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TDS-meter: un prefijo de un multímetro. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición

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El prefijo, ofrecido a la atención de los lectores, amplía las capacidades del multímetro M-830B (DT-830B), lo que le permite medir la concentración de sales disueltas en el agua. Con su ayuda, puede evaluar la idoneidad de beber, la "calidad" del agua destilada, distinguir el agua mineral real de la falsa. El decodificador funciona con un multímetro y no requiere conexiones adicionales en su interior.

El agua, como sabéis, es necesaria para la existencia de los organismos vivos. Baste decir que en el cuerpo humano constituye aproximadamente el 65% de su masa, está contenido en todas las células y tejidos, y todos los procesos de la vida se llevan a cabo con su participación. Un ejemplo vívido que confirma la importancia de esta sustancia: en presencia de agua, una persona puede vivir sin alimentos durante aproximadamente un mes, sin agua, solo unos pocos días.

Sin embargo, no toda el agua, incluso si es transparente y de apariencia limpia, es apta para beber, por lo tanto, antes de ingresar al sistema de suministro de agua, se somete a una depuración adecuada. La calidad del agua del grifo depende en gran medida de la cantidad de sales que contiene. De acuerdo con las normas sanitarias del Comité Estatal de Supervisión Sanitaria y Epidemiológica de Rusia, la concentración total de sales disueltas en el agua (la llamada mineralización total) no debe exceder los 1000 mg/l [1]. El agua con un mayor contenido de sal se considera agua mineral. Se utiliza un equipo especial para medir el grado de mineralización.

Debido al deterioro de la situación medioambiental en todo el mundo, muchas empresas comenzaron a producir dispositivos para el análisis rápido de los parámetros del agua. Uno de ellos es el medidor TDS de Zepter [2], que mide el número de partículas disueltas (sólidos disueltos totales, de ahí el nombre medidor TDS) por millón de moléculas de agua. Numéricamente, sus lecturas son iguales a la mineralización total, medida en miligramos por litro. El precio de un medidor de TDS es bastante alto: 112 dólares.

Sin embargo, dicho dispositivo se puede ensamblar usted mismo y el costo de producción será bajo. El principio de medición de tales dispositivos se basa en la dependencia de la conductividad eléctrica del agua de la cantidad de sales disueltas. Se sabe por la física que la conductividad de una solución está determinada por la fórmula [3]

δ = F z+ n0+(u++u-)/NA,

donde F = 96,5·103 C/mol es el número de Faraday; NA = 6,02 1023 mol-1 - Número de Avo-gadro; z+ es la valencia de iones cargados positivamente en solución; n0+ es el número de iones cargados positivamente por unidad de volumen de electrolito; u+, u- son la movilidad de iones cargados positiva y negativamente, respectivamente. La fórmula muestra claramente que la conductividad es proporcional a la concentración de compuestos disueltos. Por supuesto, depende de la sustancia disuelta y de la temperatura de la solución [4], pero se cree que una concentración media de 1000 mg/l corresponde aproximadamente a una conductividad eléctrica de 0,2 S/m [5].

Así, para determinar el grado de mineralización del agua basta con medir su conductividad eléctrica o su resistencia. Para excluir la influencia de la electrólisis de la solución en el resultado, las mediciones deben realizarse en corriente alterna.

El dispositivo propuesto se realiza en forma de un accesorio para el multímetro ampliamente utilizado M-830V [6] o su análogo DT-830B, que convierte los resultados de medición de conductividad en voltaje. Está alimentado por un voltaje de 3 V del estabilizador interno del microcircuito ICL7106 del multímetro. El consumo de corriente cuando los electrodos del sensor no están sumergidos en agua no supera los 0,25 mA.

El error de medición del dispositivo se estimó comparando sus lecturas con las lecturas del medidor Zepter TDS antes mencionado. En el rango de concentración de 0 a 1200 mg/l, no supera el ±10%. Si la salinidad es superior a 1200 mg / l, el error aumenta considerablemente debido a un aumento en la corriente consumida por el accesorio y la baja capacidad de carga del estabilizador. También se debe tener en cuenta que al usar el decodificador con el DT-830B, el error de medición puede ser algo mayor, ya que la capacidad de carga del estabilizador del análogo sin marco del microcircuito ICL7106, generalmente instalado en estos multímetros, es extremadamente pequeño.

El diagrama esquemático del accesorio se muestra en la Fig. 1. Como puede ver, está ensamblado en solo dos microcircuitos y dos transistores. El chip ICL7660A (DA1) contiene un convertidor de polaridad de voltaje. Es necesario un voltaje de polaridad diferente para que la corriente alterna fluya a través de los electrodos del sensor.

TDS-meter - accesorio para el multímetro
(haga clic para agrandar)

El amplificador operacional DA2.1 se utiliza para ensamblar un generador de pulsos rectangulares simétricos de diferente polaridad con una frecuencia de repetición de aproximadamente 170 Hz. Esta señal se amplifica mediante un amplificador de corriente que utiliza transistores VT1, VT2, cuyo circuito emisor incluye un sensor de conductividad, una resistencia de medición de corriente R6 y un termistor RK1, que compensa parcialmente la dependencia de la conductividad del agua de la temperatura.

El voltaje de CA de la resistencia de medición de corriente se alimenta a la entrada no inversora del amplificador operacional DA2.2, que actúa como un rectificador de media onda y un amplificador no inversor con una ganancia de aproximadamente 12. Para compensar el voltaje de polarización cero de este amplificador operacional, el voltaje se aplica a la entrada inversora a través de la resistencia R9 desde el divisor resistivo R5R7R8.

Para que el signo menos no se muestre en la pantalla del multímetro, el voltaje de salida del decodificador debe ser positivo. Dado que el voltaje de suministro de la polaridad positiva está estabilizado por el estabilizador interno del microcircuito ICL7106 del multímetro, y la estabilidad del voltaje de polaridad negativa es baja, el amplificador operacional DA2.2 se enciende mediante un amplificador no inversor. El voltaje filtrado por el circuito R12C7 se alimenta a la entrada del multímetro, que está conectado para medir el voltaje de CC. El voltaje medido por el multímetro en milivoltios corresponde a la mineralización total en miligramos por litro.

Todos los elementos del dispositivo, a excepción del sensor y el termistor, se colocan sobre un tablero hecho de lámina de fibra de vidrio (Fig. 2).

TDS-meter - accesorio para el multímetro

La placa está diseñada para utilizar resistencias fijas MLT, trimmer SP5-2, condensadores de óxido K50-16 (C1, C2, C4), el resto de condensadores son casi cualquier cerámico de bajo voltaje. Las clavijas de los conectores X1-XXNUMX, con las que se conecta el accesorio a las tomas correspondientes del multímetro, están soldadas en el lado de los conductores impresos.

En lugar del chip ICL7660A, se permite utilizar el ICL7660 o el análogo doméstico KR1168EP1. Reemplazaremos el amplificador operacional KR1446UD2A con cualquiera de este grupo, así como KR1446UD4A-KR1446UD4V, sin embargo, la corriente consumida por el prefijo en este último caso aumentará. Es posible usar el OU KR1446UDZA-KR1446UDZV, pero tienen un "pinout" diferente, por lo que será necesario ajustar la placa de circuito impreso.

Se debe tener cuidado al instalar amplificadores operacionales: al igual que otros microcircuitos CMOS, a menudo fallan debido a los efectos de la electricidad estática.

Los transistores de la serie indicada en el diagrama pueden ser reemplazados por cualquiera de baja potencia de la estructura correspondiente. Diodos: cualquier pulso de baja potencia, por ejemplo, la serie KD521 o KD522. El prefijo usa el termistor MMT-9, sin embargo, casi cualquiera con un TKS negativo y una resistencia de aproximadamente 620 a 750 ohmios servirá.

El dibujo del sensor se muestra en la fig. 3.

TDS-meter - accesorio para el multímetro

Consiste en una base 1 - una placa de laminado de fibra de vidrio con un espesor de 2,5...3 mm y el propio sensor - dos pasadores metálicos 4 con revestimiento anticorrosión (es conveniente utilizar plateado u dorado -pasadores chapados de un diámetro adecuado desde un conector desmontable). Los orificios en la base deben perforarse con una perforadora y de tal manera que los pasadores se inserten firmemente en ellos (esto asegurará su paralelismo). Asegure los pines soldándolos a la lámina. Luego, aproximadamente en el centro de la base, paralelo al lado corto, se suelda a la lámina de un trozo de alambre estañado 5 con un diámetro de 0,6...0,8 mm y una longitud ligeramente menor que el diámetro del termistor 3. un área más grande. Este último se fija soldando a los extremos de la pieza que sobresale de los bordes de la base, después de lo cual se sueldan cables flexibles aislados de múltiples núcleos 2 a su segundo terminal y a ambas áreas de la lámina. Finalmente, todos los no aislados Las superficies conductoras (bases de clavijas, cables, termistores) en el lado de la lámina se cubren con barniz o pegamento impermeable.

Cuando utilice un tipo diferente de termistor, es posible que deba cambiar las dimensiones y el número de almohadillas de la lámina base, siempre que el termistor esté firmemente soldado a la lámina. Cabe recordar que la precisión de las medidas depende de la calidad de fabricación del sensor, por lo que el diámetro de los pines, la longitud de sus partes sobresalientes de la base y la distancia entre ellos deben mantenerse dentro de los valores indicados en Higo. 3 límites.

El dispositivo no necesita ser ajustado. Lo único que debe hacer es conectarlo a un multímetro, encenderlo en el límite de medición de voltaje de 2000 mV y establecer lecturas cero con una resistencia de corte R7. Para verificar, se conecta una resistencia de 1,5 kΩ a los contactos del sensor: el multímetro debe mostrar un voltaje de aproximadamente 1000 mV.

Cuando trabaje con el dispositivo, debe recordar que el termistor tiene inercia térmica, por lo que las lecturas solo se pueden tomar 1 ... 1,5 minutos después de que el sensor se sumerge en agua (cuando dejan de cambiar).

Literatura

  1. .
  2. .
  3. Yavorsky B., Detlaf A. Manual de Física. - M.: Nauka, 1968.
  4. <tos.urc.ac.ru/~tex/sensor/ion2.htrn>
  5. Afonsky A., Kudrevatykh E., Pleshkova T. Multímetro compacto M-830V. - Radio, 2001, N° 9, pág. 25-27.

Autor: V. Chudnov, Ramenskoye, Región de Moscú

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