Leitfähigkeitssensoren: Funktion und Nutzen
Als praktische und kostengünstige Variante der chemischen Prozessanalyse sind Leitfähigkeitssensoren weit verbreitet einsetzbar. Durch die Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen werden Prozesse steuerbar, verfolgt und geregelt. Hierbei werden Druck, Temperatur, Verschmutzungsverträglichkeit und Widerstandsfähigkeit analysierbar. Der breit gefächerte Anwendungsbereich der Sensoren erstreckt sich über unterschiedliche Felder der Industrie und Wirtschaft. Je nach spezifischer Anforderung existieren verschiedene Sensortypen.
Definition elektrischer Leitfähigkeit
Als elektrische Leitfähigkeit wird die Eignung verschiedener Stoffe bezeichnet, elektrischen Strom in Anwesenheit eines elektrischen Feldes zu erzeugen. Teilweise wird für die physikalische Größe auch der Name „Konduktivität“ eines Materials verwendet. Diese Fähigkeit wird durch die Zahl und Beweglichkeit der Stoff eigenen freien Ladungsträger bestimmt. Je nach Temperatur unterscheidet sich jene Beweglichkeit auch innerhalb desselben Materials, weshalb die Leitfähigkeit meist bei einer Temperatur von 25 °C angegeben wird. Stoffe sind als Supraleiter, Leiter, Halbleiter oder Isolatoren klassifizierbar. Sämtliche Metalle zählen zu den Leitern, wobei Silber die höchste elektrische Leitfähigkeit besitzt. Isolatoren sind unter anderem Nichtmetalle und Kohlenwasserstoffverbindungen. Bei flüssigen Stoffen beeinflusst die Menge der gelösten geladenen Atomen oder Ionen die elektrische Leitfähigkeit.
Wo werden Leitfähigkeitssensoren benötigt?
In industriellen sowie ökologischen Anwendungen findet die Messung der Leitfähigkeit dazu Gebrauch, den Ionengehalt bestimmter Lösungen zu prüfen. So 
werden Prozesse überwacht und Produkte oder Wasser kontrolliert. Man verwendet Leitfähigkeitssensoren in verschiedensten Industrien, von der Chemie über Nahrungsmittel bis hin zur Energie. Unter anderem bei der Wasseraufbereitung in pharmazeutischen Bereichen, aber auch im Falle der Trink- und Abwasserreinigung sind Sensoren zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit ein bedeutsames Hilfsmittel. Die Reinheit von Wasser kann überwacht werden, was ebenfalls in der Halbleiter-Fertigung oder der Meerwasserentsalzung eine Rolle spielt. Oberflächenwasser werden mittels eines Leitfähigkeitssensors überprüft und industrielle Abwässer neutralisiert. Weiterhin ermöglichen sie die Steuerung von CIP-Reinigungen und darauf folgenden Spülprozessen in der Lebensmittelindustrie, die Wasserenthärtung für Dampferzeugung innerhalb Kraftwerken oder eine Konzentrationsbestimmung von Salzen und Säuren.
Differenzierung und Vorteile unterschiedlicher Ausführungen eines Leitfähigkeitssensors
Vorrangig sind Leitfähigkeitssensoren nach konduktiver oder induktiver Messung unterscheidbar. Bei konduktiven Varianten misst der Sensor direkt in der Lösung. Er besteht grundsätzlich aus zwei gegenüberliegenden Elektroden. An diese wird Wechselspannung angelegt und somit ein Strom im Medium erzeugt. Je höher die Zahl freier Ladungsträger enthalten sind, desto höher ist die Leitfähigkeit und dementsprechend der messbare Stromfluss. Solche Modelle eignen sich vor allem für die Messung niedriger Leitfähigkeiten in reinem Wasser.
Im Falle induktiver Sensoren wird erfolgt eine mehrschrittige Messung, wobei kein direkter Kontakt mit dem Medium (der Lösung) besteht. Die Sonden enthalten eine Sende- sowie eine Empfangsspule. Zunächst erzeugt ein Oszillator ein magnetisches Wechselfeld in der Sendespule. Dadurch entsteht eine Spannung in der zu untersuchenden Lösung. Die darin enthaltenen Ionen werden in Bewegung versetzt, wodurch ein Wechselstrom erzeugt wird. Daraus ergibt sich wiederum ein magnetisches Wechselfeld. Schließlich fließt in der Empfangsspule Strom. Auch hier gilt: Stromstärke und Leitfähigkeit sind direkt abhängig von der Zahl freier Ladungsträger. Besonders bei Flüssigkeiten mit hoher Leitfähigkeit wie Basen, Säuren oder Solen sind induktive Leitfähigkeitssensoren die bessere Wahl. Durch die kontaktfreie Messung ist der Sensor gegen Korrosion bei aggressiveren Lösungen geschützt. Darüber hinaus erfolgt keine Beeinträchtigung durch oberflächliche Ablagerungen.
