Senzor zamućenja: šta je to i kako radi

Na ovom blogu smo raspravljali o mnogima električne komponente za DIY projekte. Neki se odnose na vodu, kao što su neki ventili, mjerači protoka, pumpe itd., međutim, možda proizvođačima treba nešto više od toga, kao npr. senzor zamućenosti.

Zahvaljujući ovoj vrsti senzora, možete izmeriti zamućenost tečnosti, kao što je voda, ili i za mnoge druge primjene kao što ćemo vidjeti kasnije...

Zamućenost tečnosti

La zamućenost je mjera raspršenja svjetlosti uzrokovane česticama suspendiranim u tekućini, ključni je parametar u raznim industrijama, od tretmana vode do proizvodnje hrane i pića. Na primjer, mjerenje zamućenosti ili suspendiranih čestica prisutnih u vodi može odrediti stupanj čistoće ili je li kontaminirana krutim tvarima neke vrste. Takođe se može koristiti za kontrolu industrijskih procesa sa tečnim mešavinama hemikalija, ili za fermentaciju piva i drugih napitaka, ili za kontrolu dekantacije čestica ili taloga, za izračunavanje efikasnosti flokulanta. Takođe može biti zanimljiv za zadatke istraživanja životne sredine, praćenje voda jezera, reka, mora, pa čak i podzemnih bunara... Primene su veoma raznovrsne, što ćemo kasnije videti.

Šta je senzor zamućenosti?

u senzori zamućenja ili mjerači zamućenja, su uređaji dizajnirani da kvantificiraju ovo svojstvo, značajno su evoluirali, nudeći sve veću preciznost i pouzdanost. Možete ih pronaći u velikom formatu, za provjeru efikasnosti sistema pitke vode sa filtracijom reverzne osmoze, čak iu drugim industrijskim procesima koje kontrolira SCADA softver, do malih senzora zamućenosti za DIY projekte. Ako ste proizvođač, trebali biste znati da postoje neki u formatu modula, tako da ih možete lako uključiti u svoje projekte, kao i mnoge druge module za Arduino.

La redovna kalibracija senzora zamućenosti je od suštinskog značaja za garantovanje preciznosti merenja, kao i dobro čišćenje merne ćelije ili detektora. Da biste to učinili, preporučujem čitanje tablica podataka modela koji ste odabrali, budući da se certificirani standardi zamućenosti koriste za uspostavljanje kalibracijske krive. U suprotnom, ne samo da može uzrokovati kraći vijek trajanja, već i uzrokovati pogrešne mjere. Isto tako, ovisno o vrsti tekućine koja se testira, može uzrokovati druga oštećenja senzora, kao što je korozija ako je kisela tekućina ili stvaranje kamenca ako je tvrda voda, stvaranje algi i još mnogo toga...

Imajte na umu da ih ima drugi faktori koji također mogu promijeniti mjerenje, čak i ako je održavanje senzora dobro:

• Talasna dužina svjetlosti: Izbor talasne dužine utiče na osetljivost senzora na različite veličine čestica.
• Ugao detekcije: Ugao pod kojim se meri raspršena svetlost određuje opseg veličina čestica koje se mogu detektovati.
• Mjerni materijal ćelije: Mora biti transparentan i otporan na hemikalije koje se analiziraju.
• Temperatura: može uticati na gustinu čestica, a time i na zamućenje.
• Boja uzorka: Uzorci u boji mogu ometati mjerenje zamućenosti.
• Preciznost i tolerancija senzora: Mogu postojati različiti modeli s različitim preciznostima i tolerancijama, a to je važno pri odabiru pravog. Biće i nekih sa ograničenjima veličine čestica koje se mogu detektovati.

Rad turbidimetra

Un senzor zamućenostiU suštini, to je optički instrument koji mjeri intenzitet svjetlosti raspršene česticama prisutnim u fluidu. Osnovni princip se zasniva na Rayleighov zakon, koji kaže da je intenzitet raspršene svjetlosti proporcionalan četvrtoj potenciji prečnika čestica i kvadratu valne dužine upadne svjetlosti.

Stoga će senzor zamućenosti imati neke ključne dijelove, kao što su:

• Izvor svjetlosti: Generalno, halogena lampa, LED ili laser, emituje snop svetlosti određene talasne dužine kroz uzorak.
• Detektor: Fotodetektor (fotodioda, fotomultiplikator) mjeri intenzitet raspršene svjetlosti pod datim uglom.
• Merna ćelija- Sadrži uzorak i obezbeđuje definisanu optičku putanju za svetlost.
• Elektronika: Oni obrađuju signal detektora i pretvaraju ga u očitavanje zamućenosti.

S druge strane, među različitim vrstama mjerača zamućenja možemo pronaći nekoliko načina za mjerenje prisutnosti ovih čestica u suspenziji:

• Nefelometrija: mjeri svjetlost raspršenu pod uglom od 90 stepeni u odnosu na upadni snop. To je najčešća metoda za mjerenje niske i umjerene zamućenosti.
• Prijenos: U ovom slučaju se zasniva na mjerenju svjetlosti koja prolazi kroz uzorak. Koristi se za mjerenje visoke zamućenosti.
• apsorbancija: fokusira se na specificiranje svjetlosti koju apsorbiraju čestice. Primjenjuje se u specifičnim slučajevima gdje je disperzija minimalna.

Osim što sve ovo imate na umu, provjerite i napone, potrošnju, intenzitet rada, opsege radnih temperatura ili kompatibilnost sa vašim projektom...

Gdje kupiti i cijene senzora zamućenosti

Jadeshay senzor...

Pogledajte ponudu

Modul TDS senzora...

Pogledajte ponudu

HEXEH optički senzor...

Pogledajte ponudu

Senzore zamućenja možete pronaći po povoljnim cijenama na mnogim platformama specijaliziranim za elektroniku, ali i na trgovine poput Aliexpressa ili Amazona. Na ovim stranicama možete dobiti pristupačne cijene i širok izbor modela koji će zadovoljiti vaše potrebe. Ovdje vam pokazujem neke preporuke, dva formata s modulom baziranim na Tyndall efektu, i više industrijski mjerač koji se koristi za mjerenje kvaliteta vode u naprednijim projektima, kao što su postrojenja za prečišćavanje, postrojenja za tretman vode, itd.

Praktične primjene

Neke od njih već znate moguće upotrebe ili primjene senzora zamućenja, pošto sam neke prethodno citirao u tekstu. Međutim, evo liste nekih od najpopularnijih upotreba, kako bi vas inspirisali u vašim budućim projektima:

• Tretman vode: praćenje kvaliteta vode za piće, otpadne i procesne vode. Može se koristiti i za ekološke projekte, mjerenje kvaliteta vode u rijekama, akumulacijama, jezerima, morima, podzemnim vodama itd. Možete ga koristiti čak i kod kuće ako namjeravate instalirati sistem za pročišćavanje za ponovno korištenje sive vode za zalijevanje biljaka, postrojenja za desalinizaciju itd.
• Industrija hrane i pića: kontrola kvaliteta proizvoda kao što su sokovi, pivo i vina. Alkoholna i destilovana pića mogu biti osjetljiva na ovu vrstu suspendiranih čestica, te je potrebno pratiti i kontrolisati ove parametre tokom proizvodnje.
• Pharmaceutical: Ovom sektoru mogu biti potrebni i senzori zamućenja kako bi se garantirao kvalitet injekcionih proizvoda i oftalmoloških otopina, kao i seruma, sirupa itd.
• Chemistry: Naravno, druga opcija je praćenje procesa filtracije i separacije, hemijskih smeša i još mnogo toga.

Praktični primjer korištenja mjerača zamućenja

Na primjer, ako kao osnovu koristimo jedan od Senzori zamućenosti tipa modula zasnovani na Tyndall efektu, koji se zasnivaju na disperziji svjetlosti projektovane na tekućinu zbog prisustva čestica u suspenziji, generiraće mjerenja jedne ili druge vrijednosti u zavisnosti od broja prisutnih čestica. Ovaj tip modula je prilično efikasan i savršeno se integriše Arduino UNO, i omogućava vam pisanje skica u Arduino IDE za jednostavnu kontrolu.

U ovom slučaju, imat ćemo raspon detekcije između 0% i 3.5% (0 i 4550 NTU ili nefelometrijska jedinica zamućenja ili nefelometrijska jedinica zamućenja), sa tolerancijom od ±0.5%. Osim toga, imamo dva načina rada, jer omogućava korištenje u analognom i digitalnom izlazu. U analognom režimu (pozicija prekidača na A), zamućenost se izračunava merenjem naponskog nivoa na izlazu senzora, dok se u digitalnom režimu (pozicija prekidača na D) meri digitalno, binarnim kodom koji će oscilirati između dve vrednosti.

S druge strane, ako pogledate tehnički list ovog senzora zamućenosti, vidimo da model ima sljedeće tehničke specifikacije:

• Napon napajanja: 5V DC
• Potrošnja: 11mA približno
• Raspon detekcije: 0% do -3.5% (0-4550 NTU)
• Radna temperatura: -30℃ i 80℃
• Temperatura skladištenja：-10℃ i 80℃
• Tolerancija ili granica greške: ± 0.5%

U podatkovnom listu također možete vidjeti krive ili grafikoni koji povezuju izmjerenu zamućenost i napetost generiran na izlazu senzora, kao i pinout to će nam pomoći da pravilno povežemo modul sa našom Arduino pločom:

Također ćete vidjeti dvije LED diode, jedna koja pokazuje da radi kao PWR, a druga za Dout ili izlaz podataka. Sada, kada spojimo modul na našu Arduino ploču, to će biti jednostavno kao i povezivanje VIN na 5V i GND na GND naše ploče, a zatim se S povezuje na mjesto gdje želimo provjeriti signal, kao što je A0 za analogni, ili D13 ako želimo digitalna mjerenja. Dodatno, u ovom primjeru LED spojen na digitalni izlaz može se opciono koristiti za kalibraciju…

Kada završite, kodove koje morate napisati u Arduino IDE One su sledeće:

• 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
}
}

• 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);  
}  

• Ako želite mjeriti u NTU jedinicama u analognom načinu, koristite:

/* 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;  
}  

Zapamtite da uvijek možete modificirati kod kako biste ga prilagodili svojim projektima, ovo su samo primjeri korištenja...