متحكّم pH/ORP المتّصل

محلّل الأس الهيدروجيني (pH) هو الأداة التي تحوّل الحموضة إلى شيء يستطيع نظام تحكّم أن يتصرّف به. يقف في الخطّ أو على جدار الخزان، ويقرأ باستمرار عبر قطب زجاجي، ويُمسك خرج تيار تتبعه مضخّة حقن، أو متحكّم، أو مسجّل. وتغطّي هذه العائلة ثلاثة متحكّمات تركيب في اللوحة على كيمياء الأقطاب نفسها: رئيسية بشاشة 4,3 بوصة ومخرجَين معزولَين وتماس تنظيف منفصل، وفئتان بشاشة 2,8 بوصة تحملان دقّة pH نفسها في هيكلَين أصغر بمخرج واحد.

والفئات تُقرأ أسهل كقرار حول الهيكل والحلقة، لا حول القياس. فال ثلاث تقرأ pH إلى ±0,02، والثلاث تقبل الأقطاب نفسها. وما يتغيّر دون الرئيسية هو كمّ من القيم يستطيع الجهاز إرسالها في الوقت نفسه، كمّ من التماسات يعطي، وكم من مكان اللوحة يشغل.

ما الذي يقيسه المتحكّم

القياس الأوّل هو pH. وخلفه قيس ثانٍ، هو ORP، يقرؤه الجهاز نفسه حين يُركَّب قطب ORP بدل قطب pH. والاثنان ليسا صورتَين عن الشيء نفسه: فيبلّغ pH عن فعّالية أيون الهيدروجين على مقياس لوغاريتمي، ويبلّغ ORP عن ميل المحلول إلى الأكسدة أو الاختزال بالملّيفولت. فقد يمسك ماء مكلور pH ثابتًا بينما يتحرّك ORP فيه، فحلقة التطهير وحلقة المعادلة قياسان مختلفان حتى وهما على المعدّة نفسها.

وتوسّع الفئة الرئيسية مدى pH من -2,00 إلى 16,00 وتدعم قطب الأنتيموان، وهذا يهمّ في الحمض القويّ والقلويّ القويّ حيث لا تصمد الأغشية الزجاجية. والفئتان الأصغر تعملان من 0 إلى 14 pH. وعلى جهة ORP تبلغ الرئيسية ±2000 mV، والاقتصادية محصورة في -1000 إلى +1000 mV، والوسيطة تغطّي ذلك الامتداد مع ±2000 mV عند الطلب.

آلية عمل القياس

يشكّل قطب القياس الزجاجي وقطب المرجع خليّة كهروكيميائية، ويتوقّف الجهد بينهما على فعّالية أيون الهيدروجين في المحلول بينهما. والاستجابة لوغاريتمية، فتغيّر ثابت في الملّيفولت يقابله تغيّر ثابت في pH لا تغيّر متناسب. ويحوّل المتحكّم ذلك الجهد إلى قيمة pH بمعايرة مُحدَّدة مقابل محاليل منظِّمة معلومة pH، ويطبّق تعويض درجة الحرارة فتُصحَّح استجابة القطب إلى الحرارة المقيسة فعلًا.

وترتّب ثلاث نتائج، وكلّها أهمّ من الإلكترونيات. الأوّل أن القياس مقارنة، فشقّ المرجع من الخليّة بأهمية الشقّ القياس: وصلة مرجع مسدودة جزئيًا أو مستنفَدة تظهر كقراءة تنجرف أو تستجيب ببطء، ولا تُصلحها إعادة معايرة. والثاني أن الغشاء الزجاجي مادة تُستهلَك: يتقادم، ويفقد ماءه إن تُرك يجفّ، ويهاجمه حمض الهيدروفلوريك والقويّ القلويّ عند الحرارة المرتفعة. والثالث أن تعويض درجة الحرارة يصحّح القطب لا العملية: فحيث تتغيّر pH العملية مع الحرارة فعلًا، يتبع التعويض استجابة القطب ويبلّغ pH الحقيقية عند تلك الحرارة، وهذا غير القول عن pH التي كُتبت عليها المواصفة.

وتختلف ترتيبات التعويض بحسب الفئة. فالرئيسية تعطي التعويض اليدوي مع تعويض خطّي تلقائي، وتعويضات مخصّصة للحمض والقلويّ والماء النقيّ للتيارات التي لا يكفي فيها نموذج خطّي واحد. والوسيطة تقبل حسّاس NTC10K أو Pt1000، والاقتصادية NTC10K، وكلاهما على امتداد -10 إلى 130 °C. وفي كل فئة يحدّد القطب المركَّب المدى المستعمل، والمادة لا تُورِد جدول حرارة لعائلة الأقطاب.

الترجيح بين الفئات الثلاث

ابدأ من الحلقة لا من اللوحة. فحيث يجب إرسال قيمة واحدة وتحميل حمل واحد، تقوم الفئتان الأصغر بالعمل كله في فتحة 96 × 96 mm أو 100 × 100 mm. وحيث يجب إرسال pH وقيمة ثانية، فمخرجا الرئيسية المعزولان هما ما يجعل ذلك ممكنًا من غير جهاز ثانٍ، وتماساتها الثلاثة - اثنان للإنذار وواحد للتنظيف - تسمح ببرمجة نفاثة أو فرشاة تنظيف من غير استعارة مرحل إنذار.

ثم تحقَّق من التغذية، لأن الفئات الثلاث لا يتبادَل فيها. فالرئيسية تقبل من 85 إلى 265 V مترددة أو من 21,6 إلى 26,4 V مستمرة، فتعمل على ما توفّره اللوحة. والاقتصادية تأخذ 220 V مترددة ±10% بتردد 50 Hz أو 24 V مستمرة، والوسيطة 220 V مترددة ±10% بتردد 50 أو 60 Hz أو 24 V مستمرة ±20% وقدرة دخول لا تقلّ عن 6 واط. وتحذّر المادة صراحة من خلط هذه، ولوحة يغذّى مزوّدها بجهد خارج المدى الأضيق تحتاج الرئيسية أو تغذية منفصلة.

ثم احسم اللوحة نفسها. فالهياكل الثلاثة مقاسات مختلفة وحاشياتها الأمامية لا تتبادَل، فيجب حسم فتحة التركيب قبل صنع اللوحة. ومادة الهيكل، وحلقة الإحكام، والحماية من الدخول غير منصوص عليها في المادة، وهذا يهمّ على جدار يُغسَل.

كيف تختار القطب

المتحكّم نصف الحلقة فقط، وفي أكثر التركيبات القطب هو الذي يحسم هل يعمل القياس. فالمادة تعدّ قائمة جزئية من أقطاب مطابِقة - نموذج بجسم بلاستيكي للعمل المتّصل المستمر، وخمسة زجاجيات لجودة المياه العامة - من غير جدول مقدارات لواحد منها. فالمديات، وحدود الحرارة، وحدود الضغط، وسنابر الوصلة يجب تأكيد كل منها بحسب الطراز لا قراءتها من هذه الصفحة.

أربعة أسئلة تحسم القطب، وإجابتها قبل طلب الجهاز نافع. ما في الوسط: فحمض الهيدروفلوريك، والقلويّ القويّ، والكبريتيدات، والزيوت، والبروتينات، والمواد الصلبة الغزيرة، كلٌّ يهاجم جزءًا من الخليّة. وعند أي حرارة يعمل، بما في ذلك دورة تنظيف أو تعقيم، لأن ذلك يحدّد اختيار القطب وعمره معًا. وكم ضغط الخطّ وهل يتغيّر، لأن وصلة المرجع تتأثّر بالضغط، والحالة المتأرجحة أو التفريغ قد تسحب المرجع إلى العيّنة. وكيف يُتوصّل إلى الحسّاس: فقطب لا يُسحَب لتنظيفه من غير تفريغ الخطّ هو قطب سينجرف.

وتحذير المادة نفسه يستحقّ التكرار. فامتداد تعويض درجة الحرارة مكتوب -10 إلى 130 °C، لكن امتداد القياس المستعمل يعود إلى القطب، ولا جدول حرارة للقطب مورَّد. فحيث تجري العملية ساخنة، فهذا سؤال لعرض السعر لا افتراض من هذه الصفحة.

المخارج والإنذار وحلقة التحكّم

تعطي الفئات الثلاث جميعها مخرج تيار معزولًا، فيفصل كهربائيًا بين الجهاز والجهاز المستقبل ويُسقِط حلقة التأريض بينهما. فالرئيسية قناتان قابلتان للإسناد على مدى القياس، بمقدار ±0,1% من كامل المدى ومطابقة NAMUR NE43. وفي الوسيطة والاقتصادية قناة واحدة بمقدار ±0,2% من كامل المدى. وكل فئة مقدَّرة لحمل أقصى 750 Ω، وهو كافٍ لمسار كابل معتاد لكنه غير محدود: فيجب أن تبقى مقاومة الكابل والجهاز المستقبل داخله، وإلا لم يبقَ المنقول مضبوط، وابتعدت القراءة عند الطرف الآخر عن القراءة المقيسة من غير أن يُعلَن عطل.

وتماسات الإنذار تماسات مرحل، وتنصّ المادة على قدرة قطعها لا على نوعها وحده. فالرئيسية ثلاثة تماسات SPST، اثنان للإنذار وواحد للتنظيف، بنوعي المفتوح والمغلق في الوضع العادي، مقدَّرة عند 250 V و5 A متردّدة. وفي الفئتين الأخريين تماسان مقدَّراهما 250 V و3 A متردّدة. ومضخّة حقن أو صمام كهرومغناطيسي داخل هذين المقدَّرَين يُقطع مباشرة؛ وفوقهما، أو على حمل محثّي، نصيحة المادة نفسها أن يُفاصَل بمرحل فيقطع الجهاز ملفًّا لا الحمل. وبذلك تبقى التماسات داخل مقدّرها، وينتقل التآكل إلى قطعة تُبدَّل.

وحيث يجب أن تُحمَل قراءة إلى عيّنة لا أن تبقى في الخطّ، فالأداة هنا خاطئة: فمقياس pH يُحمَل إلى العيّنة ويُقرأ هناك، ولا يحتاج تغذية، ولا أسلاكًا، ولا فتحة لوحة. والمحلّل يوجد لأن القراءة يجب أن تبقى في موضعها وتقود شيئًا. وحيث المطلوب فحص مفرد في موضع، أو مسح ميداني عبر مواضع كثيرة، فالمقياس أرخص وأوصل إلى الغرض.

حدود القياس واعتبارات الاختيار

رقم ±0,02 pH هو الدقة الكهربائية للمتحكّم. وهو ليس دقّة القياس المركَّب، الذي تحدّده حالة القطب وعمره، وحداثة المحاليل المنظِّمة التي يُعايَر عليها، وهل يعادل التعويض التيار الحقيقي، والوسط نفسه، وكرة القطب المغلَّفة أو وصلة المرجع المسدودة جزئيًا تحرّك القراءة أكثر من خطأ المتحكّم نفسه، ولهذا كان الروتين الذي يهمّ هو التنظيف، والمعايرة في محلول منظِّم جديد، وتبديل قطب لا يعود يجتاز الفحص بدل إعادة معايرة قطب فسد.

وأكثر من معامل غير منصوص عليه في المادة كلها: درجة الحماية من الدخول، وحدود درجة الحرارة المحيطة والرطوبة، وقوة العزل. ولم يُشتقّ هنا شيء لسدّ تلك الفجوات. فهي معدودة في المعلومات المطلوبة، وتنبيه المادة نفسه أن كل الأرقام اسمية عند المورَّد، وأن تُؤكَّد مقابل اللوحة التعريفية والدليل المسلَّم، يسري على الصفحة كلها.

وتركيب اللوحة يحسم أيضًا تفصيل تركيب يستحقّ التفكير قبل فتح الفتحة. فالمادة تعرض تركيبًا مائلًا للقطب بزاوية 15 درجة، وهو توصية حول كيف يقف الحسّاس فتلامس أغشيته الحسّاسة الوسط كاملًا ولا تتجمّع فقاعات عليه؛ وهو ليس طريقة ثانية لتثبيت المتحكّم. فالمتحكّم نفسه جهاز غائر في اللوحة تجلس حاشيته على وجهها، وتنصّ المادة على أن الدليل المسلَّم هو المعوَّل عليه حيث أظهر الرسم الترتيبَين.

الطلب

يصحّ إصدار عرض السعر من الوظيفة الموصوفة في الاستعلام. وما يحدّد الجواب: الوسط وحرارته، ومدى pH أو ORP المرتقب والنطاق الذي يجب إمساكه، وضغط الخطّ وهل يتغيّر، وترتيب التركيب المتاح عند موضع القياس وكم من الوصول للفصل، وكمّ من القيم يجب إرسالها ومن سيقرأها، وهل يجب أن تقود القراءة حقنًا أو تُسجَّل فقط، والتغذية المتوفّرة في اللوحة، والحماية من الدخول التي يطلبها الموقع. والكمية، وميناء الوصول، وتاريخ التسليم المطلوب تُتمّ الاستعلام.