TDS-метр – приставка до мультиметра. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

TDS-метр – приставка до мультиметра. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Вимірювальна техніка

Коментарі до статті

Приставка, запропонована до уваги читачів, розширює можливості мультиметра М-830В (DT-830B), дозволяючи вимірювати концентрацію розчинених у воді солей. З її допомогою можна оцінити придатність питної, якість дистильованої води, відрізнити справжню мінеральну воду від підробленої. Приставка живиться від мультиметра та не вимагає додаткових підключень усередині нього.

Вода, як відомо, необхідна існування живих організмів. Досить сказати, що в тілі людини вона становить близько 65 % її маси, міститься у всіх клітинах та тканинах і всі життєві процеси протікають за її участю. Яскравий приклад, що підтверджує важливість цієї речовини: за наявності води людина може прожити без їжі близько місяця, без води лише кілька днів.

Однак не всяка вода, навіть прозора і чиста на вигляд, придатна для пиття, тому перш ніж потрапити у водогін, вона проходить відповідне очищення. Якість водопровідної води значною мірою залежить від кількості солей, що містяться в ній. За санітарними нормами Держкомсанепідемнагляду Росії загальна концентрація розчинених у воді солей (так звана загальна мінералізація) не повинна перевищувати 1000 мг/л [1]. Воду, в якій вміст солей більший, вважають мінеральною. Для виміру ступеня мінералізації застосовують спеціальне обладнання.

У зв'язку з екологічною обстановкою, що погіршується в усьому світі, багато фірм почали випускати прилади для експрес-аналізу параметрів води. Один з них – TDS-метр фірми Zepter [2], що вимірює кількість розчинених частинок (Total Dissolved Solids – звідси і назва – TDS-метр) на мільйон молекул води. Чисельно його показання дорівнюють загальної мінералізації, виміряної в міліграмах на літр. Ціна TDS-метра дуже висока – 112 дол. США.

Однак подібний прилад можна зібрати самостійно, причому витрати на його виготовлення будуть невеликі. Принцип вимірювання подібних пристроїв ґрунтується на залежності електричної провідності води від кількості розчинених солей. З фізики відомо, що провідність розчину визначається формулою [3]

δ = Fz+n0+(u++u-)/NA,

де F = 96,5 103 Кл/моль - число Фарадея; NA = 6,02 · 1023 моль-1 – число Аво-гадро; z+ - валентність позитивно заряджених іонів у розчині; n0+ – число позитивно заряджених іонів в одиниці об'єму електроліту; u+, і - рухливість відповідно позитивно і негативно заряджених іонів. Формула наочно показує, що провідність пропорційна концентрації розчинених сполук. Звичайно, вона залежить від розчиненої речовини та температури розчину [4], але вважають, що середньої концентрації 1000 мг/л приблизно відповідає електропровідність 0,2 см/м [5].

Таким чином, щоб визначити міру мінералізації води, достатньо виміряти її електричну провідність або опір. Щоб виключити вплив електролізу розчину на результат, вимірювання необхідно проводити на змінному струмі.

Пропонований прилад виконаний у вигляді приставки до широко поширеного мультиметра М-830В [6] або його аналога DT-830B, яка перетворює результати вимірювання провідності напруги. Живиться вона напругою 3 від внутрішнього стабілізатора мікросхеми ICL7106 мультиметра. Струм при не занурених у воду електродах датчика не перевищує 0,25 мА.

Похибка вимірювання приладу оцінювалася порівнянням його показань із показаннями згаданого вище TDS-метра фірми Zepter. В інтервалі концентрацій від 0 до 1200 мг/л вона не перевищує ±10%. Якщо ж мінералізація більше 1200 мг/л, похибка різко зростає внаслідок збільшення споживаного приставкою струму та невисокої здатності навантаження стабілізатора. Слід також відзначити, що при використанні приставки з DT-830B похибка вимірювання може бути дещо вищою, оскільки здатність навантаження стабілізатора безкорпусного аналога мікросхеми ICL7106, зазвичай встановлюваного в ці мультиметри, вкрай мала.

Принципова схема приставки зображено на рис. 1. Як видно, зібрана вона всього на двох мікросхемах та двох транзисторах. На мікросхемі ICL7660A (DA1) виконано перетворювач полярності напруги. Різно-полярна напруга потрібна для того, щоб через електроди датчика протікав змінний струм.

(Натисніть для збільшення)

На ОУ DA2.1 зібрано генератор різно-полярних симетричних прямокутних імпульсів із частотою прямування близько 170 Гц. Підсилює цей сигнал підсилювач струму на транзисторах VT1, VT2, в емітерний ланцюг яких включений датчик провідності, резистор вимірювання R6 і термістор RK1, частково компенсуючий залежність провідності води від температури.

Змінна напруга з струмовимірювального резистора надходить на неінвертуючий вхід ОУ DA2.2, що виконує функції однонапівперіодного випрямляча і неінвертуючого підсилювача з коефіцієнтом посилення близько 12. Для компенсації напруги зміщення нуля цього ОУ на інвертуючий вхід через резистор R9 подається по напруги R5.

Щоб на табло мультиметра не індикувався знак мінус, вихідна напруга приставки повинна бути позитивною. Оскільки напруга живлення позитивної полярності стабілізована внутрішнім стабілізатором мікросхеми ICL7106 мультиметра, а стабільність напруги негативної полярності невисока, ОУ DA2.2 включений підсилювачем, що не інвертує. Відфільтрована ланцюгом R12C7 напруга надходить на вхід мультиметра, включеного на вимір постійної напруги. Виміряному мультиметром напрузі в мілівольтах відповідає загальна мінералізація в міліграмах на літр.

Усі елементи пристрою, за винятком датчика та термістора, розміщені на платі з фольгованого склотекстоліту (рис. 2).

TDS-метр – приставка до мультиметра

Плата розрахована застосування постійних резисторів МЛТ, підстроювального СП5-2, оксидних конденсаторів К50-16 (С1, С2, С4), інші конденсатори - практично будь-які керамічні низьковольтні. Штирі роз'ємів Х1-ХЗ, за допомогою яких підключають приставку до відповідних гнізд мультиметра, припаюють з боку друкованих провідників.

Замість мікросхеми ICL7660A допустимо використовувати ICL7660 чи вітчизняний аналог КР1168ЕП1. ОУ КР1446УД2А замінимо будь-яким з цієї групи, а також КР1446УД4А-КР1446УД4В, однак струм, що споживається приставкою, в останньому випадку зросте. Можливе застосування ОУ КР1446УДЗА-КР1446УДЗВ, але в них інша "цоколівка", тому потрібно коригування друкованої плати.

Під час монтажу ОУ необхідно бути обережними: як і інші КМОП-мікросхеми, вони нерідко виходять з ладу від впливу статичної електрики.

Транзистори зазначених на схемі серій можна замінити будь-якими малопотужними відповідної структури. Діоди - будь-які малопотужні імпульсні, наприклад серій КД521 або КД522. У приставці застосований термістор ММТ-9, проте підійде практично будь-який з негативним ТКС та опором приблизно від 620 до 750 Ом.

Креслення датчика показано на рис. 3.

TDS-метр – приставка до мультиметра

Він складається з основи 1 - пластини з фольгованого склотекстоліту товщиною 2,5...3 мм і власне датчика - двох металевих штирів 4 з антикорозійним покриттям (зручно використовувати срібні або позолочені штирі відповідного діаметра від з'єднувача). Отвори в основі необхідно свердлити на свердлильному верстаті і з таким розрахунком, щоб штирі в них вставлялися щільно (це забезпечить їхню паралельність). Закріплюють штирі пайкою до фольги. Потім приблизно в середині основи, паралельно короткій стороні, до фольги більшої площі припаюють відрізок лудженого дроту 5 діаметром 0,6...0,8 мм і довжиною, трохи меншою за діаметр термістора 3. Останній закріплюють пайкою до виступів за краю основи кінцях відрізка, після чого до його другого висновку та обох майданчиків фольги припаюють гнучкі багатожильні ізольовані дроти 2. На завершення всі неізольовані струмопровідні поверхні (підстави штирів, дротів, термістора) з боку фольги покривають водостійким лаком або клеєм.

При використанні термістора іншого типу розміри та кількість майданчиків фольги основи, можливо, доведеться змінити, головне, щоб термістор був надійно припаяний до фольги. Слід пам'ятати, що від якості виготовлення датчика залежить точність вимірювань, тому діаметр штирів, довжина їх частин, що виступають з основи, і відстань між ними повинні бути витримані в зазначених на рис. 3 межах.

Налагодження прилад не потребує. Єдине, що треба зробити, - це підключити його до мультиметра, включеного на межі вимірювання напруги 2000 мВ, і підстроювальним резистором R7 встановити нульові показання. Для перевірки контактів датчика приєднують резистор опором 1,5 кОм: мультиметр повинен показати напругу близько 1000 мВ.

При роботі з приладом слід пам'ятати, що термістор має теплову інерцію, тому відраховувати показання можна лише через 1...1,5 хв після занурення датчика у воду (коли вони перестануть змінюватися).

література

.
.
Яворський Б., Детлаф А. Довідник з фізики. - М: Наука, 1968.
<тос.urc.ac.ru/~tex/sensor/ion2.htrn>
Афонський А., Кудруватих Е., Плєшкова Т. Малогабаритний мультиметр М-830В. – Радіо, 2001, № 9, с. 25-27.

Автор: В.Чуднов, м.Раменське Московської обл.

Дивіться інші статті розділу Вимірювальна техніка.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Золото із пластику 11.01.2020

Нову форму золота, яка важить у 5-10 разів менше, ніж звичайний метал представили фахівці лабораторії ЄТН у Швейцарії. Для його створення вченими були використані білкові волокна та полімерний латекс, після чого туди вставили тонкі диски із нанокристалів золота.

Для початку вченими була розроблена суміш та створена дисперсія, яка перетворюється на гель, за допомогою солі. Після цього вони замінили спиртом воду та помістили спиртовий гель у камеру, в якій високий тиск змішав спирт із вуглекислим газом. В результаті сформувався однорідний аерогель, який ущільнився під впливом тепла до форми, яка була потрібна дослідникам, а також зберіг 18-кратну композицію (750 проби).

Вчені відзначили, що це золото має матеріальні властивості пластику. За їхніми словами, якщо його впустити, то звучатиме воно як пластик. Однак воно має властивості золота, адже може бути відполіроване, а також оброблено в бажану форму.

Понад те, вчені навіть можуть регулювати твердість матеріалу, змінюючи у своїй склад золота. Таким чином, вони можуть замінити латекс у матриці іншим пластиком. Наприклад, поліпропіленом. Враховуючи те, що за певної температури поліпропілен розріджується, "пластикове золото", яке виготовлене за його допомогою, може імітувати процес плавлення золота, проте за набагато низьких температур. Крім того, форма наночастинки золота може змінювати колір матеріалу.

Інші цікаві новини:

▪ Водневий кросовер Audi H-Tron Quattro

▪ Електроніка оцінить рівень солодощі їжі та напоїв

▪ Приємні спогади перемагають депресію

▪ 32-Гбіт ReRAM-чіп

▪ Дизель на кавовій гущі

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Зорові ілюзії. Добірка статей

▪ стаття Розум за розум заходить. Крилатий вислів

▪ стаття Чим прославився Геракл (Геркулес)? Детальна відповідь

▪ стаття Менеджер з перевезень. Посадова інструкція