Senzor zákalu: čo to je a ako to funguje

V tomto blogu sme diskutovali o mnohých elektrické komponenty pre DIY projekty. Niektoré súvisia s vodou, ako sú niektoré ventily, prietokomery, čerpadlá atď., ale možno výrobcovia potrebujú niečo viac, ako napr. snímač zákalu.

Vďaka tomuto typu snímača môžete zmerajte zákal kvapaliny, ako je voda, alebo aj pre mnohé iné aplikácie, ako uvidíme neskôr...

Zákal kvapalín

La zákal je miera rozptylu svetla spôsobená časticami suspendovanými v tekutine, je to rozhodujúci parameter v rôznych priemyselných odvetviach, od úpravy vody až po výrobu potravín a nápojov. Napríklad meranie zákalu alebo suspendovaných častíc prítomných vo vode môže určiť stupeň čistoty alebo či je voda kontaminovaná pevnými látkami nejakého typu. Môže sa tiež použiť na riadenie priemyselných procesov s kvapalnými zmesami chemikálií alebo na fermentáciu piva a iných nápojov alebo na riadenie dekantácie častíc alebo precipitátov na výpočet účinnosti flokulantov. Zaujímavý môže byť aj pri environmentálnych výskumných úlohách, monitorovaní vôd jazier, riek, morí, dokonca aj podzemných studní... Aplikácie sú veľmi rôznorodé, ako uvidíme neskôr.

Čo je to snímač zákalu?

undefined senzory zákalu, alebo merače zákalu, sú zariadenia určené na kvantifikáciu tejto vlastnosti, sa výrazne vyvinuli a ponúkajú čoraz väčšiu presnosť a spoľahlivosť. Nájdete ich vo veľkom formáte, na kontrolu účinnosti systémov pitnej vody s filtráciou s reverznou osmózou, dokonca aj v iných priemyselných procesoch riadených SCADA softvérom, až po malé senzory zákalu pre svojpomocné projekty. Ak ste tvorca, mali by ste vedieť, že niektoré existujú vo formáte modulov, takže ich môžete jednoducho zahrnúť do svojich projektov, ako mnoho iných modulov pre Arduino.

La pravidelná kalibrácia senzorov zákalu je nevyhnutné na zaručenie presnosti meraní a tiež dobré čistenie meracej cely alebo detektora. Na tento účel vám odporúčam prečítať si technické listy modelu, ktorý ste si vybrali, pretože na zostavenie kalibračnej krivky sa používajú certifikované štandardy zákalu. V opačnom prípade môže spôsobiť nielen kratšiu životnosť, ale aj nesprávne merania. Podobne, v závislosti od typu testovanej kvapaliny, môže spôsobiť iné poškodenie snímača, ako je korózia, ak ide o kyslú kvapalinu, alebo tvorba vápna, ak ide o tvrdú vodu, tvorbu rias a ďalšie...

Upozorňujeme, že existujú iné faktory, ktoré môžu tiež zmeniť meranie, aj keď je údržba snímača dobrá:

Vlnová dĺžka svetla: Voľba vlnovej dĺžky ovplyvňuje citlivosť senzora na rôzne veľkosti častíc.
Angulo de detección: Uhol, pod ktorým sa meria rozptýlené svetlo, určuje rozsah veľkostí častíc, ktoré možno detekovať.
Meranie materiálu bunky: Musí byť transparentný a odolný voči chemikáliám, ktoré sa majú analyzovať.
Teplota: môže ovplyvniť hustotu častíc a tým aj zákal.
Farba vzorky: Farebné vzorky môžu interferovať s meraním zákalu.
Presnosť a tolerancia snímača: Môžu existovať rôzne modely s rôznymi presnosťami a toleranciami, a to je dôležité pri výbere toho správneho. Budú aj niektoré s limitmi na veľkosť detekovateľných častíc.

Prevádzka turbidimetra

Un snímač zákaluV podstate ide o optický prístroj, ktorý meria intenzitu svetla rozptýleného časticami prítomnými v tekutine. Základný princíp je založený na Rayleighov zákon, ktorý uvádza, že intenzita rozptýleného svetla je úmerná štvrtej mocnine priemeru častíc a druhej mocnine vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla.

Preto bude mať snímač zákalu niektoré kľúčové časti, ako napríklad:

Svetelný zdroj: zvyčajne halogénová lampa, LED alebo laser, vyžaruje cez vzorku lúč svetla špecifickej vlnovej dĺžky.
detektor: Fotodetektor (fotodióda, fotonásobič) meria intenzitu rozptýleného svetla pod daným uhlom.
Meracia bunka- Obsahuje vzorku a poskytuje definovanú optickú dráhu pre svetlo.
Elektronika: Spracujú signál detektora a prevedú ho na hodnotu zákalu.

Na druhej strane medzi rôznymi typmi zákalomerov môžeme nájsť niekoľko spôsobov merania prítomnosti týchto častíc v pozastavení:

Nefelometria: meria svetlo rozptýlené pod uhlom 90 stupňov k dopadajúcemu lúču. Je to najbežnejšia metóda na meranie nízkeho a stredného zákalu.
Prenos: V tomto prípade je to založené na meraní svetla, ktoré prechádza vzorkou. Používa sa na meranie vysokého zákalu.
absorbancia: zameriava sa na špecifikáciu svetla absorbovaného časticami. Aplikuje sa v špecifických prípadoch, kde je rozptyl minimálny.

Okrem toho, že toto všetko majte na pamäti, skontrolujte aj napätia, spotrebu, intenzitu práce, rozsahy prevádzkových teplôt, či kompatibilitu s vaším projektom...

Kde kúpiť a ceny snímača zákalu

Senzor Jadeshay...

Senzorový modul TDS,...

Optický snímač HEXEH...

Senzory zákalu nájdete za dobrú cenu na mnohých platformách špecializovaných na elektroniku, ale aj na obchody ako Aliexpress alebo Amazon. Na týchto stránkach môžete získať dostupné ceny a širokú škálu modelov, ktoré uspokoja vaše potreby. Tu vám ukážem niekoľko odporúčaní, dva formáty s modulom založeným na Tyndallovom efekte a priemyselnejší merač používaný na meranie kvality vody v pokročilejších projektoch, ako sú čistiarne, úpravne vody atď.

DÔLEŽITÉ: tieto zariadenia zvyčajne nie sú ponorné, iba časť sondy je ponorná. Takže buďte opatrní, ak si to nechcete pokaziť.

Praktické aplikácie

Niektoré z nich už poznáte možné použitia alebo aplikácie snímača zákalu, keďže som niektoré citoval v texte predtým. Tu je však zoznam niektorých z najpopulárnejších použití, ktoré vás inšpirujú vo vašich budúcich projektoch:

Úprava vody: sledovanie kvality pitnej vody, odpadovej vody a procesnej vody. Dá sa použiť aj na environmentálne projekty, meranie kvality vody v riekach, nádržiach, jazerách, moriach, podzemných vodách atď. Môžete ho dokonca použiť aj doma, ak sa chystáte nainštalovať čistiaci systém na opätovné použitie sivej vody na zavlažovanie rastlín, odsoľovacie zariadenia atď.
Potravinársky a nápojový priemysel: kontrola kvality produktov, ako sú džúsy, pivo a vína. Alkoholické a neperlivé nápoje môžu byť náchylné na tento typ suspendovaných častíc a pri výrobe je potrebné tieto parametre monitorovať a kontrolovať.
Farmaceutický: Tento sektor môže potrebovať aj senzory zákalu, aby sa zaručila kvalita injekčných produktov a očných roztokov, ako aj sér, sirupov atď.
chémia: Samozrejme ďalšou možnosťou je sledovanie filtračných a separačných procesov, chemických zmesí a iné.

Praktický príklad použitia zákalomeru

Napríklad, ak použijeme ako základ jeden z Modulové snímače zákalu založené na Tyndallovom efekte, ktoré sú založené na disperzii svetla premietaného na kvapalinu v dôsledku prítomnosti častíc v suspenzii, budú generovať merania jednej alebo druhej hodnoty v závislosti od počtu prítomných častíc. Tento typ modulu je pomerne efektívny a dokonale sa s ním integruje Arduino UNOa umožňuje vám písať skice v Arduino IDE pre jednoduché ovládanie.

V tomto prípade budeme mať rozsah detekcie medzi 0 % a 3.5 % (0 a 4550 NTU alebo nefelometrické jednotky zákalu alebo nefelometrické jednotky zákalu), s toleranciou ±0.5 %. Okrem toho máme dva režimy prevádzky, pretože umožňuje jeho použitie v analógovom a digitálnom výstupe. V analógovom režime (poloha prepínača v A) sa zákal vypočítava meraním úrovne napätia na výstupe senzora, zatiaľ čo v digitálnom režime (poloha prepínača v D) sa meria digitálne, s binárnym kódom, ktorý bude oscilovať medzi dvoma hodnotami.

Na druhej strane, ak sa pozriete na technický list tohto snímača zákalu, vidíme, že model má nasledujúce technické špecifikácie:

Napájacie napätie: 5V DC
Spotreba: približne 11 mA
Rozsah detekcie: 0% až -3.5% (0-4550 NTU)
Pracovná teplota: -30 ℃ a 80 ℃
Skladovacia teplota：-10℃ a 80℃
Tolerancia alebo tolerancia chyby: ± 0.5%

V údajovom liste môžete tiež vidieť krivky alebo grafy týkajúce sa nameraného zákalu a napätia generované na výstupe snímača, ako aj pinout to nám pomôže správne pripojiť modul k našej Arduino doske:

Uvidíte tiež dve LED diódy, jednu, ktorá indikuje, že funguje ako PWR, a druhú pre Dout alebo dátový výstup. Teraz, keď pripojíme modul k našej Arduino doske, bude to rovnako jednoduché ako pripojenie VIN na 5V a GND na GND našej dosky a potom sa S pripojí k miestu, kde chceme skontrolovať signál, ako je napríklad A0 pre analógový signál alebo D13, ak chceme digitálne merania. Okrem toho v tomto príklade možno na kalibráciu voliteľne použiť LED pripojenú k digitálnemu výstupu…

Po dokončení kódy, ktoré musíte napísať v Arduino IDE sú:

Digitálna konfigurácia:

/* 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
}
}

Ako vidíte, modul obsahuje aj potenciometer ktorý môžete nastaviť pomocou skrutkovača na nastavenie prahu digitálneho signálu a prispôsobiť ho vašim potrebám. Na vloženie sondy a posúvanie potenciometra môžete použiť destilovanú vodu, kým sa nerozsvieti alebo nezhasne príslušná zabudovaná LED dióda, v závislosti od toho, ako ste ju nakonfigurovali v kóde. Takto sa to nakalibruje a potom môžete sondu vložiť do zakalenej vody, aby ste videli, že LED dióda robí opak.

Analógová konfigurácia:

/* 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);  
}

Ak chcete merať v jednotkách NTU v analógovom režime, použite:

/* 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;  
}

Pamätajte, že kód môžete vždy upraviť, aby ste ho prispôsobili vašim projektom, toto sú len príklady použitia...

Hardwarelibre