Drumstumo jutiklis: kas tai yra ir kaip jis veikia

Šiame tinklaraštyje aptarėme platų „ pasidaryk pats“ projektams skirtų elektrinių komponentų spektrą . Kai kurie iš jų yra susiję su vandeniu, pavyzdžiui, vožtuvai, srauto matuokliai, siurbliai ir kt. Tačiau gamintojams gali prireikti kažko sudėtingesnio, pavyzdžiui, drumstumo jutiklio.

Dėl šio tipo jutiklio galima išmatuoti skysčio , pavyzdžiui, vandens, drumstumą arba daugeliui kitų sričių, kaip pamatysime vėliau...

Skysčių drumstumas

Drumstumas yra šviesos sklaidos, kurią sukelia skystyje suspenduotos dalelės, matas . Tai labai svarbus parametras įvairiose pramonės šakose – nuo vandens valymo iki maisto ir gėrimų gamybos. Pavyzdžiui, matuojant vandenyje esančias drumstumo ar suspenduotų dalelių kiekį, galima nustatyti jo grynumą arba tai, ar jis užterštas kokiomis nors kietosiomis medžiagomis. Jis taip pat gali būti naudojamas stebint pramoninius procesus, susijusius su skystais cheminių medžiagų mišiniais, alaus ir kitų gėrimų fermentacija, dalelių ar nuosėdų nusėdimu ir flokuliantų veiksmingumu. Jis taip pat gali būti naudingas aplinkos tyrimams, stebint ežerų, upių, jūrų ir net gruntinio vandens telkinius. Kaip matysime vėliau, pritaikymas yra labai įvairus.

Kas yra drumstumo jutiklis?

Drumstumo jutikliai arba drumstumo matuokliai yra prietaisai, skirti šiai savybei kiekybiškai įvertinti. Jie gerokai patobulėjo, todėl jų tikslumas ir patikimumas nuolat didėja. Jų galite rasti dideliais formatais, skirtais geriamojo vandens sistemų efektyvumui tikrinti naudojant atvirkštinio osmoso filtravimą, taip pat kituose pramoniniuose procesuose, valdomuose SCADA programinės įrangos, ir mažuose drumstumo jutikliuose, skirtuose „pasidaryk pats“ projektams. Jei esate gamintojas, turėtumėte žinoti, kad kai kurie iš jų yra modulių formatu, todėl galite juos lengvai integruoti į savo projektus, kaip ir daugelį kitų „Arduino“ modulių.

Reguliarus drumstumo jutiklių kalibravimas yra būtinas norint užtikrinti tikslius matavimus, kaip ir kruopštus matavimo celės ar detektoriaus valymas. Dėl to rekomenduoju peržiūrėti pasirinkto modelio duomenų lapus, nes sertifikuoti drumstumo standartai naudojami kalibravimo kreivei nustatyti. Netinkamas kalibravimas gali ne tik sutrumpinti jutiklio tarnavimo laiką, bet ir lemti netikslius matavimus. Be to, priklausomai nuo tiriamo skysčio tipo, netinkamas kalibravimas gali sukelti kitokią jutiklio žalą, pavyzdžiui, koroziją rūgštiniuose skysčiuose, kalkių nuosėdų kaupimąsi kietame vandenyje, dumblių susidarymą ir kt.

Turėkite omenyje, kad yra ir kitų veiksnių, kurie taip pat gali turėti įtakos matavimui , net jei jutiklis yra gerai prižiūrimas:

Šviesos bangos ilgis: Bangos ilgio pasirinkimas turi įtakos jutiklio jautrumui skirtingiems dalelių dydžiams.
Aptikimo kampas: kampas, kuriuo matuojama išsklaidyta šviesa, nustato dalelių dydžių diapazoną, kurį galima aptikti.
Ląstelių medžiagos matavimas: Jis turi būti skaidrus ir atsparus tiriamoms cheminėms medžiagoms.
Temperatūra: gali turėti įtakos dalelių tankiui, taigi ir drumstumui.
Pavyzdinė spalva: Spalvoti mėginiai gali trukdyti matuoti drumstumą.
Jutiklio tikslumas ir tolerancija: Gali būti įvairių modelių su skirtingu tikslumu ir tolerancija, ir tai svarbu renkantis tinkamą. Taip pat bus kai kurių aptinkamų dalelių dydžio apribojimų.

Turbidimetro veikimas

Drumstumo jutiklis iš esmės yra optinis prietaisas, matuojantis skysčio dalelių išsklaidytos šviesos intensyvumą. Pagrindinis principas pagrįstas Rayleigh dėsniu , kuris teigia, kad išsklaidytos šviesos intensyvumas yra proporcingas ketvirtajam dalelių skersmens laipsniui ir krintančios šviesos bangos ilgio kvadratui.

Todėl drumstumo jutiklis turės keletą pagrindinių dalių, tokių kaip:

Šviesos šaltinis: paprastai halogeninė lempa, LED arba lazeris, skleidžia tam tikro bangos ilgio šviesos spindulį per mėginį.
Detektorius: Fotodetektorius (fotodiodas, fotodaugiklis) matuoja išsklaidytos šviesos intensyvumą tam tikru kampu.
Matavimo ląstelė- Sudėtyje yra mėginys ir nustatytas šviesos optinis kelias.
Elektronika: Jie apdoroja detektoriaus signalą ir paverčia jį drumstumo rodmeniu.

Kita vertus, tarp skirtingų tipų drumstumo matuoklių galime rasti keletą būdų, kaip išmatuoti šių suspenduotų dalelių buvimą :

Nefelometrija: matuoja šviesą, išsklaidytą 90 laipsnių kampu į krintantį spindulį. Tai labiausiai paplitęs mažo ir vidutinio drumstumo matavimo metodas.
Užkrato pernešimas: Šiuo atveju jis pagrįstas šviesos, praeinančios per mėginį, matavimu. Jis naudojamas dideliam drumstumui matuoti.
absorbcija: dėmesys sutelkiamas į dalelių sugeriamos šviesos patikslinimą. Jis taikomas ypatingais atvejais, kai dispersija yra minimali.

Be viso to nepamirškite, taip pat patikrinkite įtampą, suvartojimą, darbo intensyvumą, darbinės temperatūros diapazonus arba suderinamumą su jūsų projektu...

Kur įsigyti drumstumo jutiklio ir kainos

Jadeshay jutiklis...

HEXEH optinis jutiklis...

Drumstumo jutiklius geromis kainomis galite rasti daugelyje elektronikos platformų, taip pat tokiose svetainėse kaip „AliExpress“ ar „Amazon“ . Šios svetainės siūlo prieinamas kainas ir platų modelių pasirinkimą, atitinkantį jūsų poreikius. Štai kelios rekomendacijos: du formatai su moduliais, pagrįstais Tyndallo efektu, ir pramoninės klasės matuoklis, naudojamas vandens kokybei matuoti sudėtingesniuose projektuose, tokiuose kaip nuotekų valymo įrenginiai, geriamojo vandens valymo įrenginiai ir kt.

SVARBU: šie įrenginiai paprastai nėra panardinami, tik dalis zondo yra. Taigi, būkite atsargūs, jei nenorite jo sugadinti.

Praktiniai pritaikymai

Jau žinote kai kuriuos galimus drumstumo jutiklio panaudojimo būdus ar pritaikymo būdus , kaip jau minėjau anksčiau tekste. Tačiau pateikiame keletą populiariausių panaudojimo būdų, kurie įkvėps jūsų būsimus projektus:

Vandens valymas: geriamojo vandens, nuotekų ir technologinio vandens kokybės stebėjimas. Jis taip pat gali būti naudojamas aplinkosaugos projektams, matuojant vandens kokybę upėse, rezervuaruose, ežeruose, jūrose, požeminiame vandenyje ir kt. Jūs netgi galite jį naudoti namuose, jei ketinate įdiegti valymo sistemą, kad pilką vandenį pakartotinai panaudotumėte laistyti augalus, gėlinimo įrenginius ir kt.
Maisto ir gėrimų pramonė: produktų, tokių kaip sultys, alus ir vynai, kokybės kontrolė. Alkoholiniai ir nedestiliuoti gėrimai gali būti jautrūs tokio tipo suspenduotoms dalelėms, todėl gamybos metu būtina stebėti ir kontroliuoti šiuos parametrus.
Farmacijos: Šiam sektoriui taip pat gali prireikti drumstumo jutiklių, kurie garantuotų injekcinių produktų ir oftalmologinių tirpalų kokybę, taip pat serumų, sirupų ir kt.
Chemija: Žinoma, dar viena galimybė yra stebėti filtravimo ir atskyrimo procesus, cheminius mišinius ir kt.

Praktinis drumstumo matuoklio naudojimo pavyzdys

Pavyzdžiui, jei kaip pagrindą naudojame vieną iš Modulio tipo drumstumo jutikliai, pagrįsti Tyndall efektu, kurios yra pagrįstos šviesos sklaida ant skysčio dėl suspensijoje esančių dalelių, sukurs vienokius ar kitokius matavimus, priklausomai nuo esamų dalelių skaičiaus. Šio tipo moduliai yra gana efektyvūs ir puikiai sujungiami Arduino UNO, ir leidžia rašyti eskizus „Arduino IDE“, kad būtų lengviau valdyti.

Šiuo atveju aptikimo diapazonas yra nuo 0 % iki 3.5 % ( nuo 0 iki 4550 NTU arba nefelometrinių drumstumo vienetų ), o paklaida yra ±0.5 %. Be to, prietaisas siūlo du veikimo režimus, leidžiančius naudoti tiek analoginį, tiek skaitmeninį išėjimą. Analoginiu režimu (jungiklio padėtis A) drumstumas apskaičiuojamas matuojant įtampos lygį jutiklio išėjime, o skaitmeniniu režimu (jungiklio padėtis D) – skaitmeniniu būdu, naudojant dvejetainį kodą, kuris svyruoja tarp dviejų verčių.

Kita vertus, jei pažvelgsime į šio drumstumo jutiklio duomenų lapą , pamatysime, kad modelis turi šias technines specifikacijas:

Maitinimo įtampa: 5V DC
Vartojimas: apie 11mA
Aptikimo diapazonas: nuo 0% iki -3.5% (0-4550 NTU)
Temperatūra de trabajo: -30 ℃ ir 80 ℃
Almacenamiento temperatūra： -10 ℃ ir 80 ℃
Paklaida arba paklaida: ± 0.5%

Duomenų lape taip pat pateikiamos kreivės arba grafikai, kurie susieja išmatuotą drumstumą su jutiklio išėjime generuojama įtampa , taip pat kontaktų išdėstymas , kuris padės mums teisingai prijungti modulį prie „Arduino“ plokštės:

Taip pat matysite du šviesos diodus: vieną, rodantį, kad jis veikia kaip PWR, o kitą – Dout arba duomenų išvestį. Dabar, kai prijungsime modulį prie mūsų Arduino plokštės (tai taip paprasta, kaip prijungti VIN prie 5V ir GND prie GND mūsų plokštėje), tada S jungiamas ten, kur norime matuoti signalą, pvz., A0 analoginiam arba D13 skaitmeniniams matavimams. Be to, šiame pavyzdyje kalibravimui galite naudoti šviesos diodą, prijungtą prie skaitmeninės išvesties...

Baigę, „Arduino IDE“ reikia parašyti šiuos kodus:

Skaitmeninė konfigūracija:

/* Prueba del sensor de turbidez en modo D */
#define Turbidy_sensor 2 //Pin digital 2

const int ledPin = 13; //LED asociado al 13

void setup() {
   pinMode(ledPin, OUTPUT); //Configuramos pin 13 como salida
   pinMode(Turbidy_sensor, INPUT); //Configuramos el pin del sensor de turbidez como entrada
}
void loop() {
   if(digitalRead(Turbidy_sensor)==LOW){ //Lectura de la señal del sensor
   digitalWrite(ledPin, HIGH); //Si el sensor indica nivel bajo (LOW) encendemos el LED, es decir, agua más pura
}
else{
   digitalWrite(ledPin, LOW); //Si el sensor indica nivel alto (HIGH) apagamos el LED, es decir, agua sucia o turbia
}
}

Kaip matote, modulyje taip pat yra potenciometras kurį galite reguliuoti atsuktuvu, kad sureguliuotumėte skaitmeninio signalo slenkstį ir pritaikytumėte jį savo poreikiams. Galite naudoti distiliuotą vandenį, kad įstatytumėte zondą ir judintumėte potenciometrą, kol įsijungs arba išsijungs susijęs integruotas šviesos diodas, priklausomai nuo to, kaip jį sukonfigūravote kode. Taip jis sukalibruojamas, o tada galite įdėti zondą į drumstą vandenį, kad pamatytumėte, ar šviesos diodas veikia priešingai.

Analoginė konfigūracija:

/* Prueba del sensor de turbidez modo A*/

#define Turbidy_sensor A0   

int TurbidySensorValue = 0;  

float Tension = 0.0;  

void setup() {     //Monitorización por el puerto serial para ver valores en pantalla
  Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación  
  Serial.println("Prueba de lectura del sensor de turbidez");  
  Serial.println("========================================");  
  Serial.println(" ");  
  Serial.println("Lectura analógica\tTension");   
  Serial.println("-----------------\t-------");  
}  
void loop() {  
  TurbidySensorValue = analogRead(Turbidy_sensor); // Lectura del pin analógico 0  
  Tension = TurbidySensorValue * (5.0 / 1024.0); // Mapeo de la lectura analógica  

  //Envio de valores y textos al terminal serie  
  Serial.print(TurbidySensorValue);   
  Serial.print("\t\t\t");  
  Serial.print(Tensión);  
  Serial.println(" V");  
  delay(3000);  
}

Jei norite matuoti NTU vienetais analoginiu režimu, naudokite:

/* Prueba del sensor de turbidez en modo A y mediciones en NTU */  

#define Turbidy_sensor A0  
 
float Tension = 0.0;  
float NTU = 0.0;  
void setup() {    //Medición a través del monitor serie
  Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación  
  Serial.println("Lectura del sensor de turbidez en NTUs");  
  Serial.println("===================================================================================");  
  Serial.println(" ");  
  Serial.println("Tensión\tNTU");   
  Serial.println("-------\t---");  
}  
void loop() {  
  Tension = 0;  
  Tension = analogRead(Turbidy_sensor)/1024*5; // Mapeo de la lectura analógica  
  //Para compensar el ruido producido en el sensor tomamos 500 muestras y obtenemos la media  
  for(int i=0; i<500; i++)  
    {  
      Tension += ((float)analogRead(Turbidy_sensor)/1024)*5;  
    }  
    Tension = Tension/500;  
    Tension = redondeo(Tension,1);  
    //Para ajustarnos a la gráfica de la derecha  
    if(Tension < 2.5){  
      NTU = 3000;  
    }else{  
      NTU = -1120.4*square(Tension)+5742.3*Tension-4352.9;   
    }  
  //Envio de valores y textos al terminal serie  
  Serial.print(Tension);  
  Serial.print(" V");  
  Serial.print("\t");  
  Serial.print(NTU);  
  Serial.println(" NTU");  
  delay(5000);  
}  

float redondeo(float p_entera, int p_decimal)  
{  
  float multiplicador = powf( 10.0f, p_decimal);  //redondeo a 2 decimales  
  p_entera = roundf(p_entera * multiplicador) / multiplicador;  
  return p_entera;  
}

Atminkite, kad visada galite modifikuoti kodą, kad pritaikytumėte jį savo projektams, tai tik naudojimo pavyzdžiai...