ReefCentral.ru для iOS
Измерение плотности воды кондуктометрическим методом
11.09.2013
Разделы: Техника
DIY (самоделки)

В настоящее время подавляющее количество аквариумистов пользуется двумя приборами для определение плотности / солености воды:

- ареометр;
- рефрактометр.

Однако, это достаточно устаревшие и неточные методы.

Океанографы всего мира, начиная с 1978 года, пользуются шкалой практической солености (Practical Salinity Scale 1978, PSS-78), в которой соленость рассчитывается исходя из электропроводности воды. Отклонение от измерений в массовых долях (PPT) заметно только при измерениях с точностью выше 0,01 PSU или если солевой состав не соответствует стандартному составу океанической воды.

Что годится для профессиональных океанографов, то годится и для аквариумистов. :) К сожалению, подобных приборов по приемлемой цене промышленность не выпускает (по крайней мере я не встречал). Однако, любому мало-мальски грамотному радиолюбителю вполне по силам сделать такой прибор самостоятельно, т.к. электропроводность воды является величиной, обратной ее удельному сопротивлению. Таким образом, чтобы узнать электропроводность воды достаточно замерить ее сопротивление. А вот тут возникают сложности. В-первых, проводить измерения необходимо на переменном токе, чтобы избежать электролиза воды, который все наши измерения сделает "погодой на Марсе", а во-вторых, учитывая что электропроводность морской воды достаточно высока (44-46 mS), то придется измерять сопротивление около 20 Ом с точностью до 0,1 Ом.

Однако и это вполне осуществимо (раз сделали для океанографов, то почему не можем сделать мы ?! :)).

Схема измерителя:

gallery_723_79_24763.jpg


Измеритель выполнен на двух двухканальных операционниках TL062, но для минимизации конструкции можно применить один счетверенный TL064.
На первом каскаде собран генератор с частотой 700-800 Hz. 
Второй каскад является буферным, чтобы исключить влияние измеряемого сопротивления на работу генератора.
Между каскадами включен резистивный делитель, который понижает напряжение сигнала с 4 до 0,1 В.
После буфера сигнал подается на один из электродов (электроды представляют собой отрезки карбонового стержня длиной 2 см, расстояние между электродами - 0,5 см) и снимается со второго электрода, попадая на вход третьего каскада, который усиливает его примерно до 2-х вольт. Четвертый каскад является буферным. В принципе он и не нужен, но не пропадать же добру :).
Далее стоит однополупериодный выпрямитель.
Питание схемы двуполярное, но чтобы не городить двуполярный блок питания, можно воспользоваться преобразователем +5В -> -5В:


gallery_723_79_9137.jpg


Что же мы получим в результате ?
В результате на выходе измерителя мы получим напряжение, пропорциональное .... какой-то солености / плотности воды.
Насколько оно пропорционально меняется при изменении солености ?

Была сделана небольшая лабораторная работа и получены следующие результаты:


gallery_723_79_18714.jpg


Как видим, напряжение на выходе измерителя практически прямопропорционально плотности воды (учитывая погрешности измеренией, особенно ареометра).
Таким образом прибор можно откалибровать по двум точкам, с плотностью 1,02 и 1,03.

Как этим пользоваться?
Есть несколько вариантов:
1. Подключить прибор к обычному цифровому мультиметру и построить таблицу или график перевода величин.
2. Использовать микроконтроллер, имеющий АЦП (практически все современные Atmega имеют на борту АЦП). Этот способ лучше, к тому-же позволяет наряду с электропроводностью измерять температуру воды и вносить поправки (электропроводность воды зависит от темрературы).
3. Ждать когда появится готовое устройство. :)

Ну вот вроде и все.

Количество показов статьи: 6356