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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA TDS-meter - um prefixo para um multímetro. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Tecnologia de medição O prefixo, oferecido à atenção dos leitores, amplia as capacidades do multímetro M-830B (DT-830B), permitindo medir a concentração de sais dissolvidos na água. Com sua ajuda, você pode avaliar a adequação do consumo, a "qualidade" da água destilada, distinguir a água mineral real da falsa. O set-top box é alimentado por um multímetro e não requer conexões adicionais dentro dele. A água, como você sabe, é necessária para a existência de organismos vivos. Basta dizer que no corpo humano constitui cerca de 65% de sua massa, está contido em todas as células e tecidos, e todos os processos vitais prosseguem com sua participação. Um exemplo marcante que confirma a importância dessa substância: na presença de água, uma pessoa pode viver sem comida por cerca de um mês, sem água - apenas alguns dias. No entanto, nem toda água, mesmo transparente e de aparência limpa, é adequada para beber, portanto, antes de entrar no sistema de abastecimento de água, ela passa por uma purificação adequada. A qualidade da água da torneira depende em grande parte da quantidade de sais que ela contém. De acordo com as normas sanitárias do Comitê Estadual de Supervisão Sanitária e Epidemiológica da Rússia, a concentração total de sais dissolvidos em água (a chamada mineralização total) não deve exceder 1000 mg/l [1]. A água com maior teor de sal é considerada água mineral. Equipamentos especiais são usados para medir o grau de mineralização. Devido à deterioração da situação ambiental em todo o mundo, muitas empresas começaram a produzir dispositivos para análise expressa de parâmetros da água. Um deles é um medidor TDS da Zepter [2], que mede o número de partículas dissolvidas (Total de Sólidos Dissolvidos - daí o nome medidor TDS) por milhão de moléculas de água. Numericamente, suas leituras são iguais à mineralização total, medida em miligramas por litro. O preço de um medidor TDS é bastante alto – US$ 112. Porém, tal dispositivo pode ser montado de forma independente e o custo de sua produção será baixo. O princípio de medição de tais dispositivos baseia-se na dependência da condutividade elétrica da água na quantidade de sais dissolvidos. É sabido pela física que a condutividade de uma solução é determinada pela fórmula [3] δ = F z+ n0+(u++u-)/NA, onde F = 96,5·103 C/mol é o número de Faraday; NA = 6,02 1023 mol-1 - Número de Avo-gadro; z+ é a valência dos íons carregados positivamente em solução; n0+ é o número de íons carregados positivamente por unidade de volume de eletrólito; u+, u- são a mobilidade de íons carregados positivamente e negativamente, respectivamente. A fórmula mostra claramente que a condutividade é proporcional à concentração de compostos dissolvidos. Claro que depende da substância dissolvida e da temperatura da solução [4], mas acredita-se que uma concentração média de 1000 mg/l corresponde aproximadamente a uma condutividade elétrica de 0,2 S/m [5]. Assim, para determinar o grau de mineralização da água, basta medir sua condutividade elétrica ou resistência. Para excluir o efeito da eletrólise da solução no resultado, as medições devem ser realizadas em corrente alternada. O dispositivo proposto é feito na forma de um acessório para o multímetro amplamente utilizado M-830V [6] ou seu análogo DT-830B, que converte os resultados da medição de condutividade em tensão. É alimentado por uma tensão de 3 V do estabilizador interno do microcircuito ICL7106 do multímetro. O consumo de corrente quando os eletrodos do sensor não estão imersos em água não excede 0,25 mA. O erro de medição do dispositivo foi estimado comparando suas leituras com as leituras do medidor Zepter TDS acima mencionado. Na faixa de concentração de 0 a 1200 mg/l, não excede ±10%. Se a salinidade for superior a 1200 mg / l, o erro aumenta acentuadamente devido ao aumento da corrente consumida pelo acessório e à baixa capacidade de carga do estabilizador. Deve-se notar também que ao usar o set-top box com o DT-830B, o erro de medição pode ser um pouco maior, pois a capacidade de carga do estabilizador do analógico sem moldura do microcircuito ICL7106, geralmente instalado nesses multímetros, é extremamente pequeno. O diagrama esquemático do anexo é mostrado na Fig. 1. Como você pode ver, ele é montado em apenas dois microcircuitos e dois transistores. O chip ICL7660A (DA1) contém um conversor de polaridade de tensão. Tensão de polaridade diferente é necessária para que a corrente alternada flua através dos eletrodos do sensor.
O amplificador operacional DA2.1 é usado para montar um gerador de pulsos retangulares simétricos de diferentes polaridades com uma frequência de repetição de cerca de 170 Hz. Este sinal é amplificado por um amplificador de corrente utilizando os transistores VT1, VT2, cujo circuito emissor inclui um sensor de condutividade, um resistor de medição de corrente R6 e um termistor RK1, que compensa parcialmente a dependência da condutividade da água com a temperatura. A tensão CA do resistor de medição de corrente é alimentada à entrada não inversora do amplificador operacional DA2.2, que atua como um retificador de meia onda e um amplificador não inversor com um ganho de cerca de 12. Para compensar a tensão de polarização zero deste op-amp, a tensão é aplicada à entrada inversora através do resistor R9 do divisor resistivo R5R7R8. Para que o sinal de menos não seja exibido no visor do multímetro, a tensão de saída do decodificador deve ser positiva. Como a tensão de alimentação da polaridade positiva é estabilizada pelo estabilizador interno do microcircuito ICL7106 do multímetro e a estabilidade da tensão de polaridade negativa não é alta, o amplificador operacional DA2.2 é ativado por um amplificador não inversor. A tensão filtrada pelo circuito R12C7 é alimentada na entrada do multímetro, que é conectado para medir a tensão CC. A tensão medida pelo multímetro em milivolts corresponde à mineralização total em miligramas por litro. Todos os elementos do dispositivo, com exceção do sensor e do termistor, são colocados sobre uma placa de fibra de vidro (Fig. 2).
A placa foi projetada para usar resistores fixos MLT, trimmer SP5-2, capacitores de óxido K50-16 (C1, C2, C4), o restante dos capacitores são quase todos de cerâmica de baixa tensão. Os pinos dos conectores X1-XXNUMX, com a ajuda dos quais o acessório é conectado aos soquetes correspondentes do multímetro, são soldados na lateral dos condutores impressos. Em vez do chip ICL7660A, é permitido usar o ICL7660 ou o analógico doméstico KR1168EP1. Vamos substituir o amplificador operacional KR1446UD2A por qualquer um deste grupo, bem como KR1446UD4A-KR1446UD4V, no entanto, a corrente consumida pelo prefixo neste último caso aumentará. É possível usar os OU KR1446UDZA-KR1446UDZV, mas eles têm uma "pinagem" diferente, então a placa de circuito impresso precisará ser ajustada. Deve-se tomar cuidado ao instalar amplificadores operacionais: como outros microcircuitos CMOS, eles geralmente falham devido aos efeitos da eletricidade estática. Os transistores da série indicada no diagrama podem ser substituídos por quaisquer de baixa potência da estrutura correspondente. Diodos - qualquer pulso de baixa potência, por exemplo, a série KD521 ou KD522. O prefixo usa o termistor MMT-9, no entanto, quase qualquer um com um TKS negativo e uma resistência de aproximadamente 620 a 750 ohms serve. O desenho do sensor é mostrado na fig. 3.
É composto por uma base 1 - uma placa feita de folha laminada de fibra de vidro com espessura de 2,5...3 mm e o próprio sensor - dois pinos metálicos 4 com revestimento anticorrosivo (é conveniente usar folheado a prata ou ouro -pinos banhados de diâmetro adequado de um conector destacável). Os furos na base devem ser feitos em furadeira e de forma que os pinos fiquem bem inseridos neles (isso garantirá seu paralelismo). Prenda os pinos soldando na folha. Em seguida, aproximadamente no meio da base, paralelo ao lado curto, um pedaço de fio estanhado 5 com diâmetro de 0,6...0,8 mm e comprimento um pouco menor que o diâmetro do termistor 3 é soldado à folha de uma área maior. Este último é fixado por soldagem nas extremidades da peça que se projeta além das bordas da base, após o que fios flexíveis isolados de múltiplos núcleos 2 são soldados ao seu segundo terminal e a ambas as áreas da folha. Finalmente, todos os fios não isolados superfícies condutoras (bases de pinos, fios, termistor) no lado da folha são cobertas com verniz ou cola à prova d'água. Ao usar um tipo diferente de termistor, as dimensões e o número de almofadas da folha de base podem precisar ser alterados, desde que o termistor esteja firmemente soldado à folha. Deve-se lembrar que a precisão das medições depende da qualidade de fabricação do sensor, portanto, o diâmetro dos pinos, o comprimento de suas partes salientes da base e a distância entre eles devem ser mantidos dentro dos valores indicados em FIG. 3 limites. O dispositivo não precisa ser ajustado. A única coisa a fazer é conectá-lo a um multímetro, ligado no limite de medição de tensão de 2000 mV e definir as leituras zero com um resistor de corte R7. Para verificar, um resistor de 1,5 kΩ é conectado aos contatos do sensor: o multímetro deve mostrar uma tensão de cerca de 1000 mV. Ao trabalhar com o dispositivo, deve-se lembrar que o termistor possui inércia térmica, portanto, as leituras só podem ser lidas 1 ... 1,5 minutos após o sensor ser imerso na água (quando elas param de mudar). Literatura
Autor: V. Chudnov, Ramenskoye, Região de Moscou
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