В този блог сме обсъждали много електрически компоненти за DIY проекти. Някои, свързани с вода, като някои клапани, разходомери, помпи и т.н., но може би производителите се нуждаят от нещо отвъд това, като напр. сензор за мътност.
Благодарение на този тип сензор можете измерване на мътността на течността, като вода, или също за много други приложения, както ще видим по-късно...
Мътност на течности
La мътност е мярка за разсейване на светлината, причинено от частици, суспендирани във течност, той е решаващ параметър в различни индустрии, от обработка на вода до производство на храни и напитки. Например, измерването на мътността или суспендираните частици във водата може да определи степента на чистота или дали е замърсена с твърди вещества от някакъв вид. Може да се използва и за контрол на промишлени процеси с течни смеси от химикали, или за ферментация на бира и други напитки, или за контрол на декантирането на частици или утайки, за изчисляване на ефективността на флокуланти. Може да бъде интересен и за задачи за изследване на околната среда, мониторинг на водите на езера, реки, морета и дори подземни кладенци... Приложенията са много разнообразни, както ще видим по-късно.
Какво представлява сензорът за мътност?
Лос сензори за мътност или измерватели на мътност, са устройства, предназначени да определят количествено това свойство, са се развили значително, предлагайки все по-голяма прецизност и надеждност. Можете да ги намерите в голям формат, за да проверите ефективността на системи за питейна вода с филтриране с обратна осмоза, дори в други промишлени процеси, контролирани от софтуер SCADA, до малки сензори за мътност за проекти „Направи си сам“. Ако сте производител, трябва да знаете, че има някои в модулен формат, така че можете лесно да ги включите във вашите проекти, както много други модули за Arduino.
La редовно калибриране на сензорите за мътност е от съществено значение за гарантиране на прецизността на измерванията, също и доброто почистване на измервателната клетка или детектора. За да направите това, препоръчвам да прочетете таблиците с данни на модела, който сте избрали, тъй като сертифицирани стандарти за мътност се използват за установяване на крива на калибриране. В противен случай това може не само да доведе до по-кратък експлоатационен живот, но и да доведе до неправилни измервания. По същия начин, в зависимост от вида на течността, която ще се тества, тя може да причини други повреди на сензора, като например корозия, ако е киселинна течност, или генериране на варовик, ако е твърда вода, образуване на водорасли и други...
Моля, имайте предвид, че има някои други фактори, които също могат да променят измерването, дори ако поддръжката на сензора е добра:
- Дължина на светлинната вълна: Изборът на дължина на вълната влияе върху чувствителността на сензора към различните размери на частиците.
- Ъгъл на откриване: Ъгълът, под който се измерва разсеяната светлина, определя диапазона от размери на частиците, които могат да бъдат открити.
- Материал на измервателната клетка: Той трябва да бъде прозрачен и устойчив на анализираните химикали.
- Температура: може да повлияе на плътността на частиците и следователно на мътността.
- Примерен цвят: Цветните проби могат да попречат на измерването на мътността.
- Точност и толерантност на сензора: Може да има различни модели с различни прецизности и толеранси и това е важно при избора на правилния. Ще има и такива с ограничения за размера на откриваемите частици.
Работа с турбидиметър
Un сензор за мътностПо същество това е оптичен инструмент, който измерва интензитета на светлината, разпръсната от частици, присъстващи в течност. Основният принцип се основава на Закон на Рейли, който гласи, че интензитетът на разсеяната светлина е пропорционален на четвъртата степен на диаметъра на частиците и на квадрата на дължината на вълната на падащата светлина.
Следователно сензорът за мътност ще има някои ключови части, като например:
- Източник на светлина: обикновено халогенна лампа, LED или лазер, излъчва лъч светлина с определена дължина на вълната през пробата.
- Детектор: Фотодетектор (фотодиод, фотоумножител) измерва интензитета на разсеяната светлина под даден ъгъл.
- Измервателна клетка- Съдържа пробата и осигурява определен оптичен път за светлина.
- Електроника: Те обработват сигнала от детектора и го преобразуват в показание за мътност.
От друга страна, сред различните видове измерватели на мътност, които можем да намерим няколко начина за измерване на присъствието на тези частици в суспензия:
- Нефелометрия: измерва светлината, разпръсната под ъгъл от 90 градуса спрямо падащия лъч. Това е най-разпространеният метод за измерване на ниска и умерена мътност.
- Предаване: В този случай се основава на измерването на светлината, която преминава през пробата. Използва се за измерване на висока мътност.
- абсорбция: фокусира се върху определянето на светлината, абсорбирана от частиците. Прилага се в специфични случаи, когато дисперсията е минимална.
Освен че имате предвид всичко това, проверете и напреженията, консумацията, интензивността на работа, работните температурни диапазони или съвместимостта с вашия проект...
Къде да купя и цени на сензор за мътност
Можете да намерите сензори за мътност на добра цена в много платформи, специализирани в електрониката, а също и на магазини като Aliexpress или Amazon. В тези сайтове можете да получите достъпни цени и голямо разнообразие от модели, които да задоволят вашите нужди. Тук ви показвам някои препоръки, два формата с модул, базиран на ефекта на Тиндал, и по-промишлен измервателен уред, използван за измерване на качеството на водата в по-напреднали проекти, като например в пречиствателни станции, станции за пречистване на вода и др.
Практически приложения
Вече знаете някои от възможни употреби или приложения на сензор за мътност, тъй като цитирах някои в текста по-рано. Ето обаче списък с някои от най-популярните употреби, които да ви вдъхновят в бъдещите ви проекти:
- Пречистване на водата: мониторинг на качеството на питейната вода, отпадъчните и технологичните води. Може да се използва и за екологични проекти, измерване на качеството на водата в реки, резервоари, езера, морета, подземни води и др. Можете дори да го използвате у дома, ако възнамерявате да инсталирате пречиствателна система за повторно използване на сивата вода за поливане на растения, инсталации за обезсоляване и др.
- Производство на храни и напитки: контрол на качеството на продукти като сокове, бира и вина. Алкохолните и дестилираните напитки могат да бъдат податливи на този тип суспендирани частици и е необходимо тези параметри да се наблюдават и контролират по време на производството.
- Фармацевтични: Този сектор може също така да се нуждае от сензори за мътност, за да гарантира качеството на инжекционните продукти и офталмологичните разтвори, както и серуми, сиропи и др.
- химия: Разбира се, друга възможност е наблюдение на процеси на филтриране и разделяне, химически смеси и др.
Практически пример за използване на мътномер
Например, ако използваме като основа един от Модулни сензори за мътност, базирани на ефекта на Тиндал, които се основават на дисперсията на светлината, проектирана върху течност поради наличието на частици в суспензия, ще генерират измервания на една или друга стойност в зависимост от броя на наличните частици. Този тип модул е доста ефективен и се интегрира перфектно с Arduino UNOи ви позволява да пишете скици в Arduino IDE за лесен контрол.
В този случай ще имаме диапазон на откриване между 0% и 3.5% (0 и 4550 NTU или нефелометрични единици за мътност или нефелометрични единици за мътност), с допустимо отклонение от ±0.5%. Освен това имаме два режима на работа, тъй като позволява използването му в аналогов и цифров изход. В аналогов режим (позиция на превключвателя в A), мътността се изчислява чрез измерване на нивото на напрежение на изхода на сензора, докато в цифров режим (позиция на превключвателя в D), тя се измерва цифрово, с двоичен код, който ще варира между две стойности.
От друга страна, ако погледнем листа с данни на този сензор за мътност, виждаме, че моделът има следните технически характеристики:
- Захранващо напрежение: 5V DC
- Консумация: 11mA приблизително
- Обхват на откриване: 0% до -3.5%（0-4550 NTU）
- Работна температура: -30℃ и 80℃
- Температура на almacenamiento：-10 ℃ и 80 ℃
- Толерантност или граница на грешка: ± 0.5%
В листа с данни можете също да видите криви или графики, които свързват измерената мътност с напрежението генерирани на изхода на сензора, както и пиноут което ще ни помогне да свържем правилно модула с нашата Arduino платка:
Ще видите и два светодиода, единият показва, че работи като PWR, а друг за Dout или изход на данни. Сега, след като свържем модула към нашата платка Arduino, това ще бъде толкова лесно, колкото свързването VIN към 5V и GND към GND на нашата платка и след това S се свързва към мястото, където искаме да проверим сигнала, като A0 за аналогов или D13, ако искаме цифрови измервания. Освен това в този пример светодиод, свързан към цифров изход, може по избор да се използва за калибриране...
След като приключите, кодовете, които трябва да напишете в Arduino IDE са:
- Цифрова конфигурация:
/* 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
}
}
- Аналогова конфигурация:
/* 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);
}
- Ако искате да измервате в единици NTU в аналогов режим, използвайте:
/* 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;
}
Не забравяйте, че винаги можете да промените кода, за да го адаптирате към вашите проекти, това са само примери за употреба...