, dass die extern bestimmte Temperatur korrekt ist.

Wechseln Sie das Display aus.

Wechseln Sie die Prozessorplatine aus.

Überprüfen Sie die Einstellung der Alarme (Kapitel V, Abschnitt V-2 und V-8)

Prüfen Sie die Verbindung der Flachbandkabel im 54epH.Wechseln Sie die gesamte Baugruppe in der Fronttür des Analysators 54epH aus.

Beachten Sie die maximal zulässige Bürde von 600 Ω.Prüfen Sie die Einstellungen der Analogausgänge.Wechseln Sie die Netzteilplatine aus.

Überprüfen Sie den korrekten Sitz der Sicherungen

Wechseln Sie die Netzteilplatine aus.

Kalibrieren Sie den Sensor in Pufferlösungen. Ist die Kalibrierung fehlerhaft, sowechseln Sie den Sensor aus.Überprüfen Sie die Einstellungen unter Diagnose (Kapitel V, Abschnitt V-9).Schalten Sie die Diagnosefunktion aus (Kapitel V, Abschnitt V-9).Überprüfen Sie die Verkabelung sowie die Einstellung des Jumpers für die Lokalisationdes Vorverstärkers.Führen Sie eine systematische Fehlersuche aus.

Tabelle VIII-2 Fehlerbehandlung Teil 2


VIII - 4

VIII-3 Anzeige der Diagnose-Variablen

Dieser Abschnitt beschreibt, wie Diagnosevariablen auf dem Displayangezeigt werden können und wie diese zur Diagnose genutzt werdenkönnen.

Eingangsspannung in mV. Über den Parameter Span. Eing kann unter>Diagnose Möglichkeit< die Eingangsspannung vom pH-Sensor über-prüft werden. In Abbildung VIII-1 wird dargestellt, welche Eingangs-spannung theoretisch bei welchem pH-Wert resultiert.Glas Imped. Dieser Parameter zeigt die momentane Impedanz derGlaselektrode in MΩ an.Ref Imped. Dieser Parameter zeigt die momentane Impedanz derReferenz- bzw. Ableitelektrode in kΩ an.Zero offset. Der Zero Offset einer Elektrode beschreibt, wie weit dieEingangsspannung der pH-Elektrode vom Idealwert entfernt ist. Bei-einem Innenpuffer von pH 7 sollte die pH-Elektrode ca. einen Zero Offsetvon 0 mV aufweisen. In den meisten Fällen ist dieser Wert jedoch deutlichvon 0 verschieden. Die Gründe dafür sind ausführlich im Kapitel "Theorieder pH-Messung dargelegt und können von interessierten Anwendernnachgelesen werden.Slope in mV/pH. Dieser Parameter wird während einer kalibrierung mitPufferlösungen ermittelt und zeigt an, welches ∆U in mV durchlaufenwird, wenn sich der pH-Wert um eine Größenordung ändert........ Als weitere Parameter unter Diagnose Möglichkeit wird die Soft-ware-Revision sowie die Geräte ID angezeigt.Version. Anzeige der Software-Version, die in diesem Gerät genutztwird.Geräte ID. Anzeige der Seriennummer des hier verwendeten Modells54epH.Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangenSie direkt in das Hauptmenü. Nach einmaligem Betätigen der Cursor-Taste ist der Menüpunkt Diagnose Möglichkeit des Hauptmenüsangewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.Schritt 2. Mit der Cursor-Taste können Sie durch das Display scrollenund sich die verschiedenen Diagnosewerte anzeigen lassen.

Span. Eing: -115 mV

Exit

F1 F2 F3 F4

Messung: pH

7.25F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:0,00

5,65mAAL2:00,00

pH

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Glass Imped: 109 MΩ


Exit

F1 F2 F3 F4

Ref Imped: 20 kΩ

pH Slope: 53,08 mV/pHVersion: 54epH_1.09

Exit

F1 F2 F3 F4

pH Slope: 53,08 mV/pH

Geraete ID: 59379Zero offset: -22 mV


VIII - 5

VIII-4 Fehlersuche

Wird auf dem Display des Analysators Modell 54epHkeine spezifische Fehlermeldung angezeigt, so beach-ten Sie bitte nachfolgende Hinweise und Hilfen zurEingrenzung des Fehlers bzw. zur Bekämpfung derFehlerursache.

AnmerkungDie meisten Fehler haben ihre Ursachein der falschen Verdrahtung des Sen-sors mit dem Analysator

Schritt 1. Der sicherste und einfachste Weg zurErkennung der Fehlerursache ist zunächst, denSensor aus dem Prozess zu entfernen und nach demSäubern in einer Pufferlösung zu plazieren. Beob-achten Sie dann, ob sich in adequater Zeit der

richtige pH-Wert einstellt. In Abbildung VIII-1 ist dieEingangsspannung des Sensors gegen den pH-Wert aufgetragen. Ist der Sensor funktionstüchtig,so sollte die Eingangsspannung mit dem jeweiligenpH-Wert ungefähr übereinstimmen. Zeigt der 54epHkorrekte Werte in der Pufferlösung an, so können dieUrsachen für das Nichtfunktionieren der pH-Mes-sung im Prozess selbt liegen. Überprüfen Sie des-halb die nachfolgenden Punkte:- Der Sensor wird von einem inhomogenen Pro-

zessmedium umflossen;- Die Montage des Sensors erfolgte zu dicht an

Dosierungen und/oder Pprozessheizungen;- Der Sensor wird von Luftblasen angeströmt- Auf dem Prozess liegen Fremdpotenziale infolge

einer statischen Aufladung, einer nicht korrekten

Abbildung VIII-1 Sensorspannung als Funktion des pH-Wertes bei 25 °C

54ep

H_V

III_1

.TIF


VIII - 6

Erdung von Umwälz- oder Zirkulationspumpenoder anderer elektrischer Geräte;

- Es besteht ein Erdungsproblem durch eine falscheVerkabelung des Sensors mit dem Analysator;

- Es existiert eine andere elektrische Störquelle,wenn der Sensor im Prozess montiert wurde.

Diese Art von Problemen kann behoben werden,indem der Sensor an einer anderen Stelle montiertwird, bzw. für eine sach- und fachgerechte Erdunggesorgt wird.Schritt 2. Eine Überprüfung des Aufbaus kann auchzur Lösung des Problems führen. Überprüfen Sieden Sitz des Analysators und der einzelnen Kompo-nenten. Als nächstes überprüfen Sie die Verdrah-tung der Ein- und Ausgänge.Vergewissern Sie sich auch, dass der Sensor kom-plett in der Prozessflüssigkeit eingetaucht ist unddass keine Luftblasen sich in der Nähe der Elektrodefestgesetzt haben. Falls Luftblasen vorhanden sind,ändern Sie den Aufbau, um die Ursache dieserLuftblasen auszuschalten. Der Sensor muss so in-stalliert sein, daß er einen Abstand von mindestens

seinem Eigendurchmesser von Behälterwänden,Rohrleitungen oder Gefäßböden hat.Schritt 3. Temperaturmessung. Überprüfen Sieden Widerstand des Temperaturfühlers im pH-Sen-sor. Falls möglich, sollten Sie die Überprüfung desWiderstandes des Temperaturfühlers direkt am Sen-sor durchführen, da das Verbindungskabel natürlicheinen zusätzlichen Widerstand darstellt und auchselbst Ursache des Fehlers sein kann.Informieren Sie sich bitte im einschlägigen Sensor-handbuch bzw. im Kapitel III dieses Handbuchesüber die Anschlussbelegung des Sensors. In TabelleVIII-3 werden die Widerstandswerte eines Pt 100und eines Pt 1000 in Abhängigkeit von der Tempe-ratur dargestellt. Sollte sich ein Defekt der Tempera-turmessung ergeben, so bleibt in den meisten Fällennur der Austausch des pH-Sensors als Lösung übrig,da in der überwiegenden Anzahl der Fälle keinalleiniger Austausch des Temperatursensors mög-lich ist.

Tabelle VIII-3 Widerstände eines Pt 100 und Pt 1000 in Abhängigkeitvon der Temperatur

TEMPERATUR PT100 PT1000WIDERSTAND WIDERSTAND

0 OC 100,00 Ω 1.000 Ω10 OC 103,90 Ω 1.039 Ω20 OC 107,79 Ω 1.078 Ω25 OC 109,62 Ω 1.096 Ω30 OC 111,67 Ω 1.117 Ω40 OC 115,54 Ω 1.155 Ω50 OC 119,40 Ω 1.194 Ω60 OC 123,24 Ω 1.232 Ω70 OC 127,07 Ω 1.271 Ω80 OC 130,89 Ω 1.309 Ω90 OC 134,70 Ω 1.347 Ω

100 OC 138,50 Ω 1.385 Ω


VIII - 7

Schritt 4. Vorverstärker. Wenden Sie die in die-sem Abschnitt beschriebenen Prozeduren an, umgegebenenfalls den Vorverstärker der Signale vompH-Sensor zu überprüfen. Wie schon in Kapitel IIIdieses Handbuches Beschrieben, kann der Vorver-stärker an 3 unterschiedlichen Positionen des Mess-systems lokalisiert sein.A. Anschlussklemmenbox. Als Beispiel nehmen

wir an dieser Stelle den 396R mit integrierterAnschlussklemmenbox. Die Verkabelung zumAnalysator 54epH wurde entsprechend Abbil-dung III-50 auf Seite III-23 durchgeführt.Überprüfen Sie zunächst, ob der Jumper des54epH zur Auswahl der Lokalisation des Vorver-stärkers auf Sensor/Junction Box gestellt wurde(vgl. Abbildung III-2, Seite III-3).Entfernen Sie den Deckel der Anschlussklem-menbox.Entfernen Sie den BNC-Stecker bzw. die An-schlüsse von TB1-7 und TB1-10. Setzen Sieeinen Jumper zwischen diesen Anschlussklem-men.Entfernen Sie die den Anschluss von TB1-8(neutrales Lösungspotenzial) und setzen Sieebenfalls Jumper zwischen TB1-7 und TB1-8.Nun wird der Anschluss RTD Sense (TB1-4)gelöst und über einen Jumper mit TB1-3 verbun-den.Nun sollte der Analysator ungefähr pH7 anzei-gen, sofern der Zero offset nicht zu weit von 0 mVentfernt ist. Führen Sie bei Bedarf eine Standar-disierung des Messkreises durch, wie in KapitelIV, Abschnitt IV-3 beschrieben wird.Sie können die Funktion des externen Vorverstär-kers auch überprüfen, indem Sie mittels einesMillivoltgebers den pH-Wert simulieren. In Abbil-dung VIII-1 ist für 25 °C die Abhängigkeit derZellenspannung vom pH-Wert dargestellt. ZumBeispiel sollte bei einem Zero offset von 0 mV beiVorgabe von +177 mV ein pH-Wert von pH4angezeigt werden.Falls die Überprüfung des Vorverstärkers denSchluss zulässt, dass dieser defekt ist, so wech-seln Sie den Vorverstärker aus.

B. Analysator. Zur Überprüfung des Vorverstärkers

Abbildung VIII-2 Anschlussklemmenbox für 396Rmit Vorverstärker P/N 23709-00

54ep

H_V

III_2

.TIF

Abbildung VIII-3 Jumper an TB1 AnalysatorModell 54epH

54ep

H_V

III_3

.TIF

im Analysator 54epH gehen Sie bitte folgender-maßen vor.Überprüfen Sie, ob der Jumper des 54epH zurAuswahl der Lokalisation des Vorverstärkers aufAnalysator gestellt wurde (vgl. Abb. III-2, Seite III-3).Entfernen Sie alle Anschlüsse von TB1 undstellen Sie mittels Jumper das in Abbildung VIII-3 gezeigte Anschlussbild her.Nun sollte der Analysator ungefähr pH7 anzei-


VIII - 8

gen, sofern der Zero offset nicht zu weit von 0 mVentfernt ist. Führen Sie bei Bedarf eine Standar-disierung des Messkreises durch, wie in KapitelIV, Abschnitt IV-3 beschrieben wird.Sie können die Funktion des externen Vorverstär-kers auch überprüfen, indem Sie mittels einesMillivoltgebers den pH-Wert simulieren. In Abbil-

dung VIII-1 ist für 25 °C die Abhängigkeit derZellenspannung vom pH-Wert dargestellt. ZumBeispiel sollte bei einem Zero offset von 0 mV beiVorgabe von +177 mV ein pH-Wert von pH4angezeigt werden.Wechseln Sie nun gegebenenfalls die Prozes-sorplatine aus, falls sich ein Defekt des Vorver-stärkers ergeben hat.

Messproblem liegt vor.

Pufferkalibrierungdurchführen (vgl. IV-4/5)

OK?

NEIN

JAEs bestehen Probleme im Prozess bzw. Er-dungsprobleme.1. Bestimmen Sie den pH-Wert einer

Prozessprobe in einem Becherglas. Istder pH-Wert korrekt, so besteht keinProblem mit dem Prozess.

2. Untersuchen Sie die Installation nach Er-dungsproblemen. Einzelheiten dazufinden Sie auch in diesem Abschnitt.

3. Erden Sie bitte alle nicht geerdeten Lei-tungen.

Befindet sich der Jum-per für den Vorverstär-ker an der richtigen Po-sition (vgl. Abbildung III-

2 aus Seite III-3)?

NEIN

JA

Setzen Sie bitte denJumper für den Vor-

verstärker auf dierichtige Position.

OK? JA Es bestehen Probleme mit dem Sensor.1. Überprüfen Sie, ob der Sensor hinsicht-

lich RTD, RTD Jumper sowie Software-Einstellungen zum 54epH passt.

2. Überprüfen Sie das RTD auf korrekteFunktion (vgl. Abschnitt VIII-4).

3. Säubern Sie den Sensor und testen Sieerneut.

4. Besteht das Problem weiterhin, sowechseln Sie den Sensor aus.

Simulation des pH-Wertes (vgl. VIII-4)

NEIN

Es besteht ein Problemmit dem Analysator.

Wechseln Sie die Pla-tinenbaugruppen ausoder setzen Sie einen

neuen 54epH ein.

FlowChart VIII-1 Vorverstärker im Analysator oder direkt im Sensor


VIII - 9

FlowChart VIII-2 Vorverstärker in externer Anschlussklemmenbox

Pufferkalibrierungdurchführen (vgl. IV-4/5)

OK?

NEIN

JA Es bestehen Probleme im Prozess bzw. Er-dungsprobleme.1. Bestimmen Sie den pH-Wert einer

Prozessprobe in einem Becherglas. Istder pH-Wert korrekt, so besteht keinProblem mit dem Prozess.

2. Untersuchen Sie die Installation nach Er-dungsproblemen. Einzelheiten dazufinden Sie auch indiesem Abschnitt.

3. Erden Sie bitte alle nicht geerdetenLeitungen.

Befindet sich der Jum-per für den Vorverstär-ker an der richtigen Po-sition (vgl. Abbildung III-

2 aus Seite III-3)?

NEIN

JA

Setzen Sie bitte denJumper für den Vor-

verstärker auf dierichtige Position.

OK? JA Es bestehen Probleme mit dem Sensor.1. Überprüfen Sie, ob der Sensor hinsicht-

lich RTD, RTD Jumper sowie Software-Einstellungen zum 54epH passt.

2. Überprüfen Sie das RTD auf korrekteFunktion (vgl. Abschnitt VIII-4).

3. Säubern Sie den Sensor und testen Sieerneut.

4. Besteht das Problem weiterhin, sowechseln Sie den Sensor aus.

Simulation des pH-Wertes über Vorverstär-ker und Analysator (vgl.

VIII-4).

NEIN

Es besteht ein Problemmit dem Vorverstärkeroder dem Anschluss.1. Anschluss überprü-

fen und/oder2. Vorverstärker aus-

tauschen.

Simulation des pH-Wertes am 54epH

OK? JA

NEIN

Es besteht ein Problemmit dem Analysator.

Wechseln Sie die Pla-tinenbaugruppen ausoder setzen Sie einen

neuen 54epH ein.

Messproblem liegt vor.


VIII - 10

PROBLEMAnalysator 54epH funktioniert nicht

Analysator funktioniert, jedoch funktioniertdie Regelung nicht ordnungsgemäß.

Standardisieren nicht möglich, Es wirdein Fehler des Zero offset gemeldet

Pufferkalibrierung endet mit einem Fehler,z.B. Slope Fehler Min

Große Änderung des pH-Slopes nach derKalibrierung

Plötzliche Änderung des pH-Wertes

Display zeigt ständig zwischen 3..6 pH an,unabhängig davon, welcher Prozesszustandherrscht

Langsame Änderungen des pH-Wertes

Extern ermittelter pH-Wert weicht vom Pro-zesswert deutlich ab.

Zugang zum Menü gesperrt

Keine Änderung der Analogausgänge

Die Status auf der Frontplatte des 54epHleuchtet. Verschiedene Fehlermeldungenwerden auf dem Display angezeigt.

URSACHEKeine Netzspannung. Überprüfen Siedie Netzspannung sowie die Sicherungen.

Netzplatine defekt. Überprüfen Sie, ob anTB3 zwischen TB3-3 und TB3-2 230 Volt Wechselspannung anliegen.

Elektronik defekt.

Falsche Softwareeinstellungen. Über-prüfen Sie die Softwareeinstellungen für denPID oder TPC-Modus des Analysators.

Elektronikfehler. Schalten Sie die Netz-spannung ab und dann wieder zu, um dieSoftware neu zu booten. Überprüfen Sie dieFunktion der Alarmrelais und der analogenAusgänge.

Elektronik defekt.

Falsche Prozedur beim Standardisieren derpH-Messung. Es ist möglich, dass bei dieserProzedur der Unterschied zwischen aktuel-ler Anzeige und den Standardisierwerten zugroß war. Überprüfen Sie den extern ermit-telten pH-Wert auf Richtigkeit.

Defekter pH-Sensor

Sensor verschmutzt, Reinigen Sie denSensor entsprechend der Anweisungen imHandbuch des Sensors

Verschmutze Glaselektrode, Reinigen Sieden Sensor entsprechend der Anweisungenim Handbuch des Sensors.

Glaselektrode verbraucht, Glaselektrodeoder Sensor auswechseln

Glaselektrode mechanisch zerstört oderRiss in der pH-sensitiven Membran.

Extern ermittelter pH-Wert ist falsch

Unklar, ob externer Wert oder Prozesswertrichtig ist

Passwortschutz ist aktiviert

HOLD-Modus ist aktiviert

Simulationstest für Analogausgänge oderdigitale Ausgänge aktiv

54epH zeigt einen Systemfehler an.Lesen Sie die Fehlermitteilungen und leitenSie Maßnahmen zu deren Beseitigung ein.

AKTION/ HILFEKapitel III, Abschnitt III-2

Kapitel VIII, Tabelle VIII-4Netzteilplatine auswechseln

54epH auswechseln und defektes Gerätzur Reparatur einschicken.

Kapitel V, Abschnitte V-7, V-8

Kapitel V, Abschnitt V-5

54epH auswechseln und defektes Gerätzur Reparatur einschicken

Kapitel IV, Abschnitt IV-3

Kapitel VIII, Abschnitt VIII-4Sensor oder Vorverstärker ersetzen

Kapitel VIII, Abschnitt VIII-4

Kapitel IV, Abschnitt IV-1...7Ändern Sie die Technik der Probenahme

Nutzen Sie neue Pufferlösungen undwiederholen Sie die Kalibrierung

Kapitel VII, Abschnitt VII-2

Kapitel IV, Abschnitt IV-8Kapitel V, Abschnitt V-5, V-7

Kapitel VIII, Tabelle VIII-2

Tabelle VIII-4 Leitfaden zur systematischen Fehlersuche


VIII - 11

VIII-5 Ersatzteile

In Tabelle VIII-5 werden Ersatzteile für den AnalysatorModell 54epH aufgeführt.

ARTIKELNUMMER BESCHREIBUNG

23540-05 Gehäuse, Front mit Tastatur23824-01 Netzplatine 115/230 VAC23848-00 Abdeckung 1 für Netzplatine23849-00 Abdeckung 2 für Netzplatine23854-00 Prozessorplatine23860-01 Netzplatine, 24 VDC33281-00 Arretierstift für Gehäusetür33286-00 Dichtung für Gehäusetür33293-00 Gehäuse, Rückseite9010377 LCD-Display9510048 Verschlussstück für Kabeldurchführungen

Tabelle VIII-5 Ersatzteile

IX Rücksendungen

Rücksendungen

IX-1

IX Rücksendungen

In Übereinstimmung mit dem geltenden gesetzlichenRegelungen wurden die folgenden Rücksendebedin-gungen erlassen.Diese Bedingungen sind genau einzuhalten. Geräte-rücksendungen, bei denen diese Bedingungen nichteingehalten wurden, können nicht bearbeitet werdenund unterliegen somit nicht unserer Zuständigkeit.Bevor Sie das Gerät ins Werk zurücksenden, müssenSie eine Vereinbarung mit Fisher-Rosemount oder eineihrer Niederlassungen treffen. Sie erhalten eine soge-nannte RMA-Nr., die bei Eintreffen des Gerätes einenordnungsgemäßen Ablauf der Reparatur erlaubt. DasGerät wird nicht entgegen genommen, wenn es nicht alleHinweise, die gemäß der Bedingungen von Fisher-Rosemount benötigt werden, aufweist.Verpacken Sie das Gerät vorsichtig in einer stabilenKiste mit ausreichendem Füllmaterial, um das Gerät vorBeschädigung während des Transportes zu schützen.Ein Begleitbrief mit der folgenden Angaben muss derSendung beigelegt werden:

Die Symptome, die Sie festgestellt und die zu dieserRückgabe geführt haben.Angaben zum Aufstellungsort des Gerätes (Gebäu-de, Betriebsbedingungen, Vibrationen, Staubauf-kommen etc.)Die genaue Stelle, aus welcher der/die Bauteil(e)entnommen wurde(n).Ob ein Garantiefall vorliegt oder die Rücksendungals Garantiefall verstanden wird.Genaue Angaben für den Rücktransport (Adresse,Bedingungen etc.).Versenden Sie die Verpackung mit dem/den defek-ten Bauteil(en), dem Begleitbrief und schriftlicherBestellung, portofrei, an die folgende Adresse:

Fisher-Rosemount GmbH & CoIndustriestrasse 163594 Hasselroth

Wenn die Rücksendung als Gewährleistungsfall ange-wiesen wurde, werden im Werk die zurückgeschicktenTeile auf das genaueste untersucht und getestet. ImGewährleistungsfall wird/werden der/die Teil(e) kosten-los repariert oder ausgetauscht und anschliessend,

gemäß der in den Begleitbrief angegebenen Rücktrans-portanweisungen, zurückgeschickt.Wenn es kein Gewährleistungsfall ist, wird/werden der/die Teil(e) entsprechend Ihrer Bestellung repariert oderausgetauscht und anschliessend, gemäß der in denBegleitbrief angegebenen Rücktransportanweisungen,zurückgeschickt.

WICHTIG!Sofern die Messeinrichtung in IhremUnternehmen mit Stoffen, chemischenVerbindungen und Prozessströmen inKontakt kommt, deren Zusammenset-zung, deren Inhaltsstoffe oder derenZusammensetzung gesundheits-schädlich, tödlich oder in einer ande-ren Form das Wohlbefinden von Per-sonen beeinflusst, die mit diesen Stof-fen in Berührung kommen, so ist eineUnbedenklichkeitserklärung derRücksendung beizufügen oder eineErklärung darüber, dass die Messein-richtung desinfiziert und entgiftetwurde.Fehlt diese Art der Erklärung, so wer-den seitens Fisher-Rosemount keineArbeiten an diesen Geräten durchge-führt und umgehend an Sie zurück-geschickt.Dies gilt ohne Einschränkungen fürSensoren, die aufgrund Ihrer Funk-tion mit chemischen oder anderenProzessen in Berührung kommen.

Seitens Fisher-Rosemount besteht eine ethische sowiearbeitsrechtliche Pflicht, die eigenen Mitarbeiter gegenGefahren für Leben und Gesundheit zu schützen.

Rücksendungen

IX-2

ANFORDERUNGSBLATT FÜR EINE MATERIALRÜCKSENDUNG AN

FISHER-ROSEMOUNT

Kundenanschrift:

Telefon:Telefax:E-Mail:

Adresse für Rücklieferung Versandkosten trägt:

SicherheitshinweisBeachten Sie, dass ein Sicherheitsdatenblatt bzw. eine UnbedenklichkeitserklärungIhrerseits vorliegen muss, bevor Geräte und/ oder Sensoren an Fisher-Rosemount geschicktwerden. Genaue Informationen finden Sie im Handbuch des Gerätes oder Sensors.

Grund der Rücklieferung:ÜberprüfungReparaturKalibrierung

Materialbezeichnung1.2.3.4.

Teile-Nr.Teile-Nr.Teile-Nr.Teile-Nr.

Gerätecode und S.-Nr.ModellModellModellModell

Bemerkungen

Demo-Equipmentanderer Grund

Anforderung einer GewährleistungBestellung vom Auftragsnummer Fisher-RosemountReparaturfreigabe wird von uns erteiltReparatur kann ohne Rückfrage erfolgenRückfragen bitte an:

Name:Vorname:

FunktionAbteilungE-Mail

TelefonFax

Sonstige Gründe für eine RücklieferungEs erreichten uns Teile, Geräte, Sensoren, die nicht mit unserer Bestellung übereinstimmen.DoppellieferungRücklieferung und GutschriftSonstige Gründe

A Softwareeinstellungen V 1.13

für Redoxpotenzial

Appendix A Redoxpotenzial

A - 1

V-1 Einführung

Der Analysator Modell 54epH wird werkseitig mit der

Einstellung "pH-Messung" ausgeliefert. Wird ein

Redoxpotenzialsensor an den 54epHangeschlossen, so

wechseln Sie zunächst in Abschnitt V-6 und nehmen

anhand der dort dargestellten Anweisungen die Ände-

rung auf "ORP- oder Redox-Messung" vor. In den

Tabellen V-1 Teil 1/4 bis 3/4 werden nach Umschalten

der Messmethode auf Redox die damit verbundenen

werksseitigen Standardeinstellungen gezeigt.

APPENDIX ASoftwareeinstellungen Version 1.13 für Redoxpotenzial

A-1 Einführung

A-2 Kalibrierung des Redoxpotenzials

Es ist auch hier vorteilhaft, Ihre individuellen Einstellun-

gen in der Spalte "Kundenseitige Einstellung" zu notie-

ren. Dadurch wird auch die erneute Programmierung

des Analysators erleichtert, sofern aus hier nicht näher

erläuterten Gründen die Werkseinstellungen geladen

werden müssen. Nachfolgend wird kurz die grobe

Struktur der Bedienmenüs für den 54epH erläutert sowie

dargestellt, wie der Zugriff auf die einzelnen Ebenen

erfolgt.


KEIT STELLUNG EINSTELLUNGMenüebene Programm

a. Alarmprogrammierung (Abschnitt V-2)

Alarmpunkt 1 (Low Alarm) -1.400...+1.400 mV -1.400 mV ...............................

Alarmpunkt 2 (High Alarm) -1.400...+1.400 mV +1.400 mV ...............................

Alarmpunkt 3 (High Alarm) -1.400...+1.400 mV +1.400 mV ...............................

b. Einstlng Anawrt (Abschnitt V-3, V-4)

Einstlng Anawrt 1: 4 mA -1.400...+1.400 mV -1.400 mV ...............................

Einstlng Anawrt 1: 20 mA -1.400...+1.400 mV +1.400 mV ...............................



Menüebene Konfiguration (Programm)

a. Display (Abschnitt V-6)

Messung pH/ORP/Redox Redox ...............................

Auflösung (entfällt bei Redox und ORP)

Temp Einheit °C/°F °C ...............................

Stromausg 1 mA/% mA ...............................

Stromausg 2 mA/% mA ...............................

Sprache Deutsch/Italiano/English/Francais/Espanol English ...............................

Display links leer/AL1/AL3/Slp/RO/GI/In AL1 ...............................

Display rechts leer/AL2/AL3/RI/In/Str2 AL2 ...............................

Display Kontrast 0...9 (9 = dunkel) 4 ...............................

Timeout Ein/Aus Ein ...............................

Timeout Wert 1...60 Minuten 10 min ...............................

Polling Adresse (nur bei Code -09) 0...100 0 ...............................

Tabelle A-1 Softwareeinstellungen Teil 1 von 4 für Redoxpotenzial

Software-einstellungenVersion 1.13


A - 2



b. Stromausgang (Abschnitt V-7)

Kontrl Ausgang 1

Stromausgang Messung Prozeß/Ref Imped/Temperatur Prozeß ...............................



Bereich 4/0-20 mA 4-20 mA ...............................




Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................


Einstllg -1.400...+1.400mV/-15...130°C 0 mV ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Bereich 0/4-20 mA 4-20 mA ...............................



Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................

Kontrl Ausgang 2

Stromausgang Messung Prozeß/Ref Imped/Temperatur Prozeß ...............................



Bereich 4/0-20 mA 4-20 mA ...............................




Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................


Einstllg -1.400...+1.400mV/-15...130°C 0 mV ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Bereich 0/4-20 mA 4-20 mA ...............................



Fehler 0...22 mA 22 mA ...............................

c. Alarm (Abschnitt V-8)

Alarm 1 Kontrolle





Einstllg -1.400...+1.400/-15...130°C -1.400 mV ...............................

Hysterese 0...500mV/0...10 °C 0 mV o. 0.1°C ...............................




Einstllg -1.400...+1.400/-15...130°C 0 mV

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................

Integral 0...2999 Sekunden 0 Sekunden ...............................



A - 3





Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................


UVR (100 % Aus) -1.400...+1.400mV/-15...130°C 200 mV ...............................

LVR (100 % An) -1.400...+1.400mV/-15...130°C 0 mV ...............................


Alarm 2 Kontrolle




Alarm Aus/Max/Min Max ...............................

Einstllg -1.400...+1.400mV/-15...130°C +1.400mV ...............................

Hysterese 0...500 mV/0...10 °C 0 mV ...............................




Einstllg -1.400...+1.400/-15...130°C 0 mV ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................

Zeitperiode 10...2999 Sekunden 30 Sekunden ...............................

UVR (100 % Aus) -1.400...+1.400/-15...130°C 200 mV ...............................

LVR (100 % An) -1.400...+1.400/-15...130°C 0 mV ...............................


Alarm 3 Kontrolle




Alarm Aus/Max/Min Max ...............................

Einstllg -1.400...1.400mV/-15...130°C +1.400 mV ...............................

Hysterese 0...5.00pH/0...10 °C 0 mV ...............................




Einstllg -1.400...+1.400/-15...130°C 0 mV ...............................

Proportional 0...299,9 % 100% ...............................


Abgeleitet 0...299.9 % 0.0 % ...............................


UVR (100 % Aus) -1.400...+1.400/-15...130°C 200 mV ...............................

LVR (100 % An) -1.400...+1.400/-15...130°C 0 mV ...............................


Alarm 4 Einstellung

Alarm Aus/Fehler Fehler ...............................

ZuleitbegrgZtshatuhr

Zuleitbegrg Disable/Alarm1/Alarm2/Alarm3 Disable ...............................

Timeout 0...10.800 Sekunden 3.600 Sek. ...............................


A - 4




Interval Timer

Timer Disable/Alarm1/Alarm2/Alarm3 Disable ...............................

Intervall 0...999.9 Stunden 24 Stunden ...............................

Wiederholungen 1...60 1 ...............................

EnshaltZt 0...2.999 Sekunden 120 Sekunden ...............................

AsshaltZt 0...2.999 Sekunden 1 Sekunde ...............................

Wiederherst 0...999 Sekunden 600 Sekunden ...............................

d. Diagnose (Abschnitt V-9)

Diagnose An/Aus Aus ...............................

Ref. Imp Max 0...140 kΩ (bei 0 ausgeschalten) 140 kΩ ...............................

Zero offset 0...999 mV 60 mV ...............................

e. Kalibrierung (Abschnitt V-10)

mV Stabilisier 0,1...9,9 mV 0,6 mV ...............................

StabilisngsZt 0...30 Sekunden 10 Sekunden ...............................

f. Passzahlen (Abschnitt VII-1)

Daten Kom 000...999 000 ...............................

Daten Prog 000...999 000 ...............................

Daten Kon 000...999 000 ...............................



A - 5

843

F1 F2 F3 F4

24,0°CAL1:-1.400

5,65mAAL2:+1.400

mV

Prozessdisplay


Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Programm

Kalibrierung

Hauptmenü

......

Exit Enter

F1 F2 F3 F4


2-pkt KalibrierungStandard

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Simulationstest

AlarmprogrammierungEinstlng Anawrt

Simulationstest

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Konfiguration

Einstlng Anawrt

Abbildung A-1 Struktur der Menüebenen und Zugang

Stromausgang

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Alarm

Display

Exit Enter

F1 F2 F3 F4

Passzahlen

DiagnoseKalibrierung


A - 6

A-2 Standardisierung

A-2-1 AllgemeinesDie Kalibrierung erfolgt mit angeschlossenem Redoxpo-

tenzial-Sensor. Im Kalibriermenü werden dem Anwen-

der die Möglichkeit einer Zweipunktkalibrierung (2-pkt

Kalibrierung) und einer Standardisierung (Standard)

gegeben.

A-2-2 Standardisieren des RedoxpotenzialsNeben der manuellen Kalibrierung der der Redox-

messung an zwei Punkten, stellt die Standardisierung

ein weiteres Verfahren zur Einstellung eines Redox-

Messkreises dar. Die Standardisierung bedeutet, dass

die im Prozess befindliche kontinuierliche Redox-

Messung - bestehend aus Analysator 54epH, Sen-

soranschlusskabel sowie Sensor - mit einer diskon-

tinuierlichen, geeichten Redox-Messeinrichtung

überprüft und gegebenenfalls eingestellt wird. Der

Redox-Wert der Vergleichsmessung wird Standard

genannt. Deshalb heisst dieser Vorgang auch Stan-

dardisierung.

A-2-3 Was passiert während der

Standardisierung?Der Anwender gibt den durch das externe, geeichte

Messgerät bestimmten Redox-Wert in den Speicher des

54epH ein. Der Analysator ändert nach der Eingabe des

Standardwertes die eigene Anzeige auf den eingegebe-

nen Redox-Wert und benutzt die festgestellte

Spannungsdifferenz zur ständigen Korrektur des Ein-

gangssignales vom Sensor.

Exit Enter

F1 F2 F3 F4



oder

823

F1 F2 F3 F4

mV

Standard: 823 mVExit Edit

823

F1 F2 F3 F4

pH

Standard: +823 mV Esc Sich

A-2-4 Prozedur Schritt 1. Durch Drücken einer der Funktionstasten bis gelangen

Sie direkt in das Hauptmenü. Das Menü Kalibrierung ist dunkel hinterlegt

und wird durch Betätigen der -Taste (Enter) aktiviert.

Schritt 2. Wurde unter >Programm< - >Konfiguration< - >Stromaus-

gang< - Einstelng Haltefkt< der Parameter Speich auf "Konfig Ein"

programmiert, so erfolgt zunächst die Abfrage des Parameters "Spei-

cher Modus". "Ein" bedeutet hier, dass der oder die analogen Ausgänge

während der Standardisierung auf die vorher unter >Programm< -

>Konfiguration< - >Stromausgang< - Einstelng AusgangX< im

Parameter Speich programmierten Werte eingefroren werden.

Schritt 3. Mit der Taste (Weitr) und einmaligem Betätigen der Cursor-

Taste ist der Menüpunkt >Standard< des Untermenüs >Kalibrie-

rung< angewählt und kann mit der -Taste (Enter) aktiviert werden.

Schritt 4. Mit der Funktionstaste (Enter) gelangen Sie in das

Editiermenü für den Redox-Wert. Mit den Tasten und wird der

Cursor auf die zu ändernde Dezimalposition bewegt. Mit den Cursor-

Tasten und kann jeweils der numerische Wert der Dezimalposition

geändert werden.

Wird der Cursor mit den Tasten und auf das Komma gestellt, so

kann das Komma dann mit nach rechts sowie mit nach links

verschoben werden. Mit der -Taste (Sichn) kehren Sie eine Menüebene

zurück, nachdem vorher der eingegebene numerische Wert in den

Speicher des 54epH übernommen wurde. Mit der Taste (Esc) erfolgt

der Abbruch der Routine zur Standardisierung des Messkreises.

B Theorie Redoxpotenzial

Theorie Redoxpotenzial

B-1

APPENDIX BTheorie Redoxpotenzial

B-1 Einleitung

B-2 Messelektrode

B-3 Referenz- oder Ableitelektrode

B-4 Potenzial des Diaphragmas

B-5 Zellenspannung und Redox-Wert

B-6 Interpretation einer Redox-Messung

B-7 Kalibrierung

B-1 Einführung

Dieses Kapitel des Handbuches widmet sich den grund-

legenden Betrachtungen chemisch-physikalischer Zu-

sammenhänge, die bei Messungen des Redoxpoten-

zials von grundlegender Bedeutung für das Verständnis

sind.

In fast jeder industriellen oder wissenschaftlichen An-

wendung wird das Redoxpotenzial in einer wässerigen

Lösung durch das Messen der Spannung einer elektro-

chemischen Zelle bestimmt. Ähnlich der Anordnung wie

bei einer pH-Elektrode, besteht auch eine Redoxelektro-

de aus einer Messelektrode (meistens eine Platin- oder

Goldelektrode) sowie einer Referenzelektrode. In Abbil-

dung B-1 wird eine einfache Darstellung einer Mess-

anordnung gezeigt. Die elektrochemische Zelle besteht

aus einer Redoxelektrode, einer Ableit- oder Referenz-

elektrode sowie in den meisten Fällen aus einem

Temperaturfühler. Die Zellenspannung ist die Summe aus

dem Redoxpotenzial, dem Potenzial der Referenz- oder

Ableitelektrode sowie dem Diffusionspotenzial des Dia-

phragmas. Das Redoxpotenzial ist wiederum in komple-

xer Weise von den Konzentrationsverhältnissen der

Redoxpaare abhängig, die zur Spannungsbildung an

der Elektrode beitragen.

B-1-1 Definition des RedoxpotenzialsDas Redoxpotenzial beschreibt das Vermögen einer

Lösung bzw. eines Mediums oxidierend bzw. reduzie-

rend zu wirken. Oxidation heisst Elektronenaufnahme,

und Reduktion Elektronenabgabe. Eine Substanz, die

1 2

3

4

Legende

1 Redoxelektrode

2 Ableit- oder Referenzelektrode

3 Prozessmedium

4 Messumformer

Abbildung B-1 Aufbau einer Messanordung zur

Bestimmung des Redoxpotenzials

Elektronen aufnimmt, bezeichnet man als Oxydations-

mittel (Elektronenakzeptor), eine, die Elektronen ab-

gibt, als Reduktionsmittel (Elektronendonator). Beide

zusammen ergeben das sogenannte Redoxpaar.

EDonator

e- + EAkzeptor

/1/

Den Oxydations-Reduktions-Reaktionen läuft eine Ver-

änderung der freien Energie parallel. Sie ist demnach ein

Maß für die Tendenz von Substanzen, Elektronen abzu-

geben oder Elektronen aufzunehmen. Im Prinzip stellt

das Redoxpotenzial das Vermögen bzw. das Bestreben

von Elektronendonatoren Elektronen abzugegen bzw.


B-2

von Elektronenakzeptoren Elektronen aufzunehmen

dar.

Um einen Bezugspunkt zum Vergleich der vielen und

sehr unterschiedlichen Redoxpaare zu schaffen, wurde

durch eine Konvention das Potenzial des Redoxpaares

1/2 H

2 H+ + e- /2/

auf 0 mV gesetzt.

Es gibt zwei Konventionen für die Bestimmung des

Vorzeichens des Redoxpotenzials:

Man vergibt negative Vorzeichen an Systeme,

die eine gegenüber der Wasserstoffelektrode

erhöhte Tendenz zur Elektronenabgabe haben

sowie

positive Vorzeichen für Systeme mit der Ten-

denz, Elektronen aufzunehmen.

Die Reaktionen werden in der Regel statt bei pH 0, wie

ursprünglich festgelegt, bei pH 7,0 gemessen; die so

erhaltenen Werte kennzeichnet man durch das Symbol

E’0. E’

0-Werte können thermodynamisch auch zur Be-

rechnung von ∆G0 herangezogen werden, denn die freie

Enthalpie ∆G0 ist mit dem Redoxpotenzial direkt gekop-

pelt:

∆G0 = - nFE’0

/3/

Hierbei ist n die Zahl der übertragenen Elektronen und F

die Faraday-Konstante.

Redoxsysteme in wässerigen Lösungen werden durch

Ionen-Umladungen und komplizierte chemische Reak-

tionen hervorgerufen. Hierbei besteht für das Redoxpo-

tenzial auch eine strenge Abhängigkeit vom pH-Wert in

der Lösung, da dieser die Einstellung chemischer

Gleichgewichte und dadurch Konzentrationsverhält-

nisse wesentlich beeinflusst.

B-1-2 Elektrochemische Gleichgewichte Das elektrochemische Potenzial

Der Austausch elektrisch neutraler Teilchen zwi-

schen zwei Phasen auf Grund unterschiedlicher

chemischer Potenziale verläuft solange, bis sich

das durch das Nernstsche Verteilungsgesetz be-

schriebene chemische Gleichgewicht eingestellt

hat. Für eine Teilchenart b ist dann

µ’b = µ’’

b. /4/

Derartige Gleichgewichte sind nicht erreichbar,

wenn die ausgetauschten Teilchen elektrische La-

dungen tragen. Der Übertritt von geladenen Teil-

chen der einen Phase in die andere Phase ändert

zugleich und sofort das elektrische Potenzial der

Phasen, die dem Übertritt von Ladungsträgern ent-

gegenwirken und das sogenannte elektrochemi-

sche Gleichgewicht herbeiführen. Nach den Geset-

zen der Thermodynamik und Elektrochemie gilt als

Ansatz für das elektrochemische Potenzial µ’Eb der

Teilchen- oder Ladungsträgerart b in Phase ‘ die

fundamentale Beziehung:

µ’Eb = µ’

b+ z

bFϕ ’ /5/

Das elektrochemische Potenzial µ’Eb ist die Summe

aus chemischem Potenzial µ’b der Teilchenart b in

Phase’ sowie dem inneren elektrischen Potenzial

zbFϕ ’ der Teilchenart b in Phase’.

Die Galvani-Spannung

Die Galvani-Spannung gI,II ist die Differenz der inne-

ren elektrischen Potenziale von Phase I und II.

Nachfolgende Schreibweise für die Galvani-Span-

nung ist der Literatur gebräuchlich:

gI,II = ϕ I- ϕII /6/

Tabelle B-1 Spannungsreihe einiger Ionen-Umladungen und komplexer Redoxsysteme in Wasser bei 25

°C und Normaldruck

Red. Ox. + ne- E0 (pH=0) E0 (pH=14)

Cr2+ Cr3+ + 1e- -0,408 V -1,33 V

H3PO3 + H2O H3PO4 + 2H+ + 2e- -0,276 V -1,12 V

Sn2+ Sn4+ + 2e- +0,154 V -0,93 V

Fe2+ Fe3+ + 1e- +0,771 V -0,69 V

NO + 2H2O NO3- + 4H+ + 3e- +0,959 V -0,15 V

Mn2+ + 4H2O MnO4- + 8H+ +5e- +1,51 V +0,33 V


B-3

In galvanischen Zellen, wie zum Beispiel in einem

Sensor für die pH-Wert oder Redoxpotenzialmes-

sung, summieren sich mehrere Galvanispannun-

gen zu einer messbaren Zellenspannung.Die Theo-

rie der verschiedenen Galvani-Spannungen versetzt

uns in die Lage, die Erscheinungen an zusammen-

gesetzten elektrochemischen Systemen aufzu-

gliedern und im Detail zu verstehen.

Galvani-Spannungen sind ebenso wie chemische

Potenziale einer unmittelbaren Messung nicht zu-

gänglich. Es ist nämlich nicht möglich, zwei Pha-

sen einer Elektrode an ein elektrisches Messgerät

anzuschliessen, ohne dass neue Phasengrenz-

flächen mit weiteren elektrochemischen Gleichge-

wichten und entsprechenden GaIvani-Spannungen

auftreten.

Mit dem Ansatz für die Definition der Freien

Enthalpie als Kriterium für die Freiwilligkeit,

Gleichgewicht oder dem Zwang des Ablaufes einer

Reaktion erhält man angewand auf ein elektroche-

misches Gleichgewicht zwischen den Phasen I und

II eines elektrochemischen Systems die Bezie-

hung:

= ∆RG = Σ υ

iIµE

iI + Σ υ

iIIµE

iII /7/

Die Galvani-Spannung jeder Elektrode ist eine

variable Größe, die nur im elektrochemischen

Gleichgewicht einen genau definierten Wert an-

nimmt. Zur Ableitung der Gleichgewichts-Galvani-

Spannung wird in die Gleichgewichtsbedingung /7/

Gleichung /5/ eingesetzt:

Σ υiI(µ

iI + z

iFϕI) + Σ υ

iII(µ

iII

+ z

iFϕII) = 0 /8/

Σ υiIµ

iI + Σ υ

iIIµ

iII

+ Σ υ

iI z

iFϕI

+ Σ υ

iII z

iFϕII = 0 /9/

Die beiden ersten Glieder stellen zusammen die

molare chemische Arbeit Σ υiµ

i bei der Elektroden-

reaktion zwischen den Phasen I und II dar. Aus den

beiden letzten Gliedern, die die molare innere elek-

trische Arbeit bei der Elektrodenreaktion angeben,

lässt sich die Galvani-Spannung ausklammern,

wenn man berücksichtigt, dass die Summe der in

der einen Phase verschwindenden und hinzukom-

menden elektrischen Ladungen entgegengesetzt

gleich der Summe der in der anderen Phase ver-

schwindenden und hinzukommenden elektrischen

Ladungen ist. Zur abgekürzten Darstellung definiert

man die Reaktionsladungszahl zr der Elektroden-

reaktion r

zr = Σ υ

iII z

i = Σ υ

iII z

i/10/

Damit wird

Σ υiµ

i - z

rF(ϕ I

- ϕ II) = 0 /11/

und man erhält für die Gleichgewichts-Galvani-

Spannung den Ausdruck:

gI,II = (ϕ I- ϕII) = /12/

Die Reaktionsladungszahl zr ist gleich der Zahl der

positiven (negativen) Elementarladungen, die in

Richtung steigenden (fallenden) Phasenindexes

transportiert werden, wenn die Elektrodenreaktion

um einen Formelumsatz fortschreitet.

Das Vorzeichen der Galvani-Spannung hängt nach

der Definition auf Seite B-2 davon ab, welche

Phase in Bezug auf eine andere betrachtet wird; die

Definitionsgleichung /6/ erforderte daher die Kenn-

zeichnung der Phasen.

Der absolute Betrag der Gleichgewichts-Galvani-

Spannung ist für jede Elektrode thermodynamisch

streng definiert. Er ist rein chemisch gegeben, also

unabhängig von den tatsächlichen inneren elektri-

schen Potenzialen der Phasen. Auf Grund des

Gegeneinanders chemischer und elektrischer Kräf-

te (oder molarer Energien gemäss Gleichung /12/)

in Elektroden unterscheidet man mit entgegenge-

setztem Vorzeichen die (chemisch definierte) elek-

tromotorische Kraft ε (EMK) von der (herbeigeführ-

ten elektrischen) Galvani-Spannung. Bei elektro-

chemischem Gleichgewicht ist:

εI,II = -gI,II /13/

Die Zellenspannung

Die Zellspannung ist als die Summe von Teilspan-

nungen einer galvanischen Zelle zu verstehen. Gal-

vanische Zellen sind elektrisch zusammenge-

schaltete Elektroden. Dementsprechend erhält

man das Zellsymbol durch Zusammenfügen der

Elektrodensymbole. Die Zellreaktion ergibt sich

durch Addition Von Einzelvorgängen und die

δgδξ T,p

( )

Σ υiµ

i

zrF


B-4

Zellspannung durch Addition von Spannungen an

Phasengrenzen und innerhalb Von Phasen der

Zelle. Die Zellspannung ist eine Messgrösse, die

man auch bei Stromfluss durch die Zelle beobach-

ten kann. Für beliebige Zellen bei eingestelltem

oder nicht eingestelltem Gleichgewicht ohne oder

mit Stromfluss gilt

U = ϕI - ϕII /14/

Die Zellspannung ist die elektrische Spannung

zwischen den Polen der galvanischen Zelle.

Gemäß der Definition der elektrischen Spannung

als Differenz zwischen dem elektrischen Potenzial

eines Anfangs- und eines Endpunktes, ist U also

immer die Differenz »inneres elektrisches Poten-

zial im Pol an der linken Elektrode minus inneres

elek-trisches Potenzial im Pol an der rechten Elek-

trode«.

Beim Strom I entsteht in den einzelnen Phasen der

Zelle je nach ihrem elektrischen Widerstand Rα ein

Spannungsabfall Uα = IRα, dem ein geneigter Ver-

lauf von ϕ über x innerhalb der Phasen (statt des

horizontalen Verlaufs bei Gleichgewicht entspricht.

Außerdem ändern sich bei Stromfluss die Galvani-

Spannungen.Das Elektrodensystem einer Redox-

Elektrode besteht aus Referenzelektrodensystem

sowie einer elektrisch leitenden Metallelektrode.

Am Beispiel des Redoxpaares Cr3+/Cr6+ folgt für das

zellensymbol der Redoxelektrode:

I II III IV

AgCl(s)

Ag KCl(s) Cr3+(aq),Cr2O72-(aq), H+(aq) Pt

KCl(aq)

Die Durchtrittreaktion besteht bei Redoxelektroden

im Übergang von Elektronen aus der Phase III in die

Phase IV bzw. umgekehrt.

Nachfolgend einige typische Redoxsysteme mit

der dazugehörigen Phasenbezeichnung.

Cr3+(III) + 7H2O(III) Cr2O72-(III) + 14H+(III) + 6e-(IV)

Die komplizierten chemischen Reaktionen mit

Elektronen setzen sich meist aus vielen Teil-

reaktionen mit jeweils nur wenigen Reaktions-

partnern zusammen. Für das elektrochemische

Gleichgewicht ist diese Tatsache jedoch ohne Be-

deutung.

An den Phasengrenzen III, IV gilt nach Zerlegung

von Gleichung /12/ in ein Standard- und ein Über-

führungsglied:

gIII,IV = g III,IV + ln /15/

Für die Zellenspannung der Redoxelektrode erhält

man:

U = U + ln /16/

Als Beispiel soll nun das Redoxgleichgewicht Fe2+/

Fe3+ in Gleichung /16/ eingesetzt werden.

Fe2+ Fe3+ + e-

U = U - ln /17/

Nach dem Einsetzen der Werte für zr ,R und F und

dem Umformen des natürlichen Logarithmus in den

+ 2H+(III) + 2e-(IV)HO OH(III) O O(III)

RTzrF

υi Π (ai )

Ox.

υi Π (ai )

Red.

Pt-Elektrode Prozessmedium

Abbildung B-2 Vorgänge an einer Pt-Redoxelek-

trode, Redoxpaar Fe2+/Fe3+

Das Bild zeigt Eisen-(II)- und Eisen-(III)-Ionen an der Oberfläche einer

Platinelektrode. Wird durch das Fe3+-Ion aus dem Platin ein Elektron

aufgenommen, so erfolgt eine Reduktion des Fe3+ zu Fe2+. Gleichzeitig

kann durch das Fe2+-Ion ein Elektron an die Platinelektrode unter Bildung

von Fe3+ abgegeben werden (Oxidation). In Abhängigkeit vom pH-Wert

einer wässerigen Lösung kennzeichnet das Redoxpotenzial das

Bestreben beider Ionen, in die zweiwertige oder dreiwertige

Oxydationsstufe überzugehen. Da tatsächlich an der Platinelektrode

kein Stromfluss stattfindet, werden keine Stoffumsätze an der

Elektrode getätigt.

eqRTz

rF

υi Π (ai )

Ox.

υi Π (ai )

Red.

eq

eqRTz

rF

aFe

eq aFe

2+

3+


B-5

dekadischen Logarithmus resultiert Gleichung /18/

U = U - log /18/

Das Standardpotenzial Ueq

stellt das Potenzial eines

Redoxpaares unter Standardbedingungen dar. Än-

derungen dieses Standardpotenzials werden

durch den zweiten logarithmischen Ausdruck von

Gleichung /18/ beschrieben. Dieser Ausdruck wird

in der Literatur auch oft als Überführungsglied

bezeichnet.

B-2 Messelektrode

Abbildung B-3 zeigt schematisch den Aufbau einer

Redoxelektrode. Ein Platindraht dient zur Kontaktierung

der ringförmigen Platin-Redoxelektrode. Der Platindraht

ist in einem Glaskörper eingeschmolzen, während die

Ringelektrode um den äusseren, am unteren Ende

etwas schmaleren Glaskörper gelegt wurde. In den

meisten Fällen wird als Material für die Redoxelektrode

Platin verwendet, da sich an diesem Edelmetall stabile

Potenziale bilden können. In einigen Fällen wird auch

Gold als Elektrodenmaterial eingesetzt.

B-3 Referenz- oder Ableitelektrode

In Abbildung B-4 wird der Aufbau einer Referenz-

elektrode schematisch dargestellt. Es handelt sich um

einen Silberdraht mit einer aufgebrachten Silberchlorid-

schicht, der in einer gesättigten Salzlösung bzw. einen

Gel steckt. Im Fall der meisten bei Uniloc verwendeten

Ableitelektroden handelt es sich um Ag/AgCl-Elektro-

den in einem Elektrolytgel bzw. einer gesättigten KCl-

Lösung. Über ein Diaphragma wird der elektrische Kon-

takt der Referenzelektrode zum Medium und zur Redox-

elektrode hergestellt.

B-4 Potenzial des Diaphragmas

Die meisten heute verwendeten Diaphragmen sind im

Prinzip grob- oder feinporige Membranen deren Wirkung

darin besteht, die rasche Vermischung von Elektrolyt-

lösungen zu verhindern. Dabei kommt es in den Poren

der Membran zu sogenannten Diffusionsspannungen,

die je nach Größe durchaus einen Einfluss auf die

Genauigkeit der Redox-Messung haben können, sofern

die Diffusionsspannung eine von Konzentration, Druck

und Temperatur abhängige Größe darstellt.

Als Gedankenexperiment kann man sich vorstellen, dass

die unterschiedlichen (Prozessmedium und Elektrolytlösung

der Ableitelektrode) und ladungsneutralen Elektrolyt-

lösungen über das poröse Diaphragma in direkten elek-

trischen Kontakt miteinander gebracht werden. Es fin-

eq

0,1987 (ϑ+273,15)

zr

eq

aFe

aFe

2+

3+


Elektrolytbrücke (Diaphragma)

gesättigte Salzlösung

Eine stabile Elektrolytkonzentration sowie eine stabile Elektrode 2. Art

(Ag/AgCl/Cl-) sorgen für eine hinsichtlich des Potenzials stabile

Referenzelektrode. Über das Diaphragma (Salzbrücke oder auch

Elektrolytbrücke) wird der elektrische Kontakt zur Platinelektrode

hergestellt und dadurch die Messung des Redoxpotentils ermöglicht.

Abbildung B-4 Aufbau der Referenzelektrode

Platindraht

Platinband

Abbildung B-3 Aufbau einer Redoxelektrode

Die Redoxelektrode besteht aus Edelmetall. In der Regel wird Platin

verwendet, jedoch kommt für einige Anwendungen auch Gold zum

Einsatz. Das Platinband hat direkten Kontakt zum Prozessmedium.

Das Potenzial der Elektrode wird durch die im Prozessmedium

befindlichen Redoxpaare bestimmt. Andere Größen wie pH-Wert und

Temperatur beinflussen ebenfalls das Redoxpotenzial.


B-6

det eine Diffusion von Ionen statt, da deren Konzentra-

tionen in beiden Elektrolytlösungen nicht identisch sind.

Da beide Lösungen ursprünglich ladungsneutral waren,

bildet sich im Bereich der Grenzfläche zwischen den

Lösungen (Diaphragma) eine Raumladungszone aus,

die wiederum bedingt, dass sich ein elektrisches Feld

einstellt, das der Diffusion entgegenwirkt. Ist der Aus-

gleichsvorgang abgeschlossen, ist der Stromfluss wie-

der Null. In den meisten praktischen Anwendungen

werden als Elektrolytlösungen für Ableitelektroden sehr

hoch konzentrierte Salzlösungen eingesetzt. Das

Diffusionspotenzial wird dann in aller Regel nur durch

die Diffusion von Ionen der inneren Elektrolytlösung in

das Prozessmedium bestimmt und ist meistens ausrei-

chend konstant.

Das Diffusionspotenzial addiert sich als Bestandteil der

Messkette zur Zellenspannung und muss daher zur

exakten Bestimmung des Redoxpotenzials beachtet

werden.

B-5 Zellenspannung und ORP-Wert

Die Zellenspannung U ist die Summe aller Teilspannun-

gen der galvanischen Kette. Im Ausdruck Ueq

werden 3

Teilspannungen,

das Potenzial der Referenzelektrode,

das Potenzial der redoxelektrode sowie

das Diffusionspotenzial des Diaphragmas

zur Zellenspannung zusammengefasst.Da das Poten-

zial der Referenzelektrode vom Redoxpotenzial unab-

hängig ist sowie das Diffusionspotenzial des Diaphrag-

mas gegenüber dem dem Redoxpotenzial wesentlich

geringer ist, wird die Zellenspannung fast auschliesslich

durch die Redoxspannung beeinflusst bzw. kontrolliert.

B-6 Interpretation einer ORP-Messung

Die Bestimmung des Redoxpotenzials ist in industriellen

Applikationen oft die einzige Methode, mit der sich die

Ab- oder Anwesenheit bestimmter Chemikalien bzw. die

Konzentration dieser bestimmen lässt. Zum Beispiel

findet man im Abwasser von metallverarbeitenden Be-

trieben oft Cr6+, das durch Zugabe von SO2 in Cr3+

umgewandelt wird. Da es sich bei Cr6+und Cr3+um ein

Redoxpaar handelt, lässt sich diese Reaktion durch die

Bestimmung des Redoxpotenzials kontrollieren. Bei

Zugabe von Schwefeldioxid wird das 6-wertige Chrom in

die 3-wertige Oxidationsstufe überführt. Das Verhältnis

der Aktivitäten des Redoxpaares verändert sich und

dadurch auch das Redoxpotenzial. Abbildung B dient

zur Illustration dieses Vorganges.

Das Redoxpotenzial wird durch die Aktivität der ver-

schiedenen Ionen und nicht durch deren absolute

Konzentration bestimmt. Die oxydierende bzw. reduzie-

rende Wirkung von Ionen hängt unter anderem davon

ab, in welcher Form diese im Medium vorliegen. Schon

der Zusatz geringer Mengen an Neutralsalzen kann die

Ionenaktivität durch Komplexbildung etc. verändern.

Die Abbildung zeigt eine dünne Schicht durch eine Pore des

Diaphragmas. Das Diaphragma separiert im Prinzip die Elektrolyt-

lösung innerhalb der Ableitelektrode von der Prozesslösung.

Bestehen zwischen der Prozesslösung sowie der Elektrolytlösung

der Ableitelektrode Konzen-trationsunterschiede, so setzt eine

Diffusion der Moleküle in Richtung des geringeren chemischen

Potenzials der jeweiligen Ionenart ein. Bedingt durch unterschiedliche

Diffusionsgeschwindigkeiten der Ionen sowie unterschiedliche

Konzentration kann es im Bereich des Diaphragmas zu sogenannten

Diffusionsspannungen kommen, die einen Einfluss auf die Genauig-

keit der Redox-Messung haben können.

Abbildung B-5 Diffusionspotenziale an einem

DiaphragmaO

RP

in m

V

pp

m C

r6+

SO2-Zugabe

Abbildung B-6 Abhängigkeit des ORP von der

Konzentration


B-7

Einen bedeutenden Einfluss auf das Redoxpotenzial

nimmt der pH-Wert. Als Beispiel des Einflusses des pH-

Wertes soll an dieser Stelle das Gleichgewicht zwi-

schen Cr6+und Cr3+ dienen.

In saurem Millieu (pH~2) liegt ein streng pH-abhängiges

Gleichgewicht zwischen dem Dichromat sowie dem 3-

wertigem Chrom vor /19/.

Cr2O

72- + 14H+ + 6e- Cr3+ + 7H

2O /19/

Für die Zellenspannung nach Gleichung /16/ resultiert

für die Redoxgleichung /19/:

U = U - ln /20/

Aus Redoxgleichung /17/ ist zu erkennen, dass die

Aktivität der Protonen H+ mit dem Exponenten 14 im

Logarithmus einen entscheidenden Einfluss auf den

Wert des Redoxpotenzials hat.

Bei 25 °C und Normaldruck resultieren aus einer Ände-

rung des pH-Wertes die in Tabelle B-2 aufgeführten

Änderungen des Redoxpotenzials.

zunächst mittels Gleichung /21/ durch Einsetzen der

Konzentrationen in Gleichung /16/ die Beziehung für die

Zellenspannung Ueq

definiert /22/.

U = U - ln /22/

Die hypochlorige Säure HOCl dissoziert in wässeriger

Lösung. Dieser Vorgang kann durch Gleichung /23/

beschrieben werden.

HOCl OCl- + H+ /23/

Für Gleichung /23/ lässt sich nach Einführung der

Gleichgewichtskonstanten KS formulieren:

KS = /24/

Die Konzentration an freiem Chlor ergibt sich als Sum-

me der Konzentrationen aus hypochloriger Säure

(HOCl) und Hypochlorit (OCl-).

TFC = cHOCl

+ cOCl

/25/

Gleichung /25/ wird nach der Konzentration an Hypo-

chlorit umgestellt, anstelle der Konzentration die Aktivi-

tät berücksichtigt und in Gleichung /24/ eingesetzt.

KS = /26/

Durch Auflösen der Gleichung /26/ nach aHOCl

erhält man

die Gleichung /27/.

aHOCl

= /27/

Einsetzen von Gleichung /27/ in Gleichung /22/ führt zu

Gleichung /28/, die die Abhängigkeit des Redox-

potenzials vom TFC- und pH-Wert berücksichtigt. Ist der

pH-Wert bekannt sowie die Konstante KS

und deren

Temperaturabhängigkeit zugänglich (KS = 2,3 10-8 mol l

für 25 °C und Normaldruck), so kann aus der Redox-

spannung der TFC-Wert berechnet werden.

U = U - ln /28/

Nimmt man an, dass sich in einer wässerigen Lösung ca.

eqRTz

rFeq a

Cr O a

H2 72- +

14

aCr 3+2

Tabelle B-2 ORP=F(pH)

pH-Änderung Änderung ORP

2,0 2,2 7 mV

2,0 2,4 35 mV

2,0 1,8 47 mV

2,0 1,6 75 mV

Bei der Anwesenheit von einem oder wenigen

Redoxpartnern in einer wässerigen Lösung kann bei

exakter Bestimmung des Redoxpotenzials auch auf die

Konzentration geschlossen werden. Als Beispiel soll

das Gleichgewicht

HOCl + H+ Cl- + H2O /21/

betrachtet werden. Die hypochlorige Säure HOCl ent-

steht neben dem Hypochlorid OCl- beim Einleiten von

Chlorgas in Wasser. Der praktische Hintergrund dieser

Übung besteht darin, durch die Redoxpotenzialmessung

auf die Konzentration des freien gelösten Chlors (TFC=

Total Free Chlorine) zu schliessen. Als Ansatz zur

Lösung dieses etwas komplizierteren Problems wird

aOCl

aH+-

aHOCl

-

(aTFC

-aHOCl

) aH+

aHOCl

aTFC

aH+

KS + a

H+

eqRTz

rFeq a

HOCl a

H+

aCl -

eqRTz

rFeq

aCl

(aH + K

S)+

aTFC

aH+2


B-8

1 ppm gelösten Chlor (TFC) befinden und der Chlorid-

Gehalt bei 100 ppm liegt, so führen die in Tabelle B-3

gezeigten pH-Änderungen zu den nebenstehenden Än-

derungen des Redoxpotenzials.

Tabelle B-3 Einfluss des pH-Wertes

auf das Redoxpotenzial am Beispiel

des Redoxpaares HOCl und Cl-

pH-Änderung Änderung ORP

8,0 7,8 3,9 mV

8,0 7,6 7,1 mV

8,0 8,2 4,4 mV

8,0 8,4 9,2 mV

herstellen. In Tabelle B-4 sind die Redoxwerte des

Paares Chinon/Hydrochinon für die Temperaturen 20,

25 und 30 °C aufgeführt.

Der Umgang mit diesen Substanzen hat jedoch zwei

entscheidende Nachteile:

Der Redoxstandard ist nur ca. 8 Stunden verwend-

bar, so dass für jede Standardisierung ein neuer

Standard angesetzt werden muss.

Die Substanzen sind wie fast alle aromatischen

Kohlenwasserstoffe mit Π-Elektronenringen toxi-

scher Natur. Der Umgang mit diesen Substanzen

muss vorsichtig und fachmännisch erfolgen, um

kein Risiko für Leben und Gesundheit einzugehen.

B-7 Kalibrierung

Zur Kalibrierung einer ORP-Elektrode gibt es keine

international festgelegten Standards. Großer Beliebheit

erfreut sich jedoch das Redoxpaar Fe2+/Fe3+ zur Kali-

brierung von Redoxelektroden (vgl. Gleichung /17/). Die

Herstellung dieses Kalibrierstandards ist relativ einfach.

Die Lösung besteht aus 0,1 mol/l Fe-II-(NH4SO

4)

2, aus

0,1 mol/l Fe-III-(NH4SO

4)

3 sowie 1,0 mol/l H

2SO

4. Wird

diese Kalibrierlösung in einem geschlossenen Behälter

aufbewahrt, so kann dieser Standard nach der Herstel-

lung ca. 1 Jahr verwendet werden. Das Redoxpotenzial

beträgt, gemessen gegen eine Ag/AgCl-Referenz-

elektrode 476 ± 20 mV.

Weiterhin findet of das Redoxpaar Chinon/Hydrochinon

technische Anwendung bei der Kalibrierung von Redox-

elektroden.

Dieser Redoxstandard lässt sich durch die Zugabe von

Chinhydron, einer im Wasser schwer löslichen, grün

schillernden Substanz zu Pufferlösungen pH 4 oder pH

6,86 mit genau definierten Werten der Redoxspannung

+ 2H+ + 2e-HO OH O O

Tabelle B-4 Redoxpotenzial von Chinon/Hydrochi-

non bei 20, 25 und 30 °C bei pH 4 und pH 6,86

Temperatur ORP/pH4 ORP/pH6,86

20 °C 268 mV 92 mV

25 °C 263 mV 86 mV

30 °C 258 mV 79 mV

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€¦ · 1 Inhaltsverzeichnis Wichtige Instruktionen/ Mitteilungen G-1 Nutzung dieses Handbuches G-3 Kapitel I Beschreibung und Spezifikation Merkmale I-1 I-1 Allgemeine Beschreibung