Сензор замућења: шта је то и како функционише

У овом блогу смо обрадили широк спектар електричних компоненти за „уради сам“ пројекте. Неке су повезане са водом, као што су вентили, мерачи протока, пумпе итд. Међутим, произвођачима може бити потребно нешто сложеније, попут сензора замућености.

Захваљујући овој врсти сензора, могуће је мерити замућеност течности , као што је вода, или за многе друге примене као што ћемо видети касније…

Замућеност течности

Замућеност је мера расејања светлости изазвана суспендованим честицама у течности. То је кључни параметар у различитим индустријама, од пречишћавања воде до производње хране и пића. На пример, мерење замућености или суспендованих честица присутних у води може одредити њену чистоћу или да ли је контаминирана чврстим материјама било које врсте. Такође се може користити за праћење индустријских процеса који укључују течне смеше хемикалија, ферментацију пива и других пића, таложење честица или талога и ефикасност флокуланта. Такође може бити корисна за истраживање животне средине, праћење вода језера, река, мора, па чак и подземних вода. Примене су веома разноврсне, као што ћемо видети касније.

Шта је сензор замућености?

Сензори замућености, или мерачи замућености , су уређаји дизајнирани да квантификацију овог својства. Значајно су еволуирали, нудећи све већу тачност и поузданост. Можете их пронаћи у великим форматима, за проверу ефикасности система за пијаћу воду са филтрацијом реверзне осмозе, као и у другим индустријским процесима које контролише SCADA софтвер, и у малим сензорима замућености за „уради сам“ пројекте. Ако сте произвођач, требало би да знате да су неки доступни у модулском формату, тако да их можете лако укључити у своје пројекте, као и многе друге Ардуино модуле.

Редовна калибрација сензора замућености је неопходна за обезбеђивање тачних мерења, као и темељно чишћење мерне ћелије или детектора. За ово препоручујем консултовање техничких листова за изабрани модел, јер се сертификовани стандарди замућености користе за успостављање калибрационе криве. Неправилна калибрација не само да може смањити век трајања сензора, већ и довести до нетачних мерења. Штавише, у зависности од врсте течности која се тестира, неправилна калибрација може проузроковати друга оштећења сензора, као што је корозија у случају киселих течности, накупљање каменца у тврдој води, стварање алги и друго.

Имајте на уму да постоје и неки други фактори који такође могу утицати на мерење , чак и ако је сензор добро одржаван:

Таласна дужина светлости: Избор таласне дужине утиче на осетљивост сензора на различите величине честица.
Ангуло де детеццион: Угао под којим се мери расејана светлост одређује опсег величина честица које се могу детектовати.
Мерни материјал ћелије: Мора бити провидан и отпоран на хемикалије које се анализирају.
Температура: може утицати на густину честица и самим тим на замућење.
Боја узорка: Узорци у боји могу ометати мерење замућености.
Прецизност и толеранција сензора: Могу постојати различити модели са различитим прецизностима и толеранцијама, а ово је важно при избору правог. Биће и неких са ограничењима величине честица које се могу детектовати.

Рад турбидиметра

Сензор замућености је у суштини оптички инструмент који мери интензитет светлости расејане честицама у течности. Основни принцип се заснива на Рејлијевом закону , који каже да је интензитет расејане светлости пропорционалан четвртом степену пречника честице и квадрату таласне дужине упадне светлости.

Због тога ће сензор замућености имати неке кључне делове, као што су:

Извор светлости: Генерално, халогена лампа, ЛЕД или ласер, емитује сноп светлости одређене таласне дужине кроз узорак.
Детектор: Фотодетектор (фотодиода, фотомултипликатор) мери интензитет расејане светлости под датим углом.
Мерна ћелија- Садржи узорак и обезбеђује дефинисану оптичку путању за светлост.
Електроника: Они обрађују сигнал детектора и претварају га у очитавање замућености.

С друге стране, међу различитим типовима мерача мутноће можемо пронаћи неколико начина за мерење присуства ових суспендованих честица:

Нефелометрија: мери светлост расејану под углом од 90 степени у односу на упадни сноп. То је најчешћи метод за мерење ниске и умерене замућености.
Преношење: У овом случају се заснива на мерењу светлости која пролази кроз узорак. Користи се за мерење високе замућености.
апсорпција: фокусира се на одређивање светлости коју апсорбују честице. Примењује се у специфичним случајевима где је дисперзија минимална.

Поред тога што све ово имате на уму, проверите и напоне, потрошњу, интензитет рада, опсеге радне температуре или компатибилност са вашим пројектом...

Где купити и цене сензора замућености

Јадесхаи сензор...

ХЕКСЕХ оптички сензор...

Сензоре замућености можете пронаћи по добрим ценама на многим електронским платформама, као и на сајтовима попут AliExpress-а или Amazon-а . Ови сајтови нуде приступачне цене и широк избор модела који одговарају вашим потребама. Ево неколико препорука: два формата са модулима заснованим на Тиндаловом ефекту и мерач индустријског квалитета који се користи за мерење квалитета воде у напреднијим пројектима, као што су постројења за пречишћавање отпадних вода, постројења за пречишћавање воде за пиће итд.

ВАЖНО: ови уређаји обично нису подводни, већ само део сонде. Дакле, будите опрезни ако не желите да га уништите.

Практична примена

Већ знате неке од могућих употреба или примена сензора замућености, као што сам већ поменуо у тексту. Међутим, ево листе неких од најпопуларнијих употреба које ће вас инспирисати за будуће пројекте:

Третман воде: праћење квалитета воде за пиће, отпадних и процесних вода. Може се користити и за еколошке пројекте, мерење квалитета воде у рекама, резервоарима, језерима, морима, подземним водама итд. Можете га чак користити и код куће ако намеравате да инсталирате систем за пречишћавање за поновно коришћење сиве воде за заливање биљака, постројења за десалинизацију итд.
Индустрија хране и пића: контрола квалитета производа као што су сокови, пиво и вина. Алкохолна и дестилована пића могу бити подложна овој врсти суспендованих честица и потребно је пратити и контролисати ове параметре током производње.
Пхармацеутицал: Овом сектору ће можда бити потребни и сензори замућености како би се гарантовао квалитет ињекционих производа и офталмолошких раствора, као и серума, сирупа итд.
Хемија: Наравно, друга опција је праћење процеса филтрације и сепарације, хемијских смеша и још много тога.

Практични пример употребе мерача замућења

На пример, ако као основу користимо један од Сензори замућености типа модула засновани на Тиндаловом ефекту, који се заснивају на дисперзији светлости пројектоване на течност због присуства честица у суспензији, генерисаће мерења једне или друге вредности у зависности од броја присутних честица. Овај тип модула је прилично ефикасан и савршено се интегрише са Arduino UNO, и омогућава вам да пишете скице у Ардуино ИДЕ за лаку контролу.

У овом случају, имамо опсег детекције између 0% и 3.5% ( 0 и 4550 NTU или нефелометријских јединица замућености ), са толеранцијом од ±0.5%. Штавише, нуди два режима рада, омогућавајући и аналогни и дигитални излаз. У аналогном режиму (положај прекидача А), замућеност се израчунава мерењем нивоа напона на излазу сензора, док се у дигиталном режиму (положај прекидача Д) мери дигитално помоћу бинарног кода који осцилује између две вредности.

С друге стране, ако погледамо технички лист за овај сензор замућења , видимо да модел има следеће техничке спецификације:

Напон: 5В ДЦ
Потрошња: 11мА приближно
Опсег детекције: 0% до -3.5% (0-4550 НТУ)
Температура де трабајо: -30℃ и 80℃
Температура де алмаценамиенто: -10 ℃ и 80 ℃
Толеранција или граница грешке: ± 0.5%

Технички лист такође приказује криве или графиконе који повезују измерену замућеност са напоном генерисаним на излазу сензора, као и распоред пинова који ће нам помоћи да правилно повежемо модул са нашом Ардуино плочом:

Такође ћете видети две ЛЕД диоде: једну која показује да ради као PWR, а другу за Dout, или излаз података. Сада, када повежемо модул са нашом Arduino плочом - што је једноставно као повезивање VIN са 5V и GND са GND на нашој плочи - онда се S повезује са местом где желимо да меримо сигнал, као што је A0 за аналогна или D13 за дигитална мерења. Поред тога, у овом примеру, опционо можете користити ЛЕД диоду повезану са дигиталним излазом за калибрацију…

Када завршите, кодови које треба да напишете у Arduino IDE су следећи:

Дигитална конфигурација:

/* 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
}
}

Као што видите, модул такође укључује потенциометар који можете подесити помоћу одвијача да бисте подесили праг дигиталног сигнала и прилагодили га својим потребама. Можете користити дестиловану воду да убаците сонду и померите потенциометар док се повезани ЛЕД диода на плочи не укључи или искључи, у зависности од тога како сте га конфигурисали у коду. Овако се калибрише, а затим можете ставити сонду у замућену воду да видите да ЛЕД ради супротно.

Аналогна конфигурација:

/* 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);  
}

Ако желите да мерите у НТУ јединицама у аналогном режиму, користите:

/* 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;  
}

Запамтите да увек можете да измените код да бисте га прилагодили својим пројектима, ово су само примери употребе...