หัวโพรบวัดและทดสอบค่าการนำไฟฟ้าทำงานอย่างไร ?

ความหมายของ "Conductivity" (ค่าการนำไฟฟ้า)

ค่าการนำไฟฟ้า (Conductivity) หมายถึง ความสามารถของวัสดุในการนำกระแสไฟฟ้า เป็นสมบัติพื้นฐานในสาขาฟิสิกส์ เคมี และวิศวกรรม ซึ่งมีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรม

ค่าการนำไฟฟ้าวัดเป็นหน่วย Siemens ต่อเมตร (S/m) และมีค่ากลับเป็น Resistivity (ค่าความต้านทาน) วัดเป็นหน่วย โอห์ม-เมตร (Ω·m) วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงจะนำกระแสไฟฟ้าได้ดี ในขณะที่วัสดุที่นำไฟฟ้าได้ต่ำจะเป็นฉนวน

• โลหะ เป็นตัวนำไฟฟ้าชั้นเยี่ยม เนื่องจากโครงสร้างอะตอมมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ง่าย
• ฉนวน เช่น ยาง พลาสติก แก้ว มีอิเล็กตรอนที่จับแน่น ทำให้กระแสไหลผ่านได้ยาก
• สารกึ่งตัวนำ (Semiconductors) มีค่าการนำไฟฟ้าปานกลางและไวต่ออุณหภูมิหรือสารเจือปน ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น ทรานซิสเตอร์ ไดโอด

โพรบวัดค่าการนำไฟฟ้าคืออะไร?

โพรบวัดค่าการนำไฟฟ้า (Conductivity Probe) หรือ EC Probe คืออุปกรณ์ที่ใช้วัดค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย มีบทบาทสำคัญในเคมี สิ่งแวดล้อม วิศวกรรมแหล่งน้ำ เกษตรกรรม และการวัดคุณภาพน้ำ
ประกอบด้วยอิเล็กโทรด (Electrodes) ที่ทำจากวัสดุนำไฟฟ้า เมื่อจุ่มในของเหลวจะมีการไหลของกระแสไฟระหว่างอิเล็กโทรด ค่าการนำไฟฟ้าจะขึ้นกับปริมาณไอออนในสารละลาย ยิ่งมีไอออนมาก ค่ายิ่งสูง

ประเภทของโพรบ :

1. แบบ 2 ขั้ว (Two-electrode) เหมาะสำหรับการวัดทั่วไปในของเหลวที่มีความนำไฟฟ้าปานกลาง
2. แบบ 4 ขั้ว (Four-electrode) แม่นยำกว่า ลดปัญหา Polarization
3. แบบเหนี่ยวนำ (Inductive/Contactless) ใช้กระแสสลับ เหมาะกับการวัดแบบต่อเนื่อง

องค์ประกอบหลักของโพรบ

• อิเล็กโทรด (Electrodes) : ส่วนสัมผัสกับของเหลว ทำจากโลหะหรือกราไฟต์
• ตัวเรือน (Sensor Body) : ป้องกันความเสียหาย มักทำจากสแตนเลสหรือพลาสติก
• ค่า Cell Constant : ค่าคงที่ที่ใช้คำนวณค่าการนำไฟฟ้า
• เซนเซอร์วัดอุณหภูมิ (Temperature Sensor) : บางรุ่นมีเพื่อชดเชยผลจากอุณหภูมิ
• สายสัญญาณ (Connector) : เชื่อมต่อกับอุปกรณ์แสดงผล
• น้ำยามาตรฐาน (Calibration Solutions) : ใช้ปรับเทียบให้ได้ค่าที่ถูกต้อง
• เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้า (Conductivity Meter) : แสดงค่าการวัดจากโพรบ

หลักการทำงาน

1. ปล่อยกระแสผ่านอิเล็กโทรดที่จุ่มในสารละลาย
2. ไอออนในสารละลายจะเคลื่อนที่ตามขั้วไฟฟ้า
3. กระแสที่ไหลเกิดจากการเคลื่อนที่ของไอออน
4. ระบบวัดแรงดันและกระแส แล้วคำนวณค่าการนำไฟฟ้า
5. อุณหภูมิส่งผลต่อค่าการวัด จึงมีระบบชดเชย
6. ผลลัพธ์จะแสดงในหน่วย S/m หรือ µS/cm

ประเภทของโพรบ

• แบบ 2 ขั้ว / 4 ขั้ว
• แบบเหนี่ยวนำ (ไม่สัมผัส)
• แบบจุ่มน้ำ (Submersible)
• แบบฝังในท่อ (Flow-through)สำหรับอุณหภูมิสูง
• แบบวัดหลายค่าในตัวเดียว (Multiparameter)

การสอบเทียบ (Calibration)

• แบบ 1 จุด (1-Point): ใช้มาตรฐานเพียงค่าเดียว เหมาะกับงานทั่วไป
• แบบ 2 จุด (2-Point): ใช้ค่าต่ำและสูง ทำให้แม่นยำกว่า