Jump to content

рН-датчик с аналоговым выходом


 Share

Recommended Posts

Что такое pH знает каждый, ещё из школьного курса химии, где рН замеряли при помощи лакмусовых бумажек и фенолфталеина. Но для измерения уровня рН существуют и электронные способы определения, которые позволяют определить уровень рН с точностью до второго знака после запятой. Электронные датчики рН состоят из двух электродов: измерительного электрода и электрода сравнения.

Измерительный электрод.

image1.png.75387bf855338431e513697d53cee139.png

Представляет собой трубку, в которой содержится раствор хлорида калия и  серебряный электрод покрытый хлоридом серебра. С измеряемым раствором измерительный электрод обменивается ионами водорода через стеклянную мембрану.

image2.png.a77e061f098f8555671e5365a2725b12.png

Электрод сравнения.

image3.png.abe646d32a5c8ae1d447f5ddeefa59d4.png

Очень похож на измерительный электрод, так же содержит серебряную проволоку покрытую хлоридом серебра и в качестве раствора используется хлорид калия, но с измеряемым веществом контактирует не через стеклянную мембрану, а через пористую керамическую диафрагму. Через эту диафрагму раствор хлорида калия может вытекать или из него может испаряться вода, поэтому электрод сравнения имеет специальное отверстие, через которое можно заполнить электрод свежим раствором хлорида калия. У меня был бытовой электронный рН-метр РН-009(I), у которого за 5 лет высох электрод сравнения. А поскольку отверстие для заполнения электрода сравнения в бытовых рН-метрах не предусмотрено, то по назначению я его применять больше не могу (зато смог разобрать и использовать его с внешними рН-электродами)

Комбинированный электрод.

image4.png.ff83e23e1f42c15c351cbda21cd6238e.png

Представляет собой измерительный электрод и электрод сравнения в одном корпусе. Две трубки, одна вставлена в другую. В остальном ничем не отличается от раздельных электродов представленных выше.

Бытовые электронные рН-метры позволяют измерять уровень кислотности с точностью до  одного знака после запятой и выглядят так.

image5.jpg.5fd32c1354e1c730de0f6b626851b128.jpg

Если же вам необходимо построить какую-либо автоматическую систему управления, например аквариумом или гидропонной установкой, то такой рН-метр в свою автоматическую систему вы встроить не сможете. Вам понадобится вот такой датчик:

image6.jpeg.3cfd2b27e6a902429be44393f6d38d82.jpeg

Обыкновенный комбинированный рН-электрод с платой-усилителем сигнала. На плате расположен усилитель рН-датчика, компаратор и термодатчик. Фото платы с разных ракурсов.

image7.jpeg.c992b390aa9a5dc551caff9f9f345434.jpegimage8.jpeg.b1c838404bf3d272d7334c9f3d45c38c.jpeg

Именно такой рН-электрод с усилителем достались мне на обзор  от сайта cxem.net за что выражаю огромную благодарность.

Кратко о характеристиках

Плата-усилитель:

·         Напряжение питания: 5±0.2 В

·         Рабочий ток: 5-10mA

·         Рабочая температура: -10…50 С

·         Срок службы: 3 года

·         Размеры: 42 мм x 32 мм x 20 мм

·         Вес: 25 г

рН-сенсор:

·         Диапазон рН: 0-14 рН

·         Диапазон температур измеряемого раствора: 0-60 ℃

·         Нулевая точка: 7 ± 0.5PH

·         Время ответа: ≦1min

·         BNC разъем.

Для ясности, сенсором (рН-сенсором) я буду называть комбинированный электрод, а датчиком – комбинированный электрод, работающий в паре с платой-усилителем.

Адрес товара https://ru.aliexpress.com/item/Liquid-PH-Value-Detection-detect-Sensor-Module-Monitoring-Control-For-arduino-BNC-Electrode-Probe/32797327021.html

Давайте же разберемся, как подключить этот датчик и считать с него показания.

Первым делом смотрим схему, которую приложил к датчику продавец.

image9.png.f575e83626e068f4c5f08f64b9b1522c.png

Что мы здесь видим?

Во-первых,  усилительный каскад датчика рН.

Во-вторых, цепочка из повторителя, резисторного моста с термистором в одном из плеч, дифференциального усилителя и не инвертирующего усилителя составляют датчик температуры.

В-третьих, компаратор, который выдает логический сигнал, если уровень рН превышает какое-либо значение.

На печатной плате находятся 2 подстроечных резистора, один для калибровки нулевой точки датчика рН, второй для компаратора.  Настраивать показания рН можно и программно, а резистор использовать только для того, чтобы настроить нулевую точку (то есть настроить датчик так, что бы при рН=7.0 на выходе датчика рН было 0 мВ).

Сенсор рН можно представить как батарейку, которая вырабатывает очень низкое напряжение, которое строго линейно кислотности измеряемой жидкости. При этом напряжение, вырабатываемое сенсором, может быть любой полярности. При рН=0 напряжение равно 413 мВ, при рН=1 – 354 мВ. Так при изменении рН на одну единицу напряжение изменяется на 59,16 мВ (это число называют мВ/рН фактор). Это значение характеризует наклон прямой графика. Стоит заметить, что значение 59,16 это теоретическое расчетное значение. На деле же это число может отклоняться как в меньшую, так и в большую сторону из-за изменения температуры и особенностей конкретного сенсора (например, может меняться из-за износа стеклянной мембраны или из-за особенностей изготовления данной партии сенсоров). Поэтому это значение мы будем считать переменной, что бы производить программную коррекцию показаний датчика.

Зависимость мВ/рН фактора выражена в следующей таблице.

image10.png.4b77ea01aa455d2ef0e1a91c37a777eb.png

Из нее следует, что мВ/рН фактор изменяется примерно на 0,2 мВ на один градус. Поэтому значение мВ/рН фактора можно записать как 59,16+(T-25)*0,2, где Т – температура по шкале Цельсия.

Второй переменной будет значение сдвига нулевой точки. Как я уже упоминал, у идеального теоретического сенсора при рН=7 на выходе будет напряжение 0 мВ. А на деле сенсор у нас не идеальный, и поэтому значение напряжение при рН=7 может отличаться как в меньшую, так и в большую сторону. Поэтому значение сдвига будет второй переменной в нашей формуле.

О какой формуле вообще идет речь? О формуле прямой: x=a*y+b, где вместо a подставляем мВ/рН фактор 59,16 (здесь и далее я не учитываю поправку на температуру), а вместо b напряжение смещения. О чем ещё надо знать - чем выше рН тем ниже напряжение на выходе, поэтому получается вот такая функция: Uвых=-59,16*(рН-7)+0 (формула 1), согласно этой формуле получается вот такая вот табличка:

image11.thumb.png.66a3179898a8c363ac375cbe12979ea8.png

Теперь преобразуем эту формулу так, что бы вычислять значение рН по полученному напряжению: рН=(Uвых-a)/(-b)+7 (формула 2).

Но напряжение на выходе мало того что с низким напряжением, так ещё и двуполярное. Поэтому усилительный каскад на плате должен сдвинуть напряжение, получаемое с сенсора так, что бы даже при самом максимальном отрицательном значении оно было положительным, а затем усилить его. Поскольку опорное напряжение на микроконтроллерах зачастую 5 вольт, и напряжения, получаемые с датчика рН в граничных значениях равны, то после сдвига и усиления нулевая точка должна составлять 2,5. Так же необходимо знать коэффициент усиления. Я провел небольшой опыт, подключал вместо рН-сенсора разряженные батарейки с различным напряжением и измерял напряжение на выходе после усилителя, и в итоге выявил закономерность, которую представил в виде таблицы. В левом столбце напряжение, подаваемое на вход платы, в правом – напряжение после усилителя.

image12.png.f32d36b2f428acc78f3ff2e53e3cbd7d.png

Как видите при напряжении 0 вольт на входе, напряжение на выходе составляет 2,5 вольт, это и есть наша сдвинутая нулевая точка. В левом столбце указано напряжение в мВ с шагом в 10 мВ. В правом столбце напряжение в вольтах, и мы видим, что разница между соседними значениями составляет 0,03 вольта или 30 мВ. Таким образом, сигнал усиливается в 3 раза и сдвигается в моем случае на 2,5 вольт. Поскольку с АЦП мы получаем не напряжение, то полученное с АЦП значение первым делом необходимо привести к напряжению при помощи формулы (5/1024)*ADC, затем отнять 2,5 и поделить на 3 [Uвых=((5/1024)*ADC-2,5)/3]. Таким образом, мы получим реальное значение напряжения, которое присутствует на рН сенсоре. А затем, используя формулу 2, вычисляем значение рН.

Какой либо код приводить не буду, задача тривиальная и справиться с ней сможет даже начинающий ардуинщик, а матерый программист и подавно.

P.S. Надо сказать ещё о том, что сенсоры рН приходят не активированными. Для того что бы активировать рН сенсор необходимо выдержать сенсор в слабом растворе соляной кислоты (достаточно и 1%) в течение суток. Определить активирован ли сенсор легко, у не активированного сенсора показания скачут, довольно сильно. Я активировал сенсор в самодельной соляной кислоте. Для этого я поставил в пол-литровую банку рюмку с холодной водой, на дно банки насыпал обыкновенной поваренной соли и налил на соль аккумуляторную кислоту. Банку закрыл крышкой и оставил на несколько дней. Вода впитывает пары соляной кислоты. Я не знаю, какая концентрация соляной кислоты у меня получилась, но её было достаточно для того, чтобы после двух дней вымачивания сенсора в ней значения, выдаваемые сенсором, стабилизировались.

Ну и в заключении. Полученным датчиком и приобретенным при работе с ним опытом я очень доволен, да и проект с его участием уже в стадии программирования. Благодарность форумe cxem.net за предоставленный датчик. 

Link to comment
Share on other sites

  • 1 year later...

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

21 час назад, java сказал:

собрали РН метр на микроконтроллере?

получается что так )) но проект с использованием рН-датчика о сих пор не реализован

Link to comment
Share on other sites

Аккумуляторы INR21700 от EVE Energy со стандартной и увеличенной емкостью

В Компэл представлены аккумуляторы 21700 с емкостями 4000 мА⋅ч и 5000 мА⋅ч (INR21700-40P и INR21700-50E, соответственно). Аккумуляторы INR21700-50E характеризуются повышенной емкостью и предназначены для  устройств с длительным сроком службы. Для приложений, где требуется экстремальный ток разряда до 30 или 50 А, подойдет аккумулятор INR21700-40P. Аккумуляторы INR21700 предназначены для  электротранспорта, а также для промышленных и бытовых приложений. Подробнее>>

 

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

не смог найти ни одной схемы и ни одной прошивки для этого датчика, хотел сделать дозатор с двумя дозирующими насосами, готовые изделия есть, а схем в инете не нашёл! 

Link to comment
Share on other sites

Первые в мире сигнальные реле 5-го поколения от Hongfa

Компания Hongfa разработала и предлагает три новых семейства сигнальных реле 5-го поколения: HFD5, HFD5-K и HFD5-H. На данный момент Hongfa является единственным в мире производителем таких реле.  Высокие максимально допустимые значения коммутируемого напряжения, повышенное быстродействие и уменьшенная мощность для срабатывания реле при небольшом размере отличают реле нового поколения Hongfa. Новые реле подходят для систем автоматики, измерительной техники, телекоммуникационного оборудования, а также являются хорошим решением для малогабаритных портативных устройств. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

В 08.03.2019 в 01:21, java сказал:

не смог найти ни одной схемы и ни одной прошивки для этого датчика, хотел сделать дозатор с двумя дозирующими насосами, готовые изделия есть, а схем в инете не нашёл! 

Этот датчик полностью аналоговый, там нет никакой прошивки.

Link to comment
Share on other sites

  • 4 weeks later...

Важные нюансы подбора литиевых ХИТ для разработчиков

В многообразии литиевых батареек и аккумуляторов нет какого-то универсального или идеального варианта. Выбирая тот или иной вариант для питания устройства, разработчику приходится оперировать множеством параметров, используя наиболее оптимальное их сочетание для каждого приложения. Разберем параметры для различных приложений. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

Нашёл таки прошивку для адруино, прикупил модули.Однако какая-то чертовщина происходит, когда я помещаю датчик в кислый раствор, показывает 9, в щелочной 4, а дожно быть наоборот! Может кто объяснит почему так?

чем кислее раствор, тем выше напряжение на выходе операционника, а по таблице должно быть наоборот!

вот таблица и скетч для адруины.

https://iarduino.ru/shop/Sensory-Datchiki/datchik-kislotnosti-zhidkosti-rn-metr.html

Edited by java
Link to comment
Share on other sites

  • 4 years later...

Так эта залипуха, типичный показометр погоды на марсе и с ним возится не стоит.... он не пройдет нормально калибровки по приборам. Имитатор электрода при проверке имеет внутреннее сопротивление 1 Гом да и операционник на входе должен быть с двух полярным питанием так как сигнал и + и - а вообще есть классика  операц. MAX406 там же в pdf есть и пример применения.

Link to comment
Share on other sites

23 минуты назад, oleg korotkov сказал:

MAX406

Ну допустим. Хотя дохрена за неё хотят. Этот АЦП точно идёт лесом, км1175пв2 сойдёт) Но вот вопрос - а что будет показывать индикатор ? 

вообще бы стоило это вот собирать, так и не вышло в lay перевести плату. а с учётом необходимости коррекции под имеющийся корпус тем более ужс(

image.png

image.png

image.png

Link to comment
Share on other sites

3 часа назад, O5-14 сказал:

Ну допустим. Хотя дохрена за неё хотят. Этот АЦП точно идёт лесом, км1175пв2 сойдёт) Но вот вопрос - а что будет показывать индикатор ? 

вообще бы стоило это вот собирать, так и не вышло в lay перевести плату. а с учётом необходимости коррекции под имеющийся корпус тем более ужс(

 

У родного ацп опора точная и стабильная, а всяких пв типа 7106 в последнее время разброс опоры просто космический и, кстати, на операционник надо добавлять цепь нуля  в последние 3-4 года  ноль у них не очень надо подстраивать. В китае брать не рекомендую. Присылают без балансировки (перемаркированные)-ноги просто в воздухе висят. К сожалению пока аналога подобрать пока не получилось.

Очень не плохо работают с АЦП  ADM7705

Link to comment
Share on other sites

6 минут назад, oleg korotkov сказал:

пв типа 7106

8 минут назад, oleg korotkov сказал:

В китае брать не рекомендую

Так всякое там в Китае и не беру. Перешёл на другие пв. (привозили под заказ).

11 минут назад, oleg korotkov сказал:

АЦП  ADM7705

Есть занятный момент на нём, только толку 0 - схема мелко, прошивку не скачать. И нет чтобы ПГ2 скажем переключатель взять - колхоз рога и копыта на базе старья с барахолки. Хотя очень было бы заманчиво собрать оное в настольном формате.

41 минуту назад, oleg korotkov сказал:

Очень не плохо работают

Для тех, кто может в кодинг)

image.png

Link to comment
Share on other sites

1 час назад, O5-14 сказал:

Так всякое там в Китае и не беру. Перешёл на другие пв. (привозили под заказ).

Есть занятный момент на нём, только толку 0 - схема мелко, прошивку не скачать.

Ну в принципе он не очень сложно программируется.... там только инициализировать его а потом получать данные.....Примерами не могу поделиться... они не мои и написаны на ассемблере да и под опред. железо..

кстати ADM7705 из китая берем , вполне нормально, из 100шт отбросов нет.

Link to comment
Share on other sites

7 часов назад, O5-14 сказал:

Ну допустим. Хотя дохрена за неё хотят. Этот АЦП точно идёт лесом, км1175пв2 сойдёт) Но вот вопрос - а что будет показывать индикатор ? 

вообще бы стоило это вот собирать

Так операционник тоже тут не дешевый.     Вот российский не хуже, а по схеме проще и доступнее на MAX406, ADm7705,MEGA8515 и мелочевка 

нитрат тест.png

нитрат.jpg

Link to comment
Share on other sites

31 минуту назад, oleg korotkov сказал:

у в принципе он не очень сложно программируется.... там только инициализировать его а потом получать данные.....

Для вас быть может и несложно. Для меня китайская грамота.

Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Unfortunately, your content contains terms that we do not allow. Please edit your content to remove the highlighted words below.
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Restore formatting

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
 Share

  • Recently Browsing   0 members

    • No registered users viewing this page.
×
×
  • Create New...