オンライン pH/ORP 調節計

pH 分析計は、酸性度を制御系が扱えるものに変える計器である。配管の中やタンクの壁に据わり、ガラス電極を通して連続的に読み、薬液注入ポンプ、調節計、記録計が追随できる電流出力を保持する。この製品群は、同じ電極化学の上に築かれた 3 つのパネル取付の調節計をカバーする。絶縁された出力 2 系統と独立した洗浄接点を備えた 4.3 インチの最上位形と、同じ pH 精度をより小さな筐体に、出力 1 系統で担う 2.8 インチの 2 階層である。

階層は、測定ではなく筐体とループについての判断として読むのが最も分かりやすい。3 階層すべてが pH を ±0.02 まで読み、同じ電極を受け付ける。最上位形より下で変わるのは、計器が同時に伝送できる値の数、備える接点の数、そして盤の面積をどれだけ占めるかである。

調節計が測定するもの

主たる測定は pH である。その背後に 2 つ目の測定、ORP があり、pH 電極の代わりに ORP 電極を取り付けると、同じ計器がこれを読む。両者は互いの変種ではない。pH は水素イオン活量を対数尺度で報告し、ORP は溶液が酸化または還元しようとする傾向をミリボルトで報告する。塩素を含む流路は、ORP が動いても pH は安定を保つことがあるため、消毒ループと中和ループは、同じプラントにあっても別のものを測定している。

最上位形は pH スパンを -(2.00〜16.00) まで広げ、アンチモン電極に対応する。ガラス膜ではもたない強酸・強アルカリでこれが効く。2 つの小さい階層は 0〜14 pH にわたって働く。ORP 側では、最上位形が ±2000 mV に達し、エコノミー形は -1000〜+1000 mV に限られ、高仕様形はその範囲を担い、±2000 mV は受注対応で用意される。

測定の仕組み

ガラス製の測定電極と参照電極が電気化学電池を構成し、その両端の電圧は、間に挟まれた溶液の水素イオン活量に依存する。応答は対数なので、ミリボルトの一定の変化は、比例した変化ではなく、一定の pH の変化に対応する。調節計は、既知の pH の標準液で設定した校正を用いてその電圧を pH 値に換算し、温度補償を適用して、電極の応答を実際に測定した温度に補正する。

そこから 3 つの帰結が導かれ、いずれも電子回路より重要である。第 1 に、測定は比較なので、電池の参照側は測定側と同じくらい重要である。一部が詰まるか消耗した参照電極の接合部は、ドリフトする、または反応の鈍い読みとして現れ、どれだけ再校正しても直らない。第 2 に、ガラス膜は消耗品である。劣化し、乾かせば脱水し、弗酸と、高温での強アルカリに侵される。第 3 に、温度補償が補正するのは電極であってプロセスではない。プロセスの pH が実際に温度で変わる場合、補償は電極の応答に追随してその温度での真の pH を報告する。これは、仕様が前提に書かれた pH とは別の事柄である。

補償の構成は階層で異なる。最上位形は手動補償と自動の直線補償を備え、単一の直線モデルでは精度が足りない流路向けに、酸・アルカリ・純水の専用補償を用意する。高仕様形は NTC10K または Pt1000 のセンサを、エコノミー形は NTC10K を受け付け、いずれも -10〜130℃ の範囲である。どの階層でも、使える範囲は取り付けた電極で決まり、資料は電極の範囲について温度表を提供していない。

3 階層の選び分け

盤ではなくループから始めること。設置が 1 つの値を伝送し 1 つの負荷を開閉するだけなら、小さい階層が 96 x 96 mm または 100 x 100 mm の取付穴で仕事を全部担う。pH ともう 1 つの値の両方を伝送する必要があるなら、最上位形の絶縁された出力 2 系統が、2 台目の計器なしにそれを可能にする。その接点 3 点（警報 2 点と洗浄 1 点）は、警報リレーを借りずにジェット洗浄またはブラシ洗浄を順序制御できる。

次に電源を確認する。3 階層はそこで互換でないためである。最上位形は AC (85〜265) V または DC (21.6〜26.4) V を受け付けるので、盤がたまたま用意する電源で動く。エコノミー形は AC 220 V ±10 % の 50 Hz または DC 24 V、高仕様形は AC 220 V ±10 % の 50/60 Hz または DC 24 V ±20 %、入力電力は 6 W 以上である。資料はこれらを混用してはならないと明示的に注意しており、狭い範囲の外の電圧で給電される盤では、最上位形か別の電源が必要になる。

次に盤そのものを決める。3 つの筐体は大きさが異なり、前面ベゼルは互換でないため、盤を作る前に取付穴を決める必要がある。筐体材質、ガスケット、保護等級は資料に記載なしで、洗い流しのある壁ではこれが問題になる。

電極の選定

調節計はループの半分にすぎず、ほとんどの設置では、測定が成り立つかどうかを決めるのは電極である。資料は適合する電極の一部を挙げている。連続オンライン作業向けの樹脂ボディの 1 機種と、一般水質向けのガラス 5 機種で、いずれにもパラメータ表がない。したがって範囲、温度限界、圧力限界、接続ねじは、このページから読み取るのではなく、機種ごとに確認する必要がある。

電極を決めるのは 4 つの問いで、計器を注文する前に答えておく価値がある。媒体に何があるか。弗酸、強アルカリ、硫化物、油、タンパク質、重い固形物は、それぞれ電池の別の部分を攻撃する。何度で動くか。洗浄や滅菌のサイクルも含めてで、これが電極の選択と寿命の両方を決める。ライン圧力がいくつで、変動するか。参照電極の接合部は圧力に応答し、大きく振れる圧力や真空は参照側を試料に引き込むことがある。そしてセンサにどう到達するか。ラインを排水せずに引き抜いて洗浄できない電極は、ドリフトする電極である。

資料自身の注意は繰り返す価値がある。温度補償の範囲は -10〜130℃ と記されているが、使える測定範囲は電極に属し、電極の温度表は提供されていない。プロセスが高温で動く場合、それはこのページからの想定ではなく、見積りへの問いである。

出力、警報、制御ループ

3 階層すべてが絶縁された電流出力を備え、計器と受け側機器を電気的に切り離し、両者の間のグランドループを避ける。最上位形は 2 系統で、測定範囲全体に割当て可能、±0.1 %FS、NAMUR NE43 に適合する。高仕様形とエコノミー形は 1 系統で ±0.2 %F.S である。どの階層も最大負荷 750 Ω に定格され、通常のケーブル区間には十分だが無制限ではない。ケーブルと受け側計器の抵抗がその中に収まらなければ、伝送する電流を調整できなくなり、故障が示されないまま、遠端で読む値が測定値から離れていく。

警報接点はリレー接点で、資料は型式だけでなく開閉容量を示している。最上位形は SPST 接点 3 点を備え、警報 2 点と洗浄 1 点、常開と常閉の形で、250 VAC / 5 A に定格される。他の 2 階層は接点 2 点で AC 250 V / 3 A に定格される。これらの定格内の薬液注入ポンプや電磁弁は直接開閉できる。それを超える場合、または誘導性負荷では、計器が負荷ではなくコイルを開閉するよう、間にリレーを入れるのが資料自身の助言である。これにより接点を定格内に保ち、消耗を交換可能な部品へ移せる。

測定上の制約と選定の留意点

±0.02 pH という数値は、調節計の電気的な精度である。設置した測定の精度ではなく、それは電極の状態と経年、校正に用いる標準液の新しさ、補償が実際の流路と合っているかどうか、そして媒体そのもので決まる。球部の被膜や、一部が詰まった参照電極の接合部は、調節計自身の誤差よりはるかに大きく読みを動かす。だからこそ重要な日課は、洗浄し、新しい標準液で校正し、基準を通らなくなった電極は再校正するのではなく交換することである。

選定で重要ないくつかの数値については、資料に記載なしである。保護等級、周囲温度と湿度の限界、絶縁耐力である。ここではその空白を推論で埋めていない。それらはデータ要確認として挙げてあり、すべての数値は供給元の公称値であり、納品される銘板とマニュアルに対して確認すべきだという資料自身の注記は、ページ全体に当てはまる。

パネル取付は、取付穴を開ける前に考えておく価値のある設置の細部も固定する。資料は 15 度の角度を付けた電極設置を図示しているが、これは、感応膜が媒体に十分に触れ、泡がそこにたまらないようセンサをどう構えるかについての推奨であり、調節計の 2 つ目の取付方法ではない。調節計自体は、ベゼルが盤面に位置する埋込み形のパネル計器で、図が両方の配置を示す場合は納品されるマニュアルが優先すると資料は述べている。

ラインに保持するのではなく試料のところへ読みを取りに行く必要があるなら、この計器は適切でない。pH 計は試料のところへ運んで読むもので、電源も配線もパネル取付穴も要らない。分析計が存在するのは、読みがその場に留まり、何かを駆動する必要があるためである。単発の抜き取り確認や、多くの点を回る現場調査が要件なら、pH 計のほうが安価で実用的である。

ご注文について

見積りは、照会に記された用途から発行できる。答えを決める項目は、媒体とその温度、想定される pH または ORP の範囲と保持すべき帯、ライン圧力とその変動の有無、測定点で可能な取付形式と取り外しのための到達性、伝送する必要がある値の数とそれを読む側、読みが薬液注入を駆動するのか記録だけでよいのか、盤で確保できる電源、そして設置場所が要求する保護等級である。数量、仕向港、必要な納期がこれを完成させる。