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Quel lien Existe-t-il entre la conductivité électrique et la résistivité électrique ?
La conductivité électrique est un phénomène physique qui consiste à laisser passer librement les charges électriques dans un corps, solide ou liquide. Il s'oppose à la résistivité, qui ralentit le courant en lui résistant.Quelle relation Existe-t-il entre résistivité et conductivité d'un matériau ?
La conductivité électrique est l'inverse de la résistivité. La conductivité d'un matériau homogène est égale à la conductance d'un conducteur cylindrique constitué de ce matériau, divisée par sa section, et multipliée par sa longueur.Quelle est la formule de la résistivité ?
Cette formule signifie Tension = Courant x Résistance ou V = A x ?. Appelée loi d'Ohm en référence au physicien allemand Georg Ohm (1789-1854), la loi d'Ohm détermine les principales quantités en action dans un circuit.- La résistivité correspond à la résistance d'un tronçon de matériau d'un mètre de longueur et d'un mètre carré de section et est exprimée en ohms-mètres (??m) ou en ohms (?). 1 ??m = 1000 ?. Dans la théorie, une eau ultra-pure possédant 0 µS/cm de conductivité aura un maximum de résistivité (28 m omega).
Guide de la mesure
de conductivitéReinhard Manns
Remarque :
cette brochure a été écrite en notre âme et conscience. Nous n'assumons pas la responsabilité
d'éventuelles erreurs. Dans tous les cas, les notices de mise en service des appareils concernés
prévalent.Avant-propos
La mesure de conductivité est un procédé simple à mettre en oeuvre pour déterminer et surveiller la
concentration totale en sels dans les eaux. On la rencontre dans de nombreux domaines d'analyses industrielles et de l'environnement. Qu'il s'agisse du nettoyage des conduites de remplissage dansune laiterie ou de la protection du système de refroidissement dans une usine de production d'én-
ergie, les opérations correctes dépendent toujours de la valeur de la conductivité.Ce guide présente les notions électrochimiques sous-jacentes et les applications typiques, dans
une forme généralement compréhensible. Elle apporte en plus des indications sur l'état de l'art des
convertisseurs de mesures, régulateurs et capteurs pour la mesure de cette grandeur.Nous maintenons ce " Guide de la mesure de conductivité » constamment à jour et appelons nos
lecteurs à contribuer à un échange d'expérience et de connaissances. Nous accueillerons volontiers
toute réaction ou contribution à la discussion.Fulda, avril 2007
Reinhard Manns
Ingenieur dipl. (FH)
Reproduction autorisée avec mention de la source!Numéro d'article : 00411340
Numéro de livre : FAS 624
Date d'impression : 04.07JUMO Régulation SAS
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Guide de la mesure de conductivité
Sommaire
1 Bases ................................................................................................. 7
1.1 Généralités .......................................................................................................... 7
1.2 Méthodes de mesure de la conductivité .......................................................... 8
1.2.1 Généralités ............................................................................................................ 8
1.2.2 Constante de cellule ............................................................................................. 9
1.2.3 Tension alternative .............................................................................................. 10
1.2.4 Principes de mesure ........................................................................................... 10
1.2.5 Cellule de mesure à induction ............................................................................ 12
2 Technique de mesure ..................................................................... 13
2.1 Construction d'un dispositif de process ........................................................ 13
2.1.1 Cellule de mesure ............................................................................................... 13
2.1.2 Armatures ........................................................................................................... 14
2.1.3 Convertisseur de mesure/régulateur .................................................................. 14
2.1.4 Matériau des câbles de raccordement et autres ................................................ 15
2.2 Mise en service du dispositif de mesure ........................................................ 15
2.2.1 Point de mesure .................................................................................................. 15
2.2.2 Calibrage/réglage ............................................................................................... 15
2.2.3 Conditions de mesure ......................................................................................... 17
2.2.4 Solutions de référence ........................................................................................ 20
3 Assurance-qualité .......................................................................... 21
3.1 Documentation .................................................................................................. 21
3.2 Entretien ............................................................................................................ 23
3.3 Problèmes/Mesures ......................................................................................... 25
3.4 Nettoyage .......................................................................................................... 25
3.5 Possibilités de test sur le terrain ..................................................................... 26
3.6 Stockage de la cellule de mesure ................................................................... 26
4 Applications .................................................................................... 27
4.1 Stations d'épuration d'eaux usées .................................................................. 27
4.2 Galvanisation ..................................................................................................... 28
4.3 Installations de remplissage de boissons ...................................................... 28
4.4 Usines de production d'énergie ...................................................................... 29
4.5 Pharmacie .......................................................................................................... 31
4.6 Stations de déminéralisation totale ................................................................ 32
4.7 Mesure de la concentration ............................................................................. 33
Guide de la mesure de conductivité
5 Aspects juridiques ......................................................................... 35
6 Sources ........................................................................................... 37
7 Annexe ............................................................................................ 39
7.1 Exemple de rapport d'essai d'une cellule de mesure ................................... 39
7.2 Exemple de certificat de calibrage d'un convertisseur de mesure .............. 40
Sommaire
1 Bases 7JUMO, FAS 624, édition 04.07
1 Bases
1.1Généralités
La conductivité
1 2 exprime la propriété d'un matériau de conduire le courant électrique. Dans lescas des métaux, c'est le mouvement des électrons qui assure le passage du courant. Dans les so-
lutions aqueuses, ce sont les ions qui effectuent le transport des charges. Les ions résultent de la
dissolution de sels, acides et bases. Plus le liquide contient d'ions, mieux il conduit le courant. Figure 1 : les sels se décomposent en ions chargés positivement et négativement.Cette relation entre la concentration en ions et la capacité de conduire le courant électrique fait de
la conductivité une grandeur intéressante à mesurer dans l'analyse de l'eau. Elle convient très bien
pour déterminer la concentration en sels dissous.Le résultat de la mesure de conductivité ne s'exprime pas en mg/l, ni en pourcentage, mais en S/m
(siemens par mètre). En pratique, les unités usitées sont les sous-multiples µS/cm et mS/cm.
Tableau 1 : conversion des unités de conductivité. Le tableau suivant rappelle la relation entre concentration de sel et conductivité. Tableau 2 : exemples de valeurs de conductivité. 1 Il s'agit précisément de la conductivité électrique spécifique. 2 Le symbole de la conductivité électrique a été (kappa) ou (khi). Depuis 1993, la norme européenne EN 27 888 impose (gamma).S/mS/cmmS/cmµS/cm
S/m1 0,01 10 10.000
S/cm100 1 1.000 1.000.000
mS/cm0,1 0,001 1 1.000µS/cm0,000 1 0,000 001 0,001 1
Eau ou solution aqueusePlage de conductivité à 25°CConcentration en selEau ultra-pure 0,055µS/cm 0mg/l
Eau déminéralisée 0,055 à 2µS/cm 0 à 1mg/lEau de pluie 10 à 50µS/cm 5 à 20mg/l
Eaux souterraines, eaux de
ruissellement et eau potable50 à 1000µS/cm 20 à 50mg/lEau de mer 20 à 60mS/cm 10 à 40g/l
Solution de sel de cuisine 77 à 250mS/cm 50 à 250g/l1 Bases
8 1 BasesJUMO, FAS 624, édition 04.07
1.2 Méthodes de mesure de la conductivité
1.2.1 Généralités
Le principe de base de la mesure de conductivité est le même dans toutes les méthodes: l'ap-
pareil de mesure applique une tension électrique à la solution à mesurer. Un courant électrique cir-
cule en fonction de la conductivité. Suivant la méthode ou l'application, l'appareil de mesure impo-
se une tension constante et enregistre la variation du courant électrique, ou bien l'appareil de me-
sure impose un courant constant et évalue la variation de tension. Figure 2 : schéma d'une cellule de mesure de conductivité.Les deux principes s'appuient sur la loi d'ohm.
R : résistance électrique
I : intensité du courant électrique
U : tension électrique ou conversion pour la conductivitéG : Conductance
: conductivité électrique (spécifique)I : intensité du courant électrique
U : tension électrique
k' : constante de celluleÀ tension constante, le courant augmente proportionnellement à la conductivité. À courant con-
stant, la tension diminue quand la conductivité augmente. Comme le montre la loi d'Ohm, la mesu-re de conductivité est en fait une mesure de résistance. La valeur inverse I/U donne la conductivité
à partir de la résistance.
RUI----1
G----==
(1) IU----k'=
(2)1 Bases 9
1 Bases
JUMO, FAS 624, édition 04.07
1.2.2 Constante de cellule
La conductivité, comme la résistance, dépend des dimensions physiques des conducteurs élec-
triques. La longueur et la section du conducteur déterminent la constante de cellule. Figure 3 : représentation schématique de la surface active. Avec une faible longueur de conducteur, les électrodes sont proches l'une de l'autre. Plus la di-stance entres les électrodes est faible, plus faible est la résistance de la solution soumise à la me-
sure. L'effet des électrodes sur les ions augmente.Une grande section de conducteur équivaut à une grande surface des électrodes. Plus la surface
des électrodes est grande, plus faible est la résistance de la solution soumise à la mesure. Plus la
surface augmente, plus nombreux sont les ions qui se trouvent dans la zone d'influence des élec- trodes.La section du conducteur électrique est en règle générale supérieure à la surface des électrodes.
Les électrodes n'agissent pas seulement sur les ions qui se trouvent directement entres les élec-
trodes, mais aussi sur ceux des zones limitrophes. L'effet du champ des électrodes sur les ions di-
minue avec la distance. Les champs limitrophes peuvent être délimités par la conception de la cel-
lule ou l'endroit où elle est installée, par exemple les parois d'un tube. Ces effets sont pris en compte dans la constante de cellule. k' : constante de cellule l : longueur du conducteurA : section du conducteur
Il s'agit donc pour la conductivité électrique (spécifique) g d'une grandeur spécifique à la matière
qui contrairement à la conductance ne dépend pas des facteurs géométriques. La valeur exacte
de la constante de cellule est obtenue par calibrage avec une solution de référence dont la con-
ductivité dépendante de la température est connue. k'I A---= (3)1 Bases
10 1 BasesJUMO, FAS 624, édition 04.07
1.2.3 Tension alternative
Le courant électrique entre les électrodes dépend du mouvement des ions à travers la solution à
mesurer. Le ions se déplacent pendant la mesure vers l'électrode de charge opposée. Chaque ion
qui appartient à une surface d'électrode équilibre une partie de la tension entre les électrodes.
Comme il n'est plus en mouvement, il bloque le courant électrique. Cet effet (polarisation) peut être
combattu par une tension alternative. Grâce à l'inversion constante de la polarité, seule une faible
quantité d'ions atteint les électrodes, et encore pendant une courte durée. Plus la solution est riche
en ions, plus grande est la conductivité, plus la fréquence fournie par l'appareil de mesure devra
être élevée pour prévenir la polarisation. Les appareils de mesure modernes (par ex. JUMO dTRANS Lf 01) adaptent la fréquence de la ten- sion à la plage de mesure, de façon à obtenir des résultats optimaux.1.2.4 Principes de mesure
- Principe par conduction cellules de mesure à deux électrodes cellules de mesure à quatre électrodes - Principe par inductionCellules à deux électrodes
La cellule à deux électrodes est la forme la plus simple des cellules de mesure de la conductivité.
Elle est parfaitement suffisante pour les mesures industrielles générales. Cette cellule est consti-
tuée de deux électrodes et d'un plongeur qui les réunit. Les deux électrodes sont soumises à une
tension alternative constante. Le signal de mesure est le courant qui circule à travers la solution à
mesurer.Ces cellules se distinguent suivant les applications par la constante de cellule et la nature des élec-
trodes. Figure 4 : schéma d'une cellule à deux électrodes.Une saleté sur l'électrode, en réduisant la surface de l'électrode génère une plus petite valeur de
mesure. Pour les faibles valeurs de conductivité, cet effet est souhaitable. Pour les valeurs de me-
sure plus fortes, la capacité d'enregistrement de l'appareil de mesure peut primer. Cela fait de la
constante de cellule optimale une question de plage de mesure.1 Bases 11
1 Bases
JUMO, FAS 624, édition 04.07
Tableau 3 : constante de cellule pour différentes plages de conductivité avec exemple d'application. Avec les cellules de mesure de constante k' 0,1cm 1 , la surface des électrodes est lisse, de façon à améliorer le calibrage pour les faibles conductivités.Les cellules de mesure de constante k' > 0,1 ont des électrodes à surface rugueuse, de façon à ré-
duire la tendance à polariser pour les fortes valeurs de conductivité.Cellules à quatre électrodes
Ces cellules de mesure comportent deux paires d'électrodes. L'une mesure le courant qui traverse la solution, l'autre mesure la tension dans la solution. Figure 5 : schéma d'une cellule de mesure à quatre électrodes.L'avantage de la cellule de mesure à quatre électrodes est son insensibilité aux résistances parasi-
tes, telles que celles de longs câbles de raccordement, salissures ou polarisation. Ces effets don-
nent des résultats sous-évalués car ils réduisent la tension appliquée par les électrodes à la soluti-
on à mesurer. La deuxième paire d'électrodes détecte la tension dans la solution à mesurer. L'ap-
pareil de mesure peut prendre en compte une résistance parasite par une adaptation électronique
basée sur les rapports mesurés entre les tensions et courants des deux paires d'électrodes. Le conductimètre calcule la conductivité grâce à l'équation déjà exposée : Exemple d'applicationPlage de conductivitéConstantede cellule Distillat, condensat, eau ultra-pure, eau déminéralisée < 10µS/cmk' 0,1cm -1 Eaux souterraines, eaux de ruissellement et eau potable < 10 ... 10.000µS/cmk' 1cm -1Eau de mer, solutions salines > 10mS/cmk'
10cm -1 IU----k'=
(2)1 Bases
12 1 BasesJUMO, FAS 624, édition 04.07
Une résistance supplémentaire, comme une couche de crasse, atténue le courant et la tensiondans la même proportion. Comme l'appareil de mesure évalue les deux grandeurs, il est à même
de calculer la conductivité dans la limite de ses caractéristiques propres.quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35[PDF] permis scooter belgique
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