V tomto blogu jsme diskutovali o mnoha elektrické komponenty pro DIY projekty. Některé se týkají vody, jako jsou některé ventily, průtokoměry, čerpadla atd., ale možná tvůrci potřebují něco navíc, jako např. senzor zákalu.
Díky tomuto typu senzoru můžete měřit zákal kapaliny, jako je voda, nebo také pro mnoho dalších aplikací, jak uvidíme později...
Zákal kapalin
La zákal je míra rozptylu světla způsobená částicemi suspendovanými v tekutině, je to zásadní parametr v různých průmyslových odvětvích, od úpravy vody po výrobu potravin a nápojů. Například měřením zákalu nebo suspendovaných částic přítomných ve vodě lze určit stupeň čistoty nebo zda je voda kontaminována pevnými látkami nějakého typu. Může být také použit pro řízení průmyslových procesů s kapalnými směsmi chemikálií nebo pro fermentaci piva a jiných nápojů nebo pro řízení dekantace částic nebo sraženin, pro výpočet účinnosti flokulantů. Může být zajímavý i pro environmentální výzkumné úkoly, sledování vod jezer, řek, moří, ale i podzemních vrtů... Aplikace jsou velmi rozmanité, jak uvidíme později.
Co je to senzor zákalu?
L čidla zákalu nebo měřiče zákalu, jsou zařízení určená ke kvantifikaci této vlastnosti, se výrazně vyvinula a nabízí stále větší přesnost a spolehlivost. Najdete je ve velkém formátu, pro kontrolu účinnosti systémů pitné vody s reverzní osmózou filtrace, a to i v jiných průmyslových procesech řízených softwarem SCADA, až po malé senzory zákalu pro kutilské projekty. Pokud jste tvůrci, měli byste vědět, že některé existují ve formátu modulů, takže je můžete snadno zahrnout do svých projektů, jako mnoho jiných modulů pro Arduino.
La pravidelná kalibrace senzorů zákalu je zásadní pro zaručení přesnosti měření a také dobré čištění měřicí cely nebo detektoru. K tomu doporučuji pročíst si datové listy modelu, který jste si vybrali, protože ke stanovení kalibrační křivky se používají certifikované standardy zákalu. V opačném případě může způsobit nejen kratší životnost, ale také nesprávnost měření. Podobně, v závislosti na typu testované kapaliny, může způsobit další poškození senzoru, jako je koroze, pokud se jedná o kyselou kapalinu, nebo tvorba vápna, pokud je to tvrdá voda, tvorba řas a další...
Upozorňujeme, že existují další faktory, které mohou také změnit měření, i když je údržba snímače dobrá:
- Vlnová délka světla: Volba vlnové délky ovlivňuje citlivost senzoru na různé velikosti částic.
- Angulo de detección: Úhel, pod kterým se měří rozptýlené světlo, určuje rozsah velikostí částic, které lze detekovat.
- Materiál měřícího článku: Musí být transparentní a odolný vůči analyzovaným chemikáliím.
- Teplota: může ovlivnit hustotu částic a tím i zákal.
- Vzorová barva: Barevné vzorky mohou rušit měření zákalu.
- Přesnost a tolerance snímače: Mohou existovat různé modely s různou přesností a tolerancemi, a to je důležité při výběru toho správného. Budou také některé s limity velikosti detekovatelných částic.
Provoz turbidimetru
Un senzor zákaluV podstatě se jedná o optický přístroj, který měří intenzitu světla rozptýleného částicemi přítomnými v tekutině. Základní princip je založen na Rayleighův zákon, který říká, že intenzita rozptýleného světla je úměrná čtvrté mocnině průměru částic a druhé mocnině vlnové délky dopadajícího světla.
Proto bude mít senzor zákalu některé klíčové části, jako například:
- Světelný zdroj: Obecně halogenová lampa, LED nebo laser, vyzařuje paprsek světla specifické vlnové délky skrz vzorek.
- Detektor: Fotodetektor (fotodioda, fotonásobič) měří intenzitu rozptýleného světla pod daným úhlem.
- Měřicí buňka- Obsahuje vzorek a poskytuje definovanou optickou dráhu pro světlo.
- Elektronika: Zpracovávají signál detektoru a převádějí jej na hodnotu zákalu.
Na druhou stranu mezi různými typy zákalomerů najdeme několik způsobů, jak změřit přítomnost těchto částic ve visu:
- Nefelometrie: měří světlo rozptýlené pod úhlem 90 stupňů k dopadajícímu paprsku. Je to nejběžnější metoda pro měření nízkého a středního zákalu.
- Přenos: V tomto případě je založen na měření světla, které prochází vzorkem. Používá se k měření vysokého zákalu.
- absorbance: zaměřuje se na specifikaci světla absorbovaného částicemi. Aplikuje se ve specifických případech, kdy je rozptyl minimální.
Kromě toho, že toto vše budete mít na paměti, zkontrolujte také napětí, spotřebu, intenzitu práce, rozsahy provozních teplot nebo kompatibilitu s vaším projektem...
Kde koupit a ceny senzoru zákalu
Senzory zákalu za dobrou cenu najdete na mnoha platformách specializovaných na elektroniku, ale i na obchody jako Aliexpress nebo Amazon. Na těchto stránkách můžete získat dostupné ceny a širokou škálu modelů, které uspokojí vaše potřeby. Zde vám ukážu některá doporučení, dva formáty s modulem založeným na Tyndallově efektu a průmyslovější měřič používaný k měření kvality vody v pokročilejších projektech, jako jsou čističky, úpravny vody atd.
Praktické aplikace
Některé už znáte možná použití nebo aplikace senzoru zákalu, protože jsem některé citoval v textu dříve. Zde je však seznam některých nejoblíbenějších použití, které vás inspirují ve vašich budoucích projektech:
- Úprava vody: sledování kvality pitné vody, odpadních vod a technologických vod. Může být také použit pro ekologické projekty, měření kvality vody v řekách, nádržích, jezerech, mořích, podzemních vodách atd. Můžete ji dokonce použít doma, pokud se chystáte instalovat čisticí systém pro opětovné použití šedé vody k zalévání rostlin, odsolovacích zařízení atd.
- Potravinářský a nápojový průmysl: kontrola kvality produktů, jako jsou džusy, pivo a vína. Alkoholické a neperlivé nápoje mohou být náchylné k tomuto typu suspendovaných částic a je nutné tyto parametry při výrobě sledovat a kontrolovat.
- Farmaceutický: Tento sektor může také potřebovat senzory zákalu, aby byla zaručena kvalita injekčních přípravků a očních roztoků, stejně jako sér, sirupů atd.
- Chemie: Samozřejmě další možností je sledování filtračních a separačních procesů, chemických směsí a další.
Praktická ukázka použití měřiče zákalu
Pokud například použijeme jako základ jeden z Senzory zákalu modulového typu založené na Tyndallově jevu, které jsou založeny na rozptylu světla promítaného na kapalinu v důsledku přítomnosti částic v suspenzi, budou generovat měření jedné nebo druhé hodnoty v závislosti na počtu přítomných částic. Tento typ modulu je docela efektivní a dokonale se s ním integruje Arduino UNOa umožňuje vám psát skici v Arduino IDE pro snadné ovládání.
V tomto případě budeme mít rozsah detekce mezi 0 % a 3.5 % (0 a 4550 NTU nebo nefelometrické jednotky turbidity nebo nefelometrické jednotky turbidity), s tolerancí ±0.5 %. Kromě toho máme dva režimy provozu, protože umožňuje jeho použití v analogovém a digitálním výstupu. V analogovém režimu (poloha přepínače v A) se zákal vypočítá měřením úrovně napětí na výstupu senzoru, zatímco v digitálním režimu (poloha přepínače v D) se měří digitálně pomocí binárního kódu, který bude oscilovat mezi dvěma hodnotami.
Na druhou stranu, když se podíváte katalogový list tohoto senzoru zákalu, vidíme, že model má následující technické specifikace:
- Napájecí napětí: 5V DC
- spotřeba: přibližně 11 mA
- Rozsah detekce: 0% až -3.5%（0-4550 NTU）
- Temperatura de trabajo: -30 ℃ a 80 ℃
- Temperamentní almacenamiento：-10℃ a 80℃
- Tolerance nebo tolerance chyb: ± 0.5%
V datovém listu můžete také vidět křivky nebo grafy vztahující naměřený zákal k napětí generované na výstupu senzoru, stejně jako pinout to nám pomůže správně propojit modul s naší deskou Arduino:
Uvidíte také dvě LED diody, jedna indikuje, že funguje jako PWR, a druhá pro Dout nebo datový výstup. Nyní, jakmile připojíme modul k naší desce Arduino, bude to stejně snadné jako připojení VIN na 5V a GND na GND naší desky a pak se S připojí k místu, kde chceme zkontrolovat signál, jako je A0 pro analogový nebo D13, pokud chceme digitální měření. Kromě toho lze v tomto příkladu LED připojenou k digitálnímu výstupu volitelně použít pro kalibraci…
Po dokončení kódy, které musíte napsat v Arduino IDE Jsou následující:
- Digitální konfigurace:
/* 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
}
}
- Analogová konfigurace:
/* 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);
}
- Pokud chcete měřit v jednotkách NTU v analogovém režimu, použijte:
/* 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;
}
Pamatujte, že kód můžete vždy upravit tak, aby se přizpůsobil vašim projektům, toto jsou pouze příklady použití...