Conductivity Meter หรือ เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้า เป็นเครื่องมือที่ใช้วัดความสามารถของสารละลายในการนำกระแสไฟฟ้า โดยเฉพาะสารละลายที่มีไอออน เช่น น้ำที่มีเกลือ แร่ธาตุ กรด หรือด่างละลายอยู่

ค่า Conductivity จึงนิยมใช้ในงาน เช่น

- ตรวจคุณภาพน้ำ
- น้ำ RO / DI
- น้ำประปาและน้ำเสีย
- กระบวนการผลิต
- ห้องปฏิบัติการเคมี
- อุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม
- ระบบบำบัดน้ำ
- งานวิจัย

ISO 7888:1985 เป็นมาตรฐานสำหรับการหาค่า Electrical Conductivity ของน้ำ และ ISO ยืนยันมาตรฐานฉบับนี้อีกครั้งในปี 2023 จึงยังมีสถานะ Current อยู่ค่ะ

สารบัญบทความ

Conductivity คืออะไร?

Electrical Conductivity คือความสามารถของสารในการนำกระแสไฟฟ้า

สำหรับสารละลายในน้ำ กระแสไฟฟ้าถูกนำผ่านโดย ไอออน (Ions) ที่อยู่ในสารละลาย

เช่น

Na⁺
Cl⁻
K⁺
Ca²⁺
H⁺
OH⁻

โดยทั่วไป เมื่อมีไอออนที่สามารถเคลื่อนที่ได้มากขึ้น Conductivity มักสูงขึ้น แต่ความสัมพันธ์ไม่ได้ขึ้นกับ “จำนวนไอออน” เพียงอย่างเดียว เพราะยังขึ้นกับชนิดของไอออน ความเข้มข้น และ Temperature ด้วยค่ะ

Thermo Fisher อธิบายว่า Conductivity Meter ใช้วัดความสามารถของไอออนในสารละลายในการนำกระแส และค่าที่ใช้ทั่วไปคือ µS/cm และ mS/cm

Conductivity Meter ทำงานอย่างไร?

ระบบพื้นฐานประกอบด้วย

Meter + Conductivity Cell / Probe + Temperature Sensor

เมื่อ Probe จุ่มลงในตัวอย่าง เครื่องจะจ่ายสัญญาณไฟฟ้าผ่าน Electrode

ไอออนในสารละลายทำให้กระแสไหลระหว่าง Electrode ได้

เครื่องจึงวัดค่า Conductance แล้วนำไปคำนวณเป็น Conductivity โดยใช้ Cell Constant ของ Probe

แนวคิดคือ

Conductivity = Conductance × Cell Constant

Thermo Fisher ระบุความสัมพันธ์เดียวกัน และอธิบายว่า Cell Constant ขึ้นกับลักษณะทางเรขาคณิตของ Conductivity Cell ค่ะ

Conductance กับ Conductivity ต่างกันอย่างไร?

สองคำนี้ไม่เหมือนกันค่ะ

Conductance

เป็นค่าความสามารถในการนำกระแสของระบบ Electrode และ Sample ที่กำลังวัด

หน่วยพื้นฐานคือ

Siemens (S)

Conductivity

เป็นค่าที่นำ Geometry ของ Cell มาพิจารณาแล้ว

จึงสามารถนำผลจาก Probe ที่เหมาะสมไปเปรียบเทียบกันได้

หน่วยทั่วไป เช่น

µS/cm
mS/cm

ดังนั้น Conductivity Meter ไม่ได้เพียงอ่าน Conductance โดยตรง แต่ต้องทราบ Cell Constant ด้วยค่ะ

Cell Constant คืออะไร?

Cell Constant หรือ K เป็นค่าที่เกี่ยวข้องกับ Geometry ของ Conductivity Cell

สำหรับแนวคิด Electrode แบบแผ่นคู่:

K = d / A

โดย

d = ระยะห่างระหว่าง Electrode
A = พื้นที่ Electrode

จากนั้น

Conductivity = Conductance × K

Thermo Fisher ระบุว่าค่า Cell Constant จริงมักหาโดยใช้ Conductivity Standard ที่ทราบค่า เพราะ Geometry จริงและ Fringe-field Effect ทำให้การคำนวณจากขนาดเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอค่ะ

Cell Constant 0.1, 1.0 และ 10 ต่างกันอย่างไร?

Conductivity Cell มีค่า K แตกต่างกันเพื่อให้เหมาะกับช่วง Conductivity ต่าง ๆ

โดยหลักทั่วไป

K ต่ำ
เหมาะกับตัวอย่าง Conductivity ต่ำ

K ประมาณ 1
ใช้ได้กับงานทั่วไปหลายประเภท

K สูง
เหมาะกับ Conductivity สูงกว่า

แต่ไม่ควรใช้กฎนี้แทน Specification ของ Probe จริง เพราะช่วงการวัดของแต่ละรุ่นแตกต่างกัน

จึงควรตรวจ

Cell Constant + Conductivity Range + Meter Compatibility

พร้อมกันค่ะ

หน่วย µS/cm และ mS/cm ต่างกันอย่างไร?

หน่วยที่พบมากคือ

µS/cm = microsiemens per centimetre

และ

mS/cm = millisiemens per centimetre

ความสัมพันธ์คือ

1 mS/cm = 1,000 µS/cm

ตัวอย่าง

500 µS/cm

เท่ากับ

0.500 mS/cm

จึงต้องระวังเรื่องหน่วยมาก เพราะตัวเลข 1.5 µS/cm กับ 1.5 mS/cm ต่างกัน 1,000 เท่า

ทำไมอุณหภูมิมีผลต่อ Conductivity?

อุณหภูมิเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่สุดค่ะ

เมื่อ Temperature เปลี่ยน

- Mobility ของ Ion เปลี่ยน
- Viscosity ของสารละลายเปลี่ยน
- Conductivity จึงเปลี่ยนตาม

ดังนั้น Sample เดียวกันอาจมี Conductivity ต่างกันเมื่อวัดคนละ Temperature

นี่เป็นเหตุผลที่ Conductivity Meter หลายรุ่นมี

Temperature Sensor

และ

Temperature Compensation

เพื่อรายงานค่าที่ Reference Temperature เช่น 25 °C ตามการตั้งค่าหรือ Method ที่ใช้

เครื่อง Conductivity รุ่นปัจจุบันบางรุ่นสามารถเลือก Reference Temperature เช่น 5, 10, 15, 20, 25 หรือ 30 °C และมี Temperature Compensation หลายแบบ จึงไม่ควรสมมติว่าทุกเครื่องชดเชยอุณหภูมิด้วยสมการเดียวกันค่ะ

Temperature Compensation คืออะไร?

Temperature Compensation คือการนำค่าที่วัดได้ ณ Temperature จริง ไปประเมินหรือปรับเป็นค่าอ้างอิงที่ Temperature ที่กำหนด

เช่น

Sample Temperature = 22 °C

แต่ต้องการรายงานค่า Conductivity ที่

25 °C

เครื่องอาจใช้ Compensation Algorithm เพื่อคำนวณค่าอ้างอิง

อย่างไรก็ตาม Compensation อาจเป็น

- Linear
- Non-linear
- Natural Water
- Ultra-pure Water
- Method-specific

จึงต้องเลือกให้เหมาะกับ Sample และ Method ค่ะ

Temperature Compensation ≠ การทำให้ Temperature จริงเป็น 25 °C

แต่เป็นการประมวลผลค่าที่วัดเพื่ออ้างอิงตาม Model ที่กำหนด

Conductivity Standard คืออะไร?

เป็นสารละลายที่มีค่า Conductivity ที่ทราบและกำหนดไว้ภายใต้ Temperature ที่ระบุ

ใช้สำหรับ

- Calibration
- ตรวจ Cell Constant
- Verification
- ตรวจ Performance ของระบบ

สารละลายมาตรฐานที่ใช้บ่อยมีพื้นฐานจาก Potassium Chloride (KCl) ในระดับความเข้มข้นต่าง ๆ

ตัวอย่างค่าที่พบในผลิตภัณฑ์มาตรฐาน เช่น

84 µS/cm
1413 µS/cm
12.88 mS/cm

แต่ค่าที่ใช้จริงต้องเลือกให้เหมาะกับช่วง Conductivity ของ Sample และ Probe ค่ะ

ทำไม Calibration Standard ควรใกล้กับช่วงใช้งาน?

สมมติงานจริงวัดประมาณ

1,000–1,500 µS/cm

Standard ประมาณ 1,413 µS/cm อาจเหมาะกับช่วงใช้งานมากกว่า Standard ที่ต่างกันมาก

หลักการคือ Calibration ควรครอบคลุมหรือสัมพันธ์กับ Measurement Range ที่ใช้งาน

ไม่ควรคิดว่า

“Standard ยิ่ง Conductivity สูงยิ่งดี”

ค่ะ

การ Calibration Conductivity Meter ทำอะไร?

ระหว่าง Calibration เครื่องจะนำค่าที่อ่านจาก Standard ที่ทราบค่าไปใช้ประเมิน Cell Constant / Calibration Factor

Thermo Fisher ระบุว่า Cell Constant จริงสามารถเปลี่ยนจาก Nominal Value ได้ และอาจเปลี่ยนเมื่อใช้งานไปตามเวลา จึงใช้ Standard Solution เพื่อหาค่าจริงของ Cell ค่ะ

ตัวอย่างแนวคิด:

Standard Certificate / Assigned Value
= 1,413 µS/cm

Meter + Probe Reading
= ค่าที่ระบบตรวจได้

จากนั้นเครื่องคำนวณ Calibration Factor หรือ Actual Cell Constant ตาม Algorithm ของรุ่นนั้น

Calibration กับการสอบเทียบโดยห้องปฏิบัติการเหมือนกันหรือไม่?

ควรแยกคำให้ชัดค่ะ

User Calibration

ผู้ใช้งานใช้ Conductivity Standard เพื่อปรับหรือกำหนด Cell Constant / Calibration Factor ให้เครื่องก่อนใช้งาน

Metrological Calibration

เป็นการเปรียบเทียบผลของ Instrument กับ Reference ที่มีความสอบกลับได้ ภายใต้ Procedure และ Conditions ที่กำหนด พร้อมประเมิน Measurement Uncertainty

ดังนั้นการกดปุ่ม CAL ก่อนวัดกับการส่งเครื่องเข้าห้องปฏิบัติการสอบเทียบ ไม่ใช่สิ่งเดียวกันโดยอัตโนมัติ ค่ะ

Conductivity Meter Calibration ตรวจอะไรบ้าง?

ขึ้นอยู่กับ Scope และ Method ของห้องปฏิบัติการ แต่แนวคิดอาจประกอบด้วย

1. ตรวจตัวเครื่องและ Probe

Connector
Cable
Electrode
Temperature Sensor
ความสะอาด

2. เลือก Reference Conductivity

ให้เหมาะกับ Range

3. ควบคุม Temperature

เพราะ Conductivity มี Temperature Dependence สูง

4. วัด Reference Standard

รอค่า Stable ตาม Method

5. เปรียบเทียบ

Reference Value กับ Instrument Reading

6. ประเมิน Error

ตัวอย่าง

Reference = 1,413 µS/cm
Reading = 1,425 µS/cm

หากนิยาม

Error = Reading − Reference

Error =

+12 µS/cm

7. ประเมิน Measurement Uncertainty

8. รายงานผล

ตามจุดและเงื่อนไขที่ทดสอบ