Измеритель кислотности своими руками

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

pH-метр на основе Arduino своими руками

Шкала рН используется для измерения кислотности. Она может давать показания в диапазоне от 1 до 14, где 1 показывает наиболее кислую жидкость, а 14 – самую щелочную жидкость. 7 pH – уровень для нейтральных веществ, которые не являются ни кислотными, ни щелочными. Сейчас pH играет очень важную роль в нашей жизни и используется в различных областях. Например, его можно использовать в бассейне для проверки качества воды. Аналогично, измерение pH используется в самых разных областях, таких как сельское хозяйство, очистка сточных вод, промышленность, мониторинг окружающей среды и т. д.

В этом проекте мы собираемся создать pH-метр на основе Arduino и научиться измерять уровень pH жидкого раствора с помощью датчика pH и Arduino. ЖК-дисплей 16×2 используется для отображения значения pH на экране. Мы также узнаем, как откалибровать датчик pH для повышения точности датчика.

Итак, единица измерения кислотности вещества называется pH. Термин «Н» определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Диапазон рН может иметь значения от 0 до 14. Значение рН 7 является нейтральным, поскольку чистая вода имеет значение рН ровно 7. Значения ниже 7 являются кислотными, а значения больше 7 являются щелочными.

Аналоговый датчик pH предназначен для измерения значения pH раствора и определения кислотности или щелочности вещества. Он широко используется в различных приложениях, таких как сельское хозяйство, очистка сточных вод, промышленность, мониторинг окружающей среды и т. д. Модуль имеет встроенную микросхему регулятора напряжения, которая поддерживает широкий диапазон напряжения 3,3-5,5 В постоянного тока, который совместим с уровнями 5 В и 3,3 В любой платы управления, например, Arduino. Выглядит электрод датчика следующим образом.

Плата преобразования сигнала для него выглядит так:

Эта плата имеет следующие выводы: V+: вход 5 В постоянного тока, G: контакт заземления, Po: аналоговый выход pH, Do: 3,3 В постоянного тока, To: температура на выходе.

Конструкция электрода датчика уровня pH:

Датчик pH выглядит как стержень, обычно сделанный из стеклянного материала с наконечником под названием «стеклянная мембрана». Эта мембрана заполнена буферным раствором с известным значением pH (обычно pH = 7). Такая конструкция электрода обеспечивает среду с постоянным связыванием ионов H+ на внутренней стороне стеклянной мембраны. Когда зонд погружается в тестируемый раствор, ионы водорода в тестируемом растворе начинают обмениваться с другими положительно заряженными ионами на стеклянной мембране, что создает электрохимический потенциал через мембрану, которая подается на модуль электронного усилителя, который измеряет потенциал между обоими электродами и преобразует его в единицах рН. Разница между этими потенциалами определяет значение pH на основе уравнения Нернста.

Уравнение Нернста дает связь между потенциалом электрохимической ячейки, температурой, коэффициентом реакции и стандартным потенциалом ячейки. В нестандартных условиях уравнение Нернста используется для расчета потенциалов в электрохимической ячейке. Уравнение Нернста можно также использовать для расчета полной электродвижущей силы (ЭДС) для полной электрохимической ячейки. Это уравнение также используется для расчета значения pH. Отклик стеклянного электрода определяется уравнением Нернста и может быть задан как E = E0 — 2.3 (RT/nF) ln Q (Q = коэффициент реакции, E = мВ на выходе электрода, E0 = нулевое смещение для электрода, R = идеальная газовая постоянная = 8,314 Дж/моль-К, T = температура в ºK, F = постоянная Фарадея = 95 484,56 C/моль, N = ионный заряд).

Принципиальная схема pH-метра на основе Arduino приведена далее.

В ней выход платы преобразования Po мы подключаем к аналоговому входу A0 платы Arduino.

После успешного подключения аппаратных средств пришло время программировать Arduino. Полный код работы pH-метра на основе Arduino приведен далее.

Калибровка электрода датчика pH очень важна в этом проекте. Для этого нам нужно известное значение pH какого-либо раствора. Оно может быть принято как эталонное значение для калибровки датчика. Предположим, у нас есть раствор, значение pH которого равно 7 (дистиллированная вода). Теперь, когда электрод погружен в эталонный раствор и значение pH, отображаемое на ЖК-дисплее, составит примерно 6,5. Затем для калибровки просто добавьте 7-6.5 = 0.5 в калибровочную переменную «calib_value» в коде, то есть нужно сделать значение 21,34 + 0,5 = 21,84. После внесения этих изменений снова загрузите код в Arduino и перепроверьте pH, окуная электрод в контрольный раствор. Теперь на ЖК-дисплее должно отображаться правильное значение pH, то есть 7. Аналогичным образом отрегулируйте эту переменную для калибровки датчика. Затем проверьте все другие решения, чтобы получить точный результат.

Мы попробовали этот pH-метр на основе Arduino, окунув электрод в чистую воду и лимонную воду, результат вы можете увидеть на следующих изображениях (первое – чистая вода, второе – лимонная кислота).

Источник

ТЕМА: РН метр для грунта.

РН метр для грунта. 19 сен 2017 15:16 #1

Решил я вот плотно заняться огородом и садом, как оказалось наука та еще, чтоб что-то выростить мало втыкнуть в землю и просто поливать. Нужно быть еще немного химиком, уметь бодяжить растворы химикатов для подкормки и опрыскивания. И вот этим летом попробовал на базаре голубику, и понял именно этого растения не хватает в моем саду Но выращивать ее сложно, нужно постоянно контролировать кислотность грунта. Купил лакмусовых бумажек, но по ним сложновато определить кислотность, точность, можно сказать +-1. Правильный кислотомер очень дорогой из-за правильных избирательных стеклянных электродов, которые сложны в эксплуатации и нуждаются в постоянном обслуживании и калибровке. Есть еще вариант с китайскими «приборами» 3 в 1 с электродами из двух разных металлов, которые образуют гальваническую пару и стрелочным микроамперметром что-то показывают. Вот его схемка.

Показывать такой прибор может только погоду в Китае. Есть похожие, но у же с электронной начинкой — подстроечный резистор, типа калибровать можно. Тоже вызывает сомнения так как проводимость грунта далеко не константа и будет вносить погрешность в измерения. Есть по этому же принципу цифровые, их очень хвалят огородники, но толком никто поверку не проводил.

Вобщем не дает мне покоя эта тема, думаю что-то сделать свое по китайпринципу. Взять контроллер к нему термодатчик (показания РН зависят от температуры) и операционник с полевым входом и двухполярным питанием. Электроды сделать из двух разных металов. Калибровать буду на буферных жидкостях, продаются по 15-20 грн. Понимаю, что измерения таким прибором будут не очень точными, но для садовода вполне подойдет точность лакмусовой бумажки, те более я буду его калибровать в точке, что мне нужно поддержать на грядке РН4. Кто что думает по данному поводу?

ЗЫ ну если использовать контроллер можно сделать люксомер, мерять количество света за день и влагомер.

Источник

pH-метр (измеритель кислотности) на Arduino Uno и ЖК дисплее

Скала pH используется для измерения кислотности и валентности жидкостей. Диапазон pH составляет 1-14, где 1 соответствует наиболее кислотной жидкости, а 14 – основной жидкости. 7 pH соответствует нейтральным веществам (субстанциям), которые не являются ни кислотными, ни основными. Параметр pH играет достаточно важную роль в жизни людей. Например, его можно использовать для определения качества воды в бассейне. Также параметр pH имеет большое число разнообразных применений в сельском хозяйстве, очистке сточных вод, промышленности, мониторинге состояния окружающей среды и т.п.

В данной статье мы рассмотрим создание pH-метра (pH Meter) на основе платы Arduino Uno и гравитационного датчика pH. Значение pH мы будем показывать на экране ЖК диcплея 16×2. Также мы рассмотрим вопросы калибровки датчика pH чтобы повысить точность его измерений.

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
2. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
3. Модуль I2C для ЖК диcплея (купить на AliExpress).
4. Аналоговый гравитационный датчик pH (Gravity Analog pH sensor) (купить на AliExpress).
5. Соединительные провода.
6. Макетная плата.

Что такое значение pH?

Параметр, который мы используем для измерения кислотности веществ, называется pH. Термин “H” здесь обозначает концентрацию ионов водорода. Диапазон pH содержит значения от 0 до 14. Значение pH равное 7 обозначает нейтральную, чистую жидкость. Чистая вода имеет pH точно 7. Значения меньшие 7 обозначают кислотность, а большие 7 – основной или щелочной характер жидкости.

Как работает аналоговый гравитационный датчик pH

Аналоговый датчик pH предназначен для измерения значения pH и показывает кислотность или щелочность (щелочные свойства) вещества. Датчик содержит в своем составе встроенный чип регулятора напряжения, который поддерживает широкий диапазон питающих напряжений — 3.3-5.5V DC (постоянного тока), что позволяет его подключать к контактам 5V и 3.3V любых плат Arduino. Выходной сигнал фильтруется аппаратным фильтром.

Технические характеристики модуля преобразования:

питающее напряжение: 3.3

5.5V;

Внешний вид конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы для нашего pH метра на основе Arduino приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Первым делом в программе мы должны подключить все используемые библиотеки. В нашем случае мы подключили библиотеку “ LiquidCrystal_I2C.h ” для использования интерфейса I2C с целью обмена данными с ЖК дисплеем и библиотеку “ Wire.h ” для использования функционала интерфейса I2C в плате Arduino.

Источник

Самодельный электронный pH-метр

Начиная заниматься гидропоникой, для измерения уровня pH питательного раствора я сначала купил тест-полоски, которые надо было опускать в раствор и они должны были менять свой цвет, взависимости от уровня кислотности. Но то-ли эти полоски были у меня просроченые, то-ли просто не работали — они вообще никак не реагировали ни на кислоту, ни на щелочь.

Второе приобретение — это жидкий аквариумный pH тест. Он сам изменяет свой цвет, взависимости от кислотности. Он измеряет уровень pH от 4 до 8,5. Этого для начала вполне достаточно, чтобы держать уровень в пределах 5-6 pH.

Т.к. первый мой эксперимент с ультразвуковой аэропоникой был не очень успешен (постоянно гнили корни растений и, соответсвенно, всё время повышался уровень pH) и приходилось каждый вечер понижать pH, то у меня сразу встал вопрос об автоматизации этого процесса. Но для этого надо было иметь электронный pH-метр, да ещё и со связью с компьютером(чтобы вдальнейшем сделать автоматизированный контроль). Такие модели в продаже есть — имеют RS-232 интерфейс (старый последовательный порт компьютера), но у них есть и недостаток — цена.

Т.о. чтобы не покупать для экспериментов, я решил сделать его самостоятельно. Почитав о принципе работы pH электрода — я понял, что этот компонент мне точно в домашних условиях не сделать. Его придется покупать в любом случае. Купил необслуживаемый электрод ЭСК-10608/7. Из обслуживания — только калибровка.

Рис. 1
pH электрод в работе,
в питательном растворе

Для убеждения себя же в правильном выборе pH электрода я задал перед покупкий несколько вопросов :

«3.Электрод будет постоянно находится в измеряемом растворе и возможно нарастание водорослей на «шарике». Насколько это критично для самого электрода ?
4.Как долго этот электрод может находиться погруженным в раствор до погрешности 0,5 pH (естественно это не конкретные сроки, а хотя бы периоды неделя/месяц. )»

и получил следующие на них ответы :

«3. Зарастание электрода нежелательно, т.к. Вы можете получить неправильные результаты. Продукты жизнидеятельности водорослей могут локально изменить pH. Если шарик будет полностью заблокирован, он перестанет реагировать на изменение pH анализируемого раствора.

4. До погрешности 0,5 pH, я думаю, никогда не дойдет. Только когда электрод совсем умрет. Правда, если не учитывать эффектов по п.3.»

Рис. 2
Схема электрическая
принципиальная pH преобразователя

Теперь осталось только преобразовать напряжение на электроде в цифры на экране компьютера. Я нашел схему рис.1 , на выходе я получаю линейную зависимость напряжения 0-5 Вольт от уровня кислотности pH раствора 0-12. А для компьютера, чтобы использовать всё тот же порт джойстика, мне нужно изменение тока.

Как я ни «колдовал» линейности по току у меня не получалось, поэтому я решил поставить простую оптопару и после снятия показаний с порта джойстика — таблично преобразовывать из в реальные значения pH. Это, конечно, получилось как «забивать микроскопом гвозди», но для экспериментов мне этого достаточно. На рис.2 — получившиеся устройство — «трансмиттер» в корпусе сгоревшего блока питания. Вся стоимость составила: стоимость электорода плюс стоимость деталей. Итого: 1599 + 35 р. Этот электрод вдальнейшем, если интерес к гидропонике не угаснет, можно использовать и в профессианальном выращивании в комплексе с фирменным трансмиттером.

Рис. 3
Самодельный трансмиттер
pH -> U -> I -> game port

Теперь осталось разработать исполнительное устройство, которое будет впрыскивать в питательный раствор жидкость для повышения/понижения уровня pH — «pH up» или «pH down» соответственно, по сигналу с компьютера, основанном на текущих показаниях электрода.

А пока эту операцию придется делать руками, но основываясь уже на данных с экрана монитора, а не бегать с pH-тестом и «пачкать руки».

Вот, спустя несколько дней добавил в программу и график уровня pH — рис.4. На нем хорошо заметно, как к 14-ти часам дня уровень pH медленно опускался, в это время я долил в резервуар с раствором отстоянной двое суток воды с высоким уровнем pH (около 8.5) и уровень постепенно нормализовался до

Рис. 4
График уровня pH в резервуаре с питательным раствором

Источник