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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA TDS-meter: un prefisso per un multimetro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il prefisso, offerto all'attenzione dei lettori, amplia le capacità del multimetro M-830B (DT-830B), consentendo di misurare la concentrazione di sali disciolti nell'acqua. Con il suo aiuto, puoi valutare l'idoneità al consumo, la "qualità" dell'acqua distillata, distinguere l'acqua minerale vera da quella falsa. Il set-top box è alimentato da un multimetro e non necessita di ulteriori connessioni al suo interno. L'acqua, come sapete, è necessaria per l'esistenza degli organismi viventi. Basti pensare che nel corpo umano costituisce circa il 65% della sua massa, è contenuto in tutte le cellule e tessuti e tutti i processi vitali procedono con la sua partecipazione. Un esempio lampante che conferma l'importanza di questa sostanza: in presenza di acqua, una persona può vivere senza cibo per circa un mese, senz'acqua - solo pochi giorni. Tuttavia, non tutta l'acqua, anche se di aspetto trasparente e pulito, è potabile, quindi, prima di entrare nella rete idrica, viene sottoposta a un'opportuna depurazione. La qualità dell'acqua del rubinetto dipende in gran parte dalla quantità di sali che contiene. Secondo gli standard sanitari del Comitato statale per la supervisione sanitaria ed epidemiologica della Russia, la concentrazione totale di sali disciolti nell'acqua (la cosiddetta mineralizzazione totale) non deve superare i 1000 mg/l [1]. L'acqua con un contenuto di sale più elevato è considerata acqua minerale. Per misurare il grado di mineralizzazione viene utilizzata un'attrezzatura speciale. A causa del deterioramento della situazione ambientale in tutto il mondo, molte aziende hanno iniziato a produrre dispositivi per l'analisi rapida dei parametri dell'acqua. Uno di questi è un misuratore TDS di Zepter [2], che misura il numero di particelle disciolte (solidi disciolti totali - da qui il nome misuratore TDS) per milione di molecole d'acqua. Numericamente, le sue letture sono pari alla mineralizzazione totale, misurata in milligrammi per litro. Il prezzo di un misuratore TDS è piuttosto alto: $ 112. Tuttavia, un tale dispositivo può essere assemblato in modo indipendente e il costo della sua produzione sarà basso. Il principio di misurazione di tali dispositivi si basa sulla dipendenza della conduttività elettrica dell'acqua dalla quantità di sali disciolti. È noto dalla fisica che la conduttività di una soluzione è determinata dalla formula [3] δ = F z+ n0+(u++u-)/NA, dove F = 96,5·103 C/mol è il numero di Faraday; NA = 6,02 1023 mol-1 - Numero di Avo-gadro; z+ è la valenza degli ioni caricati positivamente in soluzione; n0+ è il numero di ioni caricati positivamente per unità di volume di elettrolita; u+, u- sono rispettivamente la mobilità degli ioni caricati positivamente e negativamente. La formula mostra chiaramente che la conduttività è proporzionale alla concentrazione dei composti disciolti. Dipende ovviamente dalla sostanza disciolta e dalla temperatura della soluzione [4], ma si ritiene che una concentrazione media di 1000 mg/l circa corrisponda ad una conducibilità elettrica di 0,2 S/m [5]. Pertanto, per determinare il grado di mineralizzazione dell'acqua, è sufficiente misurarne la conduttività o resistenza elettrica. Per escludere l'effetto dell'elettrolisi della soluzione sul risultato, le misurazioni devono essere eseguite su corrente alternata. Il dispositivo proposto è realizzato sotto forma di collegamento al multimetro ampiamente utilizzato M-830V [6] o al suo analogico DT-830B, che converte i risultati della misurazione della conducibilità in tensione. È alimentato da una tensione di 3 V dallo stabilizzatore interno del microcircuito ICL7106 del multimetro. Il consumo di corrente quando gli elettrodi del sensore non sono immersi nell'acqua non supera 0,25 mA. L'errore di misura del dispositivo è stato stimato confrontando le sue letture con le letture del suddetto misuratore Zepter TDS. Nell'intervallo di concentrazione da 0 a 1200 mg/l, non supera il ±10%. Se la salinità è superiore a 1200 mg / l, l'errore aumenta notevolmente a causa dell'aumento della corrente consumata dall'accessorio e della bassa capacità di carico dello stabilizzatore. Va inoltre notato che quando si utilizza il set-top box con il DT-830B, l'errore di misurazione potrebbe essere leggermente superiore, poiché la capacità di carico dello stabilizzatore dell'analogico frameless del microcircuito ICL7106, solitamente installato in questi multimetri, è estremamente piccolo. Lo schema dell'attacco è mostrato in Fig. 1. Come puoi vedere, è assemblato solo su due microcircuiti e due transistor. Il chip ICL7660A (DA1) contiene un convertitore di polarità di tensione. È necessaria una tensione di polarità diversa affinché la corrente alternata possa fluire attraverso gli elettrodi del sensore.
L'amplificatore operazionale DA2.1 viene utilizzato per assemblare un generatore di impulsi rettangolari simmetrici di diversa polarità con una frequenza di ripetizione di circa 170 Hz. Questo segnale viene amplificato da un amplificatore di corrente che utilizza transistor VT1, VT2, il cui circuito di emettitore comprende un sensore di conducibilità, un resistore di misurazione della corrente R6 e un termistore RK1, che compensa parzialmente la dipendenza della conduttività dell'acqua dalla temperatura. La tensione CA dal resistore di misurazione della corrente viene alimentata all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA2.2, che funge da raddrizzatore a semionda e da amplificatore non invertente con un guadagno di circa 12. Per compensare la tensione di polarizzazione zero di questo amplificatore operazionale, la tensione viene applicata all'ingresso invertente attraverso il resistore R9 dal divisore resistivo R5R7R8. Affinché il segno meno non venga visualizzato sul display del multimetro, la tensione di uscita del set-top box deve essere positiva. Poiché la tensione di alimentazione della polarità positiva è stabilizzata dallo stabilizzatore interno del microcircuito ICL7106 del multimetro e la stabilità della tensione di polarità negativa non è elevata, l'amplificatore operazionale DA2.2 viene acceso da un amplificatore non invertente. La tensione filtrata dal circuito R12C7 viene alimentata all'ingresso del multimetro, che è collegato per misurare la tensione CC. La tensione misurata dal multimetro in millivolt corrisponde alla mineralizzazione totale in milligrammi per litro. Tutti gli elementi del dispositivo, ad eccezione del sensore e del termistore, sono posizionati su una scheda in lamina di fibra di vetro (Fig. 2).
La scheda è progettata per utilizzare resistori fissi MLT, trimmer SP5-2, condensatori all'ossido K50-16 (C1, C2, C4), il resto dei condensatori sono quasi tutti quelli ceramici a bassa tensione. I pin dei connettori X1-XXNUMX, con l'aiuto dei quali l'attacco è collegato alle corrispondenti prese del multimetro, sono saldati sul lato dei conduttori stampati. Invece del chip ICL7660A, è consentito utilizzare ICL7660 o l'analogo domestico KR1168EP1. Sostituiremo l'amplificatore operazionale KR1446UD2A con uno qualsiasi di questo gruppo, così come KR1446UD4A-KR1446UD4V, tuttavia, la corrente consumata dal prefisso in quest'ultimo caso aumenterà. È possibile utilizzare gli OU KR1446UDZA-KR1446UDZV, ma hanno un "pinout" diverso, quindi il circuito stampato dovrà essere regolato. Bisogna fare attenzione quando si installano amplificatori operazionali: come altri microcircuiti CMOS, spesso si guastano a causa degli effetti dell'elettricità statica. I transistor della serie indicata nello schema possono essere sostituiti da quelli a bassa potenza della struttura corrispondente. Diodi: qualsiasi impulso a bassa potenza, ad esempio la serie KD521 o KD522. Il prefisso utilizza il termistore MMT-9, tuttavia, quasi tutti quelli con un TKS negativo e una resistenza di circa 620-750 ohm andranno bene. Il disegno del sensore è mostrato in fig. 3.
È costituito da una base 1 - una piastra in laminato di fibra di vetro con uno spessore di 2,5...3 mm e il sensore stesso - due perni metallici 4 con rivestimento anticorrosivo (è conveniente utilizzare quelli argentati o dorati -pin placcati di diametro adeguato da un connettore staccabile). I fori nella base devono essere praticati su un trapano e in modo tale che i perni siano inseriti saldamente in essi (questo ne garantirà il parallelismo). Fissare i perni saldandoli alla pellicola. Quindi, circa a metà della base, parallelo al lato corto, alla lamina di filo viene saldato un pezzo di filo stagnato 5 con un diametro di 0,6...0,8 mm e una lunghezza leggermente inferiore al diametro del termistore 3. un'area più ampia. Quest'ultima viene fissata mediante saldatura alle estremità del pezzo che sporge oltre i bordi della base, dopodiché i fili flessibili multipolari isolati 2 vengono saldati al suo secondo terminale e ad entrambe le aree della lamina. Infine, tutti i non isolati le superfici conduttive (basi dei pin, fili, termistore) sul lato della lamina sono ricoperte con vernice o colla impermeabile. Quando si utilizza un tipo diverso di termistore, potrebbe essere necessario modificare le dimensioni e il numero di cuscinetti della lamina di base, a condizione che il termistore sia saldato saldamente alla lamina. Va ricordato che l'accuratezza delle misurazioni dipende dalla qualità di fabbricazione del sensore, pertanto il diametro dei perni, la lunghezza delle loro parti sporgenti dalla base e la distanza tra di loro devono essere mantenuti entro i valori indicati in Figura. 3 limiti. Il dispositivo non ha bisogno di essere regolato. L'unica cosa da fare è collegarlo a un multimetro, acceso al limite di misurazione della tensione di 2000 mV, e impostare zero letture con un resistore di trimming R7. Per verificare, ai contatti del sensore è collegata una resistenza da 1,5 kΩ: il multimetro dovrebbe mostrare una tensione di circa 1000 mV. Quando si lavora con il dispositivo, va ricordato che il termistore ha un'inerzia termica, quindi le letture possono essere lette solo 1 ... 1,5 minuti dopo che il sensore è stato immerso nell'acqua (quando smettono di cambiare). Letteratura
Autore: V. Chudnov, Ramenskoye, Regione di Mosca
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