EC / TDS / PPM Meter своими руками

Этот сайт лучше всего просматривать с помощью компьютера

2007-06-22: См. Примечания внизу страницы. 
2008-03-02: Эта статья была викифицирована и добавлена ​​в мои проекты wiki. Таким образом, я могу более легко обновить его без необходимости входа на веб-сервер, а также позволяет другим обсуждать и вносить свой вклад. отлично? Его можно найтиздесь! XD

Цель дизайна: сделать измеритель EC / TDS / PPM приятным и довольно точным, в то время как стоимость меня мало или, по крайней мере, почти ничего, что я могу подключить к микропроцессору или вольтметру.

Вас также может заинтересовать страница рН-метра. 

Измерение PPM / EC / TDS

TDS - это измерение количества солей в растворе. Для многих применений количество соли указывает на уровень других веществ в растворе. Показатели TDS / PPM, продаваемые для садоводства и аквариумов, определяют количество соли в частях на миллион, измеряя электрическую проводимость тестируемого раствора. Таким образом, счетчик PPM / TDS является счетчиком EC, который преобразует значение EC в значения PPM. Есть много описаний в Интернете о том, почему и как измерять PPM / TDS или EC, поэтому Google для них, если вы хотите получить более подробную информацию.

EC является мерой электрической проводимости от двух зондов 1 см друг от друга. 1 EC = 1 микросименс, для преобразования из ЕС в сименс умножить на 1E-6. EC можно преобразовать в PPM, умножив на 500. PPM можно преобразовать в EC путем деления на 500. Для преобразования из siemens в Ohms s = 1 / ohms, вы также можете пойти другим путем и сделать ohm = 1 / s для siemens to ohms. Siemens также известен как Mhos, который исходит из ома, написанного назад.

Число 500, используемое для преобразования между PPM и EC, называется коэффициентом конверсии. Различные соли будут иметь разные коэффициенты пересчета, потому что некоторые ведут себя лучше или хуже других. NaCl составляет 500, это, по-видимому, самый распространенный стандарт, используемый и используется для калибровочных решений.

Если EC / PPM просто измеряет проводимость (или сопротивление), то почему бы не использовать вольт / Ом метр напрямую?Потому что они проходят постоянный ток через зонды, и вы не можете измерить проводимость солей с постоянным током, потому что они будут разрывать молекулы друг от друга, а так как молекулы - это то, что проводит электричество, вы получаете постоянно меняющееся чтение, которое бесполезно. Преодолейте это, используя сигнал переменного тока. Если частота достаточно высокая (> 1 кГц, похоже), молекулы не успевают разойтись, пока их не потянет в противоположном направлении.Похоже на то, как высокий ток постоянного тока выкинет человека из него, где, когда АС заставляет их держаться и быть в шоке от смерти или чего-то еще.

MW SaltWaterKey1 MW ACscreenshot1Модель AC Molecular Workbench MW DCscreenshot1Модель DC Molecular Workbench
Скриншоты выше - от Molecular Workbench (бесплатно!) И показывают, что происходит с молекулами NaCl и H2O при воздействии полей переменного и постоянного тока. Если вы загружаете модели, 

Что-то очень важное, температура будет влиять на проводимость! На диаграмме справа показано то же самое решение, измеренное при 3 разных температурах. Если вы подключаете это к микропроцессору, вы можете использовать термистор для компенсации. Если нет, убедитесь, что калибровочный раствор находится примерно на той же температуре, что и тестируемое решение. Один из способов сделать это можно, взяв образец из аквариума или любой другой, и допустить его до комнатной температуры. Если ваша температура будет меняться всего на несколько градусов, это может быть даже не проблема.

Измеренная проводимость
при разных температурах
ЕС Temp C
3,43 13,72
4,16 22
4,73 30

Если вы ищете дополнительную информацию, вы можете найти ее на сайте Cole Parmer на EC-метрах .


Как сделать калибровочные решения

Нужно что-то сделать для калибровки счетчика, друг предложил измерить соль по весу и поместить ее в измеряемый объем воды. Большинство калибровочных растворов имеют смесь двух или более типов солей, таких как хлорид натрия (NaCl) и хлорид калия (KCl).Тем не менее, все, что у меня есть вокруг, - это соль NaCl, поэтому ...

Осмотрев сетку, я обнаружил, что 1 мг растворенного вещества на 1 л воды будет равняться 1 ppm. Таким образом, чтобы получить раствор 2Kppm, необходимо положить 2 г соли в 1 л очищенной воды .. или просто положить 1 г соли в 0,5 л очищенной воды. Вода ДОЛЖНА быть очищена, чистая вода практически не имеет электропроводности, по сравнению с водопроводной водой, которая имеет все виды загрязнения (водопроводная вода здесь читает около 80 ppm). Так что для этого нужно немного дистиллированной воды.

Как только у вас есть решение 2K от 1 г до 0,5 л, вы можете положить часть этого в банку, вылить остальное, пока у вас не будет всего 250 мл, вылейте очищенную воду, пока вы снова не получите 500 мл, тогда у вас есть 1000 ppm! Продолжайте делать это, если вы хотите создать целый ряд решений, просто будьте осторожны, чтобы измерить идеальный и STIR IT UP WELL.


MakingSaltWater2 small1

Вот о всех вещах, которые вам нужно знать, чтобы начать строить ppm / ec метр. Теперь для ....


Цепь

Было много соображений дизайна, таких как необходимость пропускать минимальное количество тока и напряжения через решение, сохраняя при этом хорошее отношение s / n. Но самое главное, он должен был использовать вещи, которые я лежал вокруг дома, и быть довольно точным.

Схема выводит постоянное напряжение, равное значению ЕС тестируемого решения. Так как 4v на счетчике означает EC 4, 2v означает EC 2, .5V = .5 EC blah blah. Чтобы преобразовать значение EC в PPM, просто умножьте на 500, так как 4 EC = 2000PPM, .5 EC = 250PPM. Также выход может быть подключен к аналого-цифровому преобразователю без большого количества grrrrr.

Принципиальная схема функционального счетчика EC 
Schematic Only1
Нажмите здесь, чтобы получить более читаемую схему и примечания

В цепи есть три основные части. Генератор синусоидальной волны, контур усиления и преобразователь переменного тока в постоянный.

Осциллятор: Как я надеюсь, все объяснено, вы должны использовать сигнал переменного тока для измерения проводимости солей в растворе, поэтому вы понимаете необходимость генерации осциллятора хорошей чистой синусоидальной волны (см. Фото). Схема генератора, используемая здесь, является очень распространенным дизайном моста вене.

Замена детали: вы можете изменить значения деталей в генераторе, но помните, что частота выходного сигнала выше 1 кГц, более низкие частоты, похоже, дают более нестабильные показания. Регулировка V1 немного изменит выходной уровень, но не рекомендуется, лучше всего изменить значение D1 и D2 на стабилизатор с более низким Zv. Я просто использовал 5.1V zeners, потому что у меня было то, что у меня было, и они хорошо работали от регулируемого +/- 12v питания. Если вы планируете использовать с 9V батареями, используйте более низкие значения.

PrettySineWave1Nice Pretty Sine Wave

The Gain Loop: Здесь происходит все забавное. Для измерения проводимости я смотрел на нее как на неизвестное сопротивление. Зонд составляет одну ногу делителя напряжения по петле усиления op-amps. До тех пор, пока между датчиками не будет проводимости, выход ОУ будет равен тому, что находится на входном 5-контактном выводе 5. По мере того, как проводимость увеличивает количество отрицательной обратной связи (что определяет коэффициент усиления ОУ), уменьшается, поскольку некоторые из сигнал просачивается на землю через зонд. Меньшая обратная связь означает больший выигрыш и большее усиление.

Преимущество использования цикла обратной связи заключается в том, что он не принимает почти столько же тока, сколько проходит через решение, и вы получаете большие вариации в выходе. Если зонд был просто частью простого делителя напряжения, не находясь в контуре усиления, ему нужно было бы пропускать примерно 100 раз больше тока через решение, иначе пропускать меньший сигнал, а затем у вас возникают проблемы с шумом. Недостатком является то, что во ВСЕГДА есть хотя бы усиление +1 в неинвертирующем усилителе, которое должно быть отменено позже. Также сосание заключается в том, что неравномерное изменение между напряжениями + и - питания приведет к небольшому смещению смещения. Эта проблема со смещением беспокоит меня :( Чувство могло бы сделать это лучше, но что бы это ни было, и потребовалось несколько дней.

Замена деталей : изменение значения R7 является еще одним и, вероятно, лучшим, способом компенсации различных зондов.Если показания слишком велики, сопротивление будет слишком низким, если они слишком низки, увеличьте значение R7.

Преобразователь переменного тока в постоянный ток: наконец, преобразователь переменного тока в постоянный. Вы можете просто измерить выход фазы контура усиления, а затем использовать математику для вычисления EC / PPM, но было бы лучше, если бы результат был обнулен, масштабирован и т. Д. Первый операционный усилитель сконфигурирован для преобразования уровня сигнала переменного тока в постоянное напряжение с регулируемым коэффициентом усиления для шкалы. Вы не можете просто использовать диод или даже мостовой выпрямитель в одиночку из-за постоянного падения напряжения на 0,7 В или так много проблем. Решение состоит в том, чтобы вставить мост в контур обратной связи, так как входное напряжение изменяется, так что ток через резистор (R8) подключен к стороне постоянного тока моста. При изменении тока происходит пропорциональное изменение напряжения постоянного тока, которое можно измерить через резистор.

Проблема с напряжением на мосту заключается в том, что его дифференциал, по-прежнему присутствует синусоидальная волна при измерении с землей в качестве эталона. На изображении с дифференциальным выходом отображается область, подключенная к клеммам +/- моста. Счетчик постоянного тока через мост будет измерять разницу между двумя волновыми формами. На картинке вы видите, что существует различие между верхней и нижней волновой формой около 2 маленьких квадратов сетки. Сфера настроена там, где каждый квадрат сетки равен 1 вольт, поэтому метр на мосту будет видеть постоянную разницу и отображение 2V.

Это было бы само по себе само по себе, за исключением того, что вам требуется смещение, и большинство аналого-цифровых преобразователей не имеют дифференциальных входов и требуют ввода, ссылающегося на землю. Таким образом, конечная часть схемы представляет собой простой дифференциальный усилитель, также здесь коррекция смещения. Теперь выход готов к использованию вольтметра или к входу A / D! Заметка о смещении, бла-бла, на самом деле ее нужно компенсировать раньше, потому что, поскольку регулировка усиления предыдущей стадии изменяется, смещение немного.

DifferentialOutput1Дифференциальный выход

Регулировка: в цепи требуется 3 горшка. Чтобы настроить первый крюк V1 на метр или еще лучше, но область вверх между землей и штифтом 1 на операционном усилителе. Отрегулируйте V1 до тех пор, пока не будет выхода, затем медленно поверните противоположное направление до тех пор, пока не произойдет колебание, и счетчик ничего не прочитает в режиме переменного тока или область имеет приятную синюю волну. Если вы отрегулируете его слишком далеко, волна будет уродливой, так что делайте это медленно!

Затем поместите V2 посередине и отрегулируйте V3, чтобы выход @ ECv (контакт 14) был равен 0vdc. Вытрите зонд бумажным полотенцем, затем положите его в калибровочный раствор 2Kppm. Отрегулируйте V2 так, чтобы метр читал 4vdc. Снова высушите и протрите зонд и повторите настройку V3 на 0vdc. Вам нужно будет идти туда и обратно (примерно 3 или 4 раза здесь) между настройкой этих двух горшков, прежде чем он правильно масштабируется. Должен читать 4vdc (значение 4 EC) с разрешением 2Kppm и 0vdc с высушенным зондом. Если вы не можете правильно его масштабировать, вам, вероятно, необходимо изменить значение R7, как описано в схеме, потому что ваш зонд слишком отличается от моего. Моя читает в пределах .05 EC того, чего я ожидаю с помощью чистых зондов.

Зонд

Это было немного сложно. Сначала я пробовал медный провод, штырьки и другие вещи. С помощью этих экспериментов я определил, что вам нужно подвергнуть небольшое и постоянное количество зондов раствору на постоянном расстоянии. Я сделал это, используя большое количество клея и / или изоляции на проводе, чтобы только кончики проводов касались воды. Затем я понял, что глупые чтения дрейфуют, как сумасшедшие, до тех пор, пока вы не очистите зонд снова, и даже чистка зонда иногда не помогла, потому что, вероятно, была какая-то химическая реакция с материалом в решениях. Я все время пытался думать о чем-то, что было бы отличным проводником, не разъедая решение, и придумал ЗОЛОТО! Я использовал несколько типов позолоченных аудиоразъемов, прежде чем я нашел несколько бананов-валетов, которые, казалось, лучше всего работали. Я снова накрыл их, только подсказки подвергаются воздействию раствора на расстоянии около 1 см друг от друга и могут получать повторяющиеся показания снова и снова, особенно если я очищал наконечник до и после каждого теста.

Таким образом, используйте позолоченные зонды, убедитесь, что небольшое и последовательное количество зонда касается раствора, и очистите зонды после и перед каждым использованием. Используя эти рекомендации, вы должны получить хороший надежный пробник, я хотел найти красивое готовое изделие и ez, чтобы найти соединитель, который я мог бы предложить, но здесь ничего не происходит. Позолоченные штепсельные вилки RCA кажутся наихудшими, вероятно, потому, что эти вещи cheep только достаточно покрыты, чтобы выглядеть золотыми. Ищете хороший позолоченный 1/8-дюймовый телефонный разъем или что-то в этом роде, но ничего не закладывалось здесь. Если измеритель не может быть настроен правильно (всегда слишком высокий показатель), попробуйте увеличить интервал зонда или изменить значения R7. Если вы читаете слишком мало, попробуйте перемещать зонды ближе или подвергать больший материал зонда.

probes small1

Вот несколько пробников, которые я пробовал. Часть, которую вы измеряете на всех зондах, обращена к нижней части изображения. Слева направо: проволока дома 12AWG с удаленным грунтом, шитые штыри, окруженные горячим клеем, за исключением кончиков (это было НАСТОЯЩЕЕ), позолоченный разъем RCA с центром, заполненным клеем (был не очень стабильным, я думаю, очень тонкое золото ), и, наконец, лучшая из всех партий - два позолоченных банановых валета, покрытых термоусадочной пленкой и горячим клеем, разоблачающие только кончики.

Меня спрашивают и считают, что я просто оставляю зонд погруженным и, возможно, постоянно его читаю. Это кажется плохой идеей, хотя, вероятно, с экспериментированием вы могли бы заставить ее работать. Уверен, что основная проблема будет заключаться в коррозии зонда, которая будет происходить быстрее при работе схемы. Маби, вы могли бы получить хороший золотой зонд и иметь схему для включения питания или подключения зонда только при необходимости? Не знаю. Для наблюдения за этой темой см. Обновления ниже.

строительство

Поскольку большая часть деталей для этого была удалена из старого барахла, нет большого смысла обсуждать глубинные методы построения (это и я устаю от написания sooo much). Строительство не является критическим, если все провода идут в нужное место, он должен работать.

На этих снимках показан прототип, а «готовый» модуль сжат на небольшой кусочек перфорированной доски. В конце концов, этот будет идти в коробку с блоком питания, микроконтроллером и связкой других операций ввода-вывода. Поэтому наденьте разъем .156 "для питания / выхода и гнездо RCA для зонда, чтобы его можно было легко удалить.

protocircuit1Прототипированная версия circuitcloserup1Более постоянная версия
операция

После калибровки раствором 2Kppm (4 EC), испытанным с помощью раствора 1K (2 EC). Также попробовал это с несколькими другими значениями до 250ppm, казалось, работал хорошо. Кстати, вы можете заметить, что мой счетчик разваливается, если вы считаете, что эта информация полезна и имеет запасной счетчик или что-то, пожалуйста, пошлите спасибо.

reading2K small1Чтение 2000PPM reading1K small1Чтение 1000PPM

Другие вещи

Есть и другие способы сделать это. Например, если зонд должен быть подключен через или вместо R1 или R2, частота осцилятора будет варьироваться в зависимости от проводимости раствора и значений C1, C2 и т. Д. Подключение выходного сигнала осцилятора к микроконтроллеру будет позволяют определить проводимость по частоте без необходимости в других 3 этапах ОУ.

Это не делается вообще, больной пост больше по мере его завершения. 

ОБНОВЛЕНИЕ !!! ОБНОВЛЕНИЕ !!! ОБНОВЛЕНИЕ !!!

2006-09-22-Наблюдения: Я использую эту вещь в течение примерно 5 месяцев, сохраняя зонд погруженным все время. Это работало отлично в течение нескольких недель, но медленно начинало становиться грубым каждые 3-4 дня, а показания были отключены до 100ppm. Вытирая зонд, он возвращается с точностью до +/- 40 стр. / Мин, но прежде чем я сделаю критическое чтение (например, при наполнении резервуара, которое он контролирует), все будет чистым и откалиброванным. Глядя на это, некогда гладкая и блестящая золотая поверхность зонда кажется скучной, грубой и подметальной.

Зонд держится намного лучше, чем я думал, что он будет постоянно погружен. Если использовать с перерывами, то он, вероятно, останется стабильным без повторной калибровки дольше.

Найденные места, которые продают только сам ppm-зонд, и я чувствую, что использование одного из них значительно увеличит точность и стабильность счетчика. Также письмо от кого-то, кто работал в местах, где были изготовлены счетчики ЕС, предположил, что я использую никель вместо золота. Но у меня не было возможности проверить это.

Кто-то намекнул мне, что это может быть еще более полезная схема, если только она будет работать от источника с одной полярностью. Мне нужен еще один из них, поэтому в процессе его создания может быть сделано несколько модов.


Кроме того, чтобы упростить работу и многое другое, я установил схему в этом поле и подключил ее к входу ADC микроконтроллера. Делая это, я могу обнулить / откалибровать его, используя программное обеспечение, просто нажимая несколько кнопок. 
Он имеет порт RS-232, а USB тоже может подключить его к компьютеру для регистрации или, возможно, автоматизации какого-либо процесса. В ближайшее время я приведу дополнительную документацию по этой части вещей. 
Примечание. Дисплей считывает ppm слева и справа справа, с помощью зондов в калибровочных решениях.
S35000161

Если вы хотите выслать мне по электронной почте сообщение об ошибках или вопросах, то 
 
... Или
даже лучше, так как я не очень часто проверяю свои электронные письма, не забывайте версию вики, если вы хотите исправить ошибки, задать вопросы или обсудить материал здесь! 
Спасибо всем u pplz, которые отправили мне письмо по электронной почте 
http://www.octiva.net/projects/ppm/
Удачи! 
Будьте осторожны, не делайте ничего глупого и потрясите себя до смерти. 

Отказ от ответственности: я не несу ответственность за то, что вы делаете.

Экспериментируйте, учитесь, импровизируйте, принимайте то, что в противном случае нежелательно от вашего окружения, и делайте из него что-то большее.

Добавить комментарий