Senzor motnosti: kaj je in kako deluje

V tem blogu smo razpravljali o mnogih električne komponente za DIY projekte. Nekateri so povezani z vodo, kot so nekateri ventili, merilniki pretoka, črpalke itd., vendar morda izdelovalci potrebujejo nekaj več kot to, kot npr. senzor motnosti.

Zahvaljujoč tej vrsti senzorja lahko izmerimo motnost tekočine, kot je voda, ali tudi za številne druge aplikacije, kot bomo videli kasneje ...

Motnost tekočin

La motnost je merilo sipanja svetlobe, ki ga povzročajo delci, suspendirani v tekočini, in je ključni parameter v različnih industrijah, od obdelave vode do proizvodnje hrane in pijače. Na primer, z merjenjem motnosti ali suspendiranih delcev, prisotnih v vodi, lahko določite stopnjo čistosti ali ali je onesnažena s trdnimi snovmi neke vrste. Uporablja se lahko tudi za nadzor industrijskih procesov s tekočimi mešanicami kemikalij ali za fermentacijo piva in drugih pijač ali za nadzor dekantacije delcev ali oborin, za izračun učinkovitosti flokulantov. Zanimiva je lahko tudi za okoljske raziskovalne naloge, spremljanje vode jezer, rek, morij, celo podzemnih vodnjakov ... Uporabe so zelo raznolike, kot bomo videli kasneje.

Kaj je senzor motnosti?

P senzorji motnosti ali merilniki motnosti, so naprave, namenjene kvantificiranju te lastnosti, so se znatno razvile in ponujajo vse večjo natančnost in zanesljivost. Najdete jih v velikem formatu, za preverjanje učinkovitosti sistemov za pitno vodo s filtracijo z reverzno osmozo, tudi v drugih industrijskih procesih, ki jih nadzoruje programska oprema SCADA, do majhnih senzorjev motnosti za DIY projekte. Če ste izdelovalec, morate vedeti, da obstajajo nekateri v obliki modulov, tako da jih lahko preprosto vključite v svoje projekte, tako kot mnoge druge module za Arduino.

La redna kalibracija senzorjev motnosti je bistvenega pomena za zagotavljanje natančnosti meritev, tudi dobro čiščenje merilne celice ali detektorja. Če želite to narediti, priporočam, da preberete podatkovne liste modela, ki ste ga izbrali, saj se za vzpostavitev umeritvene krivulje uporabljajo certificirani standardi motnosti. V nasprotnem primeru se lahko ne le skrajša njegova življenjska doba, ampak tudi povzročijo nepravilne meritve. Podobno, odvisno od vrste tekočine, ki jo je treba testirati, lahko povzroči druge poškodbe senzorja, kot je korozija, če gre za kislo tekočino, ali ustvarjanje vodnega kamna, če gre za trdo vodo, nastanek alg in še več ...

Upoštevajte, da jih je nekaj drugih dejavnikov, ki lahko prav tako spremenijo meritev, tudi če je vzdrževanje senzorja dobro:

Valovna dolžina svetlobe: Izbira valovne dolžine vpliva na občutljivost senzorja na različne velikosti delcev.
Kot zaznavanja: Kot, pod katerim se meri razpršena svetloba, določa obseg velikosti delcev, ki jih je mogoče zaznati.
Material merilne celice: Biti mora prozoren in odporen na kemikalije, ki jih je treba analizirati.
Temperatura: lahko vpliva na gostoto delcev in s tem na motnost.
Vzorčna barva: Barvni vzorci lahko motijo merjenje motnosti.
Natančnost in toleranca senzorja: Obstajajo lahko različni modeli z različnimi natančnostmi in tolerancami, kar je pomembno pri izbiri pravega. Nekaj jih bo tudi z omejitvami glede velikosti zaznavnih delcev.

Delovanje turbidimetra

Un senzor motnostiV bistvu je to optični instrument, ki meri intenzivnost svetlobe, ki jo razpršijo delci v tekočini. Temeljno načelo temelji na Rayleighov zakon, ki pravi, da je intenziteta razpršene svetlobe sorazmerna s četrto potenco premera delcev in kvadratom valovne dolžine vpadne svetlobe.

Zato bo imel senzor motnosti nekaj ključnih delov, kot so:

Izvor svetlobe: Na splošno halogenska žarnica, LED ali laser, oddaja žarek svetlobe določene valovne dolžine skozi vzorec.
Detektor: Fotodetektor (fotodioda, fotopomnoževalec) meri jakost razpršene svetlobe pod danim kotom.
Merilna celica- Vsebuje vzorec in zagotavlja definirano optično pot za svetlobo.
Elektronika: Obdelajo signal detektorja in ga pretvorijo v odčitek motnosti.

Po drugi strani pa lahko najdemo med različnimi vrstami merilnikov motnosti več načinov za merjenje prisotnosti teh delcev v suspenziji:

Nefelometrija: meri svetlobo, razpršeno pod kotom 90 stopinj glede na vpadni žarek. Je najpogostejša metoda za merjenje nizke in zmerne motnosti.
Posredovanje: V tem primeru temelji na meritvi svetlobe, ki prehaja skozi vzorec. Uporablja se za merjenje visoke motnosti.
absorbanca: osredotoča se na določanje svetlobe, ki jo absorbirajo delci. Uporablja se v posebnih primerih, kjer je disperzija minimalna.

Poleg tega, da upoštevate vse to, preverite tudi napetosti, porabo, intenzivnost dela, delovna temperaturna območja ali združljivost z vašim projektom ...

Kje kupiti in cene senzorja motnosti

Senzor Jadeshay...

TDS senzorski modul,...

Optični senzor HEXEH...

Senzorje motnosti lahko po ugodni ceni najdete na številnih platformah, specializiranih za elektroniko, pa tudi na trgovinah, kot sta Aliexpress ali Amazon. Na teh straneh lahko dobite dostopne cene in široko paleto modelov, ki bodo zadovoljili vaše potrebe. Tukaj vam pokažem nekaj priporočil, dva formata z modulom, ki temelji na Tyndallovem učinku, in bolj industrijski merilnik, ki se uporablja za merjenje kakovosti vode v naprednejših projektih, kot so čistilne naprave, čistilne naprave itd.

POMEMBNO: te naprave običajno niso potopne, ampak le del sonde. Zato bodite previdni, če ga ne želite uničiti.

Praktične uporabe

Nekatere že poznate možne uporabe ali aplikacije senzorja motnosti, saj sem nekatere že navedel v besedilu. Vendar pa je tukaj seznam nekaterih najbolj priljubljenih načinov uporabe, ki vas bodo navdihnili pri vaših prihodnjih projektih:

Obdelava vode: spremljanje kakovosti pitne, odpadne in tehnološke vode. Lahko se uporablja tudi za okoljske projekte, merjenje kakovosti vode v rekah, rezervoarjih, jezerih, morjih, podtalnici itd. Uporabljate ga lahko celo doma, če boste namestili čistilni sistem za ponovno uporabo sive vode za zalivanje rastlin, obratov za razsoljevanje itd.
Industrija hrane in pijač: nadzor kakovosti izdelkov, kot so sokovi, pivo in vina. Alkoholne in destilirane pijače so lahko dovzetne za tovrstne suspendirane delce, zato je treba te parametre med proizvodnjo spremljati in kontrolirati.
Farmacevtski: Ta sektor bo morda potreboval tudi senzorje motnosti za zagotavljanje kakovosti izdelkov za injiciranje in oftalmoloških raztopin ter serumov, sirupov itd.
Kemija: Seveda je druga možnost spremljanje procesov filtracije in ločevanja, kemičnih mešanic in še več.

Praktični primer uporabe merilnika motnosti

Na primer, če za osnovo uporabimo enega od Senzorji motnosti tipa modul, ki temeljijo na Tyndallovem učinku, ki temeljijo na disperziji svetlobe, projicirane na tekočino zaradi prisotnosti delcev v suspenziji, bodo ustvarile meritve ene ali druge vrednosti, odvisno od števila prisotnih delcev. Ta vrsta modula je zelo učinkovita in se popolnoma integrira z Arduino UNO, in vam omogoča pisanje sketcherjev v Arduino IDE za enostaven nadzor.

V tem primeru bomo imeli območje zaznavanja med 0 % in 3.5 % (0 in 4550 NTU ali nefelometrične enote za motnost ali nefelometrične enote za motnost), z dovoljenim odstopanjem ±0.5 %. Poleg tega imamo dva načina delovanja, saj omogoča uporabo v analognem in digitalnem izhodu. V analognem načinu (položaj stikala na A) se motnost izračuna z merjenjem nivoja napetosti na izhodu senzorja, medtem ko se v digitalnem načinu (položaj stikala na D) meri digitalno, z binarno kodo, ki bo nihala med dvema vrednostima.

Po drugi strani pa, če pogledamo podatkovni list tega senzorja motnosti, vidimo, da ima model naslednje tehnične specifikacije:

Napajalna napetostNapajanje: 5V DC
Poraba: 11mA približno
Obseg zaznavanja: 0 % do -3.5 %（0-4550 NTU）
Delovna temperatura: -30 ℃ in 80 ℃
Temperatura skladiščenja：-10℃ in 80℃
Toleranca ali meja napake: ± 0.5%

V podatkovnem listu lahko vidite tudi krivulje ali grafe, ki povezujejo izmerjeno motnost z napetostjo ki se ustvari na izhodu senzorja, kot tudi pinout ki nam bo pomagal pravilno povezati modul z našo Arduino ploščo:

Videli boste tudi dve LED, eno, ki označuje, da deluje kot PWR, in drugo za Dout ali podatkovni izhod. Zdaj, ko modul povežemo z našo ploščo Arduino, bo to tako enostavno kot povezovanje VIN na 5V in GND na GND naše plošče, nato pa se S poveže na mesto, kjer želimo preveriti signal, na primer A0 za analogno ali D13, če želimo digitalne meritve. Poleg tega se lahko v tem primeru LED, priključena na digitalni izhod, po želji uporabi za kalibracijo ...

Ko končate, kode, ki jih morate napisati v Arduino IDE So, kot sledi:

Digitalna konfiguracija:

/* 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
}
}

Kot lahko vidite, modul vključuje tudi potenciometer ki ga lahko prilagodite z izvijačem, da prilagodite prag digitalnega signala in ga prilagodite svojim potrebam. Za vstavljanje sonde in premikanje potenciometra lahko uporabite destilirano vodo, dokler se povezana LED dioda na plošči ne vklopi ali izklopi, odvisno od tega, kako ste jo konfigurirali v kodi. Tako se kalibrira, nato pa lahko sondo postavite v motno vodo in vidite, da LED deluje nasprotno.

Analogna konfiguracija:

/* 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);  
}

Če želite meriti v enotah NTU v analognem načinu, uporabite:

/* 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;  
}

Ne pozabite, da lahko kodo kadar koli spremenite, da jo prilagodite svojim projektom, to so le primeri uporabe ...

Hardwarelibre