serg_42
Аватара пользователя

Использование датчиков pH из Китая для аквариума

7504

Датчики pH из Китая для аквариума.

Похожая тема на форуме уже есть Ph метр из Китая
Но там идёт речь именно о карманном pH-метре, который выдаёт уровень pH в цифре, т.е. в удобоваримом для юзера виде.
В этой теме предлагаю обсудить именно "голые" датчики pH с Алиэкспресс или Ебэя и соответствующие электронные модули в плане их использования для аквариумных нужд, например для автоматизации поддержания уровня pH в аквариуме.
Я давно к ним присматривался, изучал обрывочную информацию в тырнете, но много вопросов так и остались "тёмными".
Поэтому тупо приобрёл на Алиэкспрессе отдельно датчик и отдельно электронный модуль.
Ссылки давать не буду, ищите по запросу "pH модуль", там куча магазинов торгует этим добром.
Заодно надо купить калибровочные растворы (порошки) ибо без них никак. Типа таких: https://ru.aliexpress.com/item/32785292 ... 33edEUku9y
Цена датчик + модуль + доставка выйдет в районе 1000 рублей. Датчик стоит около 600 рублей и электронный модуль примерно 340 рублей.
Понятно, что карманный оранжевый pH-метр в разы дешевле, но к нему автоматику не "прикрутишь".
Итак, приехал датчик, в аккуратной упаковке с закрытым колпачком, но из него таки вытекло всё содержимое :-):
Судя по кристаллам высохшей соли - это скорее всего был насыщенный раствор KCl. Продавец вместе с датчиком должен был вложить калибровочные порошки, но типа забыл... Вопрос вроде копеечный, но крайне неприятный, ибо проверить датчик оказалось нечем. Сейчас веду с продавцом полемику на эту тему, а пока жду порошки от другого китайца.
Конструкцию датчика, судя по всему, братья-китайцы передрали с промышленного образца, типа такого: https://docviewer.yandex.ru/view/0/?pag ... 3D&lang=ru упростили и начали продавать как ширпотреб.
Внешне датчик представляет собой пластиковый контейнер, внутри гель с KCl.
Гель сообщается с контролируемой средой через пористый фитиль, расположенный на рабочем торце датчика.
Там же, на торце, расположен стеклянный электрод с соляной кислотой.
В геле - электрод сравнения (минусовой), в соляной кислоте, в "стеклянном" электроде - плюсовой электрод.
На этих электродах датчик должен генерировать напряжение, в идеале пропорциональное уровню pH.
Вот фото с пояснениями: Из датчика выходит экранированный кабель длиной около 1 метра с BNC-разъёмом на конце.
Напрямую датчик никуда не подключишь, ибо он страшно высокоомный и слаботочный.
Поэтому специально для этого датчика китайцы продают электронные модули, которые уже можно подключать к чему угодно, в том числе и к Ардуино.
Чаще всего продают две разновидности модулей:
1) 6-пиновый разъём для подключения к Ардуине расположен со спины BNC-разъёма (условно назовём его "зелёный"): Вот его схема из сети: И вот аналогичная схема той платы, что у меня, но с фактическим номиналами и обозначениями компонентов: 2) 6-пиновый разъём для подключения к Ардуине расположен сбоку от BNC-разъёма (условно назовём его "чёрный"): Вот его схема из сети: У китайцев ещё несколько разновидностей похожих BNC-модулей для pH-датчиков, но они встречаются гораздо реже.
В чем отличия первого (зелёного) модуля от второго (черного)?
У зелёного модуля есть компаратор, который позволяет при определённых условиях (про которые расскажу позднее) вообще отказаться от Ардуины. К этому компаратору можно подключить модуль реле, который будет включать/выключать электромагнитный клапан подачи СО2 и тем самым поддерживать заданный уровень pH в аквариуме.
У черного модуля такого компаратора нет, но зато есть два канала измерения температуры:
- один датчик температуры (аналоговый ) установлен непосредственно на плате модуля;
- второй датчик (цифровой, всем известный DS18B20) может быть подключен через белый разъём на плате. Хотя встречаются платы без этого разъёма, а датчик DS18B20 тупо впаян в плату на то место, где должен стоять разъём.
Нахрена нужна температура на плате - только китайцам ведомо... :-)
Тем более, что канал измерения температуры на "зелёной" плате вообще не работает из-за схемотехнической ошибки изготовителя/разработчика.
Общая особенность всех без исключения плат - применение в канале измерения pH достаточного дорого и навороченного операционного усилителя TLC4502, фишка которого состоит в том, что каждый раз при включении питания этот усилитель производит само-коррекцию нуля. Благодаря этому минимизируется погрешность измерения pH, особенно вблизи значения pH=7, поскольку при этом значении (т.е. 7) датчик выдаёт "нулевой" сигнал.
И на "зелёной" и на "черной" плате есть две крутилки (переменные многооборотные резисторы):
- та, что ближе к BNC-разъёму - на обеих платах выставляет "нейтральную" pH=7
- дальняя от BNC-разъёма крутилка на "зелёной" плате выставляет требуемый уровень поддержания pH в аквариуме, а на "черной" плате - это крутилка коррекции температуры с аналогового датчика температуры, который установлен на плате.
Фух, уже ночь.
Пошел-ка я баиньки, завтра продолжу... :pro_spal:


Использование клеевого пистолета для аквариума
Трехканальный таймер в аквариуме и его использование
Использование помпы от стиральной машинки
Использование шлангов из маслобензостойкой резины в аквариуме
serg_42
Аватара пользователя

Итак, датчик и BNC-модуль приехали...
Сразу появилось два вопроса:
1) как и где хранить датчик
2) как и чем эти девайсы проверить
По поводу хранения решил посмотрел что предлагают изготовители промышленных pH-датчиков. А там сказано следующее: Короче, нужен хлорид калия :-(
Поскольку в гастрономе его не продают, купил в ЛенРеактиве (заодно для растючки и химически чистое УДО у них купил):
https://lenreactiv-shop.ru/katalog-2/ka ... ch-0-5-kg/
Кстати, здесь УДО и хлорид калия можно купить дешевле:
http://rushim.ru/product_info.php?products_id=119
От фразы "эквивалент раствора KCl 3 моль/литр" встал в конкретный ступор. Погуглил. Оказалось что это 223 грамма на 1 литр воды.
Ещё немного погуглил, выяснил, что 223 грамма - это насыщенный раствор KCl при температуре воды 0'C.
Блин, ну нет бы сразу так и написать - "....датчик хранить в насыщенном растворе KCl" :-)
Отмерил на весах 22 грамма KCl и развёл их в 100 граммах воды. Теперь встал вопрос как и где хранить этот насыщенный раствор вместе с датчиком.
Решил пойти от обратного. Нашел в ванной комнате подходящую по размеру бутылку, так чтобы в ней полностью помещался датчик: В обычной пробке от пластиковой бутылки просверлил дырку чуть больше 4 мм и надрезал пробку до дырки ножовкой по металлу: Кабель датчика вставляем в пробку: В консервную банку насыпаем цементную стяжку для пола, разводим водой и замуровываем в неё нашу бутылку с насыщенным раствором KCl.
В конечном итоге получилось вот так (устойчиво, удобно, герметично, безопасно):
bosmat
Аватара пользователя

Вот проблем с этими метрами :-): я свой переносной так и не запустил :ny_tik: кстати извиняюсь не в тему, в не запущенном состояние , сколько хранится?
snakebig
Аватара пользователя

bosmat в не запущенном состояние , сколько хранится?
пишут что независимо от использования строк жизни год-полтора
serg_42
Аватара пользователя

Мне вот тоже край как интересно посмотреть, как будут изменяться параметры этого датчика со временем, при таком режиме хранения (т.е. в хлористом калие). Если "уплывут", значит действительно эта колба из спец.стекла с соляной кислотой даёт микротрещины.
Ну, да ладно. Идём дальше...
Теперь самое интересное - как без китайских порошков проверить работоспособность pH-датчика?
Понадобятся:
- китайский мультиметр;
- дистиллированная вода из автомагазина (покупать лучше с TDS-метром, иначе велик шанс взять водопроводную "палёнку". Ну или на этикетке обязательно должно быть штемелем отпечатан номер партии и(или) дата изготовления)
- пищевая лимонная кислота (продаётся в продуктовых магазинах);
- средство для прочистки канализационных труб "Крот" (продаётся в хозяйственных магазинах)
- шприц на 1 и 5 мл (продаются в аптеках);
- стаканчики для анализа мочи на 100 мл (продаются в аптеках, примерно по 20 рублей), надо 4...5 штук;
Готовим два "кислых" раствора (на pH=2 и pH=4):
Для это берём пищевую лимонную кислоту: Зачерпываем её чайной ложкой с горкой - это будет 5 грамм: Разводим эти 5 грамм лимонной кислоты в 100 мл дистиллята (в том самом стаканчике для мочи) и наклеиваем этикетку "Лимонная кислота 5%, pH=2" Берём следующий, 2-й, стаканчик, наливаем в него 100 мл дистиллята и шприцем добавляем 1 мл раствора из предыдущего стаканчика (который pH=2). Размешиваем и наклеиваем этикетку "Лимонная кислота, pH=4". Фанатично промываем шприц.
Готовим два "щелочных" раствора (на pH=10 и pH=11):
Для этого берём "Крота" (аккуратно!!! там щелочь!!!) Наливаем в 3-й стаканчик 100 мл дистиллята. Шприцем вносим в этот стаканчик 1 мл из "Крота". Размешиваем, даём настояться. Наклеиваем этикетку "Крот. 1:100. pH=11". Фанатично промываем шприц.
Наливаем в 4-й стаканчик 90 мл дистиллята. Шприцем вносим в этот 4-й стаканчик 10 мл из "Крота. pH=11" и клеим этикетку "Крот. 1:1000. pH=10"
Понятно, что точность этих растворов не бог весть какая, но теперь есть хоть что-то... :-)
Далее, берём датчик, промываем его в любой воде, вытираем корпус (стеклянную колбу не трём!) и опускаем в стаканчик "Крот. 1:100. pH=11".
Мультиметр переводим в режим измерения постоянного напряжения 200mV.
Красный щуп - на центральный штекер байонетного разъёма датчика, черный щуп - на корпус разъёма. Мультиметр кратковременно покажет напряжение порядка -40...-50 мВ, а потом это напряжение будет по экспоненте падать и через 30 секунд устаканется где нибудь в районе -25 мВ. Знак "минус" в показаниях мультиметра важен! В щелочной среде pH-датчик генерирует отрицательное напряжение. Теперь снова промываем датчик, вытираем корпус и опускаем его в стаканчик "Лимонная кислота 5%, pH=2"
Снова красный щуп - на центральный штекер байонетного разъёма датчика, черный щуп - на корпус разъёма. Мультиметр кратковременно покажет напряжение порядка 40...50 мВ, а потом это напряжение будет по экспоненте падать и через 30 секунд устаканется где нибудь в районе 25 мВ. Знак "плюс" в показаниях мультиметра важен! В кислой среде pH-датчик генерирует положительное напряжение. Если всё прошло примерно так, как описано выше, то датчик рабочий, чего-то чувствует и его можно использовать.
serg_42
Аватара пользователя

Итак, в работоспособности датчика убедились.
Теперь подключаем датчик к электронному модулю и опускаем в дистиллят или в китайский буферный раствор 6.86 с комнатной температурой. На модуль подаём +5 Вольт (Не больше! Ибо тот самый операционник TLC4502 может выдержать максимум 7 Вольт).
+5B - на пин V+, минус - на любой пин G (их там два).
Должен загореться один из светодиодов. Но могут загореться и оба, это нормально.
Даём поработать датчику с модулем минут 10...15, дабы завершились все переходные процессы.
Переключаем мультиметр на измерение постоянного напряжения 20V.
Аккуратно подтыкиваем черный щуп мультиметра к пину G, а красный к пину PO (расшифровывается как "pH Output").
Тонкой, маленькой отвёрткой крутим переменный резистор (тот, что на фото) так, чтобы мультиметр показал напряжение примерно 2,5 Вольта или чуть меньше: Всё! Больше этот резистор не трогаем!
Если у вас модуль как на фото, то можно покрутить второй переменный резистор (резистор компаратора pH), при этом второй светодиод на плате будет гаснуть/загораться. Лучше выставить его на пороговом уровне, при котором он будет как бы "помаргивать".
Теперь можно снять характеристику комплекта "датчик + модуль" на имеющихся в нашем распоряжении буферных растворах (китайских или самодельных).
Для этого каждый раз фанатично ополаскивая датчик в дистилляте и вытирая его корпус салфеткой, последовательно помещаем датчик в буферные растворы, даём постоять ему там пару минут и замеряем и записываем соответствующее напряжение как это делалось на фото выше. При желании можно загнать полученные данные в Excel и получить примерно следующую картинку (хотя по большому счету это делать и не обязательно): Как бы на самодельных буферных растворах получилось вполне прилично, если бы не одно "но"!
Напрягает гистерезис в районе нейтрального pH. ИМХО этот гистерезис - последствия упрощённой донельзя схемотехники китайского модуля. При нейтральном значении pH, датчик выдаёт нулевую ЭДС, что при его бесконечно большом внутреннем сопротивлении не даёт возможности хоть как-то "продавить" входной ток операционного усилителя.
ll-vladimir-ll
Аватара пользователя

serg_42 Напрягает гистерезис в районе нейтрального pH
а может просто инерция самого элетрода и надо просто дать ему побольше времени что бы восстановиться после предыдущих растворов?
ll-vladimir-ll
Аватара пользователя

serg_42 крутим переменный резистор (тот, что на фото) так, чтобы мультиметр показал напряжение примерно 2,5 Вольта
Сергей, а сколько при этом на выходе повторителя напряжение (на 7-й ноге по Вашей схеме)?
serg_42 датчик выдаёт нулевую ЭДС, что при его бесконечно большом внутреннем сопротивлении не даёт возможности хоть как-то "продавить" входной ток операционного усилителя
по идее сопротивление датчика не должно быть "бесконечно большим" относительно входного сопротивления используемого усилителя.
ll-vladimir-ll
Аватара пользователя

посмотрел на подобные датчики данные в описаниях продавцов, везде пишут, что их сопротивление при 25 градусах не ниже 250мОм (25х10^7 Ом), входное сопротивление TLC4502 10^12 Ом, т.е. как минимум в 4000 раз больше сопротивления датчика.
ll-vladimir-ll
Аватара пользователя

ll-vladimir-ll не ниже 250мОм
не больше 250мОм