mata kuliah metrologi industri with Bapak Budi Santoso ST,.MT

Conductivity meter adalah alat untuk mengukur nilai konduktivitas listrik (specific/electric conductivity) suatu larutan atau cairan. Nilai konduktivitas listrik sebuah zat cair menjadi referensi atas jumlah ion serta konsentrasi padatan (Total Dissolved Solid / TDS) yang terlarut di dalamnya.

Dalam suatu larutan konduktivitas ini sering dihubungkan dengan kemampuan suatu larutan dalam menghantarkan listrik yang tentunya sangat bergantung pada banyaknya ion di dalam larutan tersebut.

Nilai / parameter konduktivitas ini sering dijadikan salah satu parameter dari kualitas air di dalam suatu industri terutama industri farmasi selain nilai pH, TOC dan lain sebagainya

Pengukuran jumlah ion di dalam suatu cairan menjadi penting untuk beberapa kasus. Salah satu contoh adalah untuk memonitor kualitas air boiler . Hal ini terkait pengaruh konsentrasi ion-ion mineral terhadap terjadinya korosi pada pipa boiler (galvanic corrosion).

20140207-101752 PM.jpg

Portable Conductivity Meter

Konsentrasi ion di dalam larutan berbanding lurus dengan daya hantar listriknya. Semakin banyak ion mineral yang terlarut, maka akan semakin besar kemampuan larutan tersebut untuk menghantarkan listrik. Sifat kimia inilah yang digunakan sebagai prinsip kerja conductivity meter.

Sebuah sistem conductivity meter tersusun atas dua elektrode, yang dirangkaikan dengan sumber tegangan serta sebuah ampere meter. Elektrode-elektrode tersebut diatur sehingga memiliki jarak tertentu antara keduanya (biasanya 1 cm). Pada saat pengukuran, kedua elektrode ini dicelupkan ke dalam sampel larutan dan diberi tegangan dengan besar tertentu. Nilai arus listrik yang dibaca oleh ampere meter, digunakan lebih lanjut untuk menghitung nilai konduktivitas listrik larutan.

20140209-050851 PM.jpg

Prinsip Kerja Conductivity Meter

Anda tentu tidak asing dengan rumus dasar rangkaian listrik berikut:
V = R x I

…..(1)

Dimana V adalah tegangan listrik rangkaian (volt), I untuk arus listrik rangkaian (ampere), dan R untuk tahanan listrik rangkaian (Ω).

Tahanan listrik (R) berbanding lurus dengan jarak antara dua elektrode (l) conductivitymeter, dan berbanding terbalik dengan luas area elektrode (A; pada gambar di atasS).
R = ( l/A ) x ρ

…..(2)

Dimana ρ adalah tahanan listrik spesifik (Ω.m) larutan.

Jika persamaan (1) dan (2) digabungkan, akan didapatkan persamaan berikut:
V/I = ( l/A ) x ρ
Dan karena nilai ( l/A ) adalah konstan untuk setiap conductivity meter, maka dapat diganti dengan sebuah konstanta (C):
V/I = C x ρ

…..(3)

Conductivity meter sebenarnya tidak mengukur nilai konduktifitas listrik, tetapi mengukur konduktivitas listrik spesifik (specific conductivity). Konduktivitas listrik spesifik adalah nilai konduktivitas listrik untuk tiap satu satuan panjang. Konduktivitas listrik spesifik ini disimbolkan dengan κ (Kappa), adalah kebalikan dari tahanan listrik spesifik (ρ):
κ = ¹ / ρ
Dimana konduktivitas listrik spesifik menggunakan satuan S/m (Siemens per meter). Dan jika persamaan di atas dimasukkan ke dalam persamaan (3), maka akan kita dapatkan persamaan umum perhitungan nilai konduktivitas listrik spesifik:
κ = C x I / V

…..(3)

Prinsip kerja conductivity meter menggunakan persamaan (3) di atas. Dimana besar tegangan listrik (V) ditentukan oleh sistem, besar arus listrik (I) adalah parameter yang diukur, serta konstanta (C) didapatkan sebelumnya dari proses kalibrasiconductivity meter dengan menggunakan larutan yang diketahui nilai konduktivitas spesifiknya.

20140210-073945 PM.jpg

Diagram Conductivity Meter

Pengertian TDS (Total Dissolve Solid) yaitu ukuran zat terlarut (baik itu zat organic maupun anorganic, mis : garam, dll) yang terdapat pada sebuah larutan. Umumnya berdasarkan definisi di atas seharusnya zat yang terlarut dalam air (larutan) harus dapat melewati saringan yang berdiameter 2 mikrometer (2×10-6 meter). Aplikasi yang umum digunakan adalah untuk mengukur kualitas cairan biasanya untuk pengairan, pemeliharaan aquarium, kolam renang, proses kimia, pembuatan air mineral, dll. Setidaknya, kita dapat mengetahui air minum mana yang baik dikonsumsi tubuh, ataupun air murni untuk keperluan kimia (misalnya pembuatan kosmetika, obat-obatan, makanan, dll)

Sampai saat ini ada dua metoda yang dapat digunakan untuk mengukur kualitas suatu larutan. Ada pun dua metoda pengukuran TDS (Total Dissolve Solid) tersebut adalah :

1. Gravimetry
2. Electrical Conductivity

Sebagai informasi, bahwa sebenarnya cara yang paling baik dan paling akurat untuk mengukur TDS adalah menggunakan metoda Gravimetry sebab keakuratannya bisa sampai 0.0001 gram. Diantara kedua metoda pengukuran TDS tersebut, yang akan digunakan dalam TDS meter ini adalah metode ke-dua, yaitu menggunakan prinsip Electrical Conductivity.

EC (Electrical Conductivity) atau konduktansi adalah ukuran kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Konduktansi (G) merupakan kebalikan (invers) dari resistansi (R). Sehingga persamaan matematisnya adalah :

G = 1 / R

Note : Pada literatur lainnya, simbol untuk konduktansi adalah σ, γ atau κ.

Sehingga dengan menggunakan Hukum Ohm, maka didapatkan definisi lainnya :

V = I x R

I = G x E

Secara definisi di atas, jika dua plat yang diletakkan dalam suatu larutan diberi beda potensial listrik (normalnya berbentuk sinusioda), maka pada plat tersebut akan mengalir arus listrik.

Konduktansi suatu larutan akan sebanding dengan konsentrasi ion-ion dalam larutan tersebut. Namun pada beberapa situasi hal ini tidak berlaku, seperti yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini :

Terlihat pada grafik diatas bahwa pada Sodium Chlorida, konduktansi sebanding dengan konsentrasi ion-ion (semakin besar konsentrasi ion-ion pada Sodium Chlorida semakin besar pula nilai konduktansinya). Namun pada Sulfuric Acid, konduktansi akan linear terhadap perubahan konsentrasi ion hanya pada batas tertentu. Untuk konsentrasi ion yang lebih tinggi lagi, maka konduktansi menjadi tidak linear.

Satuan dasar untuk konduktansi adalah Siemens (S), dan formalnya menggunakan satuan Mho (kebalikan dari Ohm). Karena luas penampang plat dan jarak antar plat juga mempengaruhi konduktansi, maka secara matematis ditulis dengan :

C = G x ( L / A )

Dimana :

C : Konduktansi spesifik (S)
G : Konduktansi yang terukur (S)
L : Jarak antar plat (cm)
A : Luas penampang plat (cm2)

Sehingga satuan konduktansi menjadi Siemens/cm (S/cm). Besarnya pengaruh elektroda (L/A) akan mempengaruhi juga range pengukuran. Pada table dibawah ini terlihat bahwa range pengukuran konduktansi berubah ketika pengaruh elektroda (L/A) berubah.

Elektroda (dalam cm) Range Konduktansi (dalam μS/cm)
0,1 0,5 s/d 400
1,0 10 s/d 2.000
10,0 1.000 s/d 200.000

Tabel 1 : Pengaruh penampang Elektroda terhadap konduktansi

Konduktansi dipengaruhi pula oleh temperatur. Dalam sebuah metal, konduktansi menurun dengan naiknya temperatur, namun dalam sebuah semikonduktor, konduktansi akan makin besar dengan makin tingginya temperatur.

HUBUNGAN TDS/PPM DAN EC

1 μS/cm = 1 x 10-6 S/cm
1 S/cm = 1 Mho/cm
1 μS/cm = 0.5 ppm
1 ppm = 2 μS/cm

2K ppm = 4K μS/cm = 4 mS/cm = ¼K Ohm = 250 Ohm
250 ppm = 0,5K μS/cm = 0,5 mS/cm = 1/0,5K Ohm = 2K Ohm
10 ppm = 20 μS/cm = 1/20M Ohm = 0,05M Ohm = 50K Ohm

Sehingga dapat disimpulkan bahwa TDS meter adalah suatu alat teknologi yang digunakan untuk mengetahui jumlah zat terlarut (baik itu zat organic maupun anorganic, misal : garam, dll) yang terdapat pada sebuah larutan (dalam hal ini meggunakan metode Electrical Conductivity).

Berikut adalah blok diagram rangkaian TDS meter dengan metode Electrical Conductivity

Keterangan :

Solution to be measured, adalah larutan yang akan diukur kadar TDS-nya

Sensor yang digunakan pada rangkaian ini adalah 2 probe biasa dengan jarak 1 cm yang fungsinya untuk mendapatkan nilai konduktansi suatu larutan.

Signal Processing, adalah rangkaian yang berfungsi untuk : pertama, memberikan sumber tegangan AC konstan pada probe agar pada larutan dapat terjadi aliran arus (sehingga dapat terukur konduktansi atau resistansinya). Fungsi kedua adalah untuk mengkonversi nilai konduktansi menjadi tegangan.

MicroController, digunakan untuk mengubah nilai tegangan (Analog) yang dihasilkan Signal Processing menjadi nilai bit-bit (Digital) dan mengkonversinya menjadi satuan TDS atau PPM.

LCD (Liquid Crystal Display), digunakan untuk menampilkan output dari MicroController sehingga dapat dibaca oleh user.

(Sumber tegangan yang digunakan pada rangkaian ini adalah +12V dan -12V)

World Health Organization (WHO) telah merilis antara lain bahwa standar air minum sehat yang layak dikonsumsi harus memiliki kadar TDS dibawah 100 ppm. Lebih dari berarti tidak layak minum.


Referensi:

Referensi dan eBook Gratis: