Ph метр для аквариума на ардуино

Датчик кислотности жидкости (pH-метр): инструкция, схемы и примеры использования

Используйте pH-сенсор для определения уровня кислотности жидкости. Сенсор поможет контролировать комфортную среду для выращивания растений, мониторить уютные условия для рыбок в аквариуме и приготовить настоящий квас.

Принцип работы

В состав pH-датчика входит измерительный щуп и плата управления.

Щуп сенсора выполнен в пластиковом герметичном цилиндре с двумя электродами на конце. При погружении в измеряемый раствор или воду между электродами возникает разность потенциалов, которое фиксирует и обрабатывает плата управления. А теперь немного подробнее.

Плата управления считывает разность потенциалов между электродами. При погружении в жидкость, между электродами возникает сопротивления, которое пропорционально электропроводности раствора. Далее сигнал стабилизируется и усиливается с помощью операционных усилителей. На выходе сигнал проходит фильтрацию и поступает на выходной сигнал платы.

Датчик измеряет водородный показатель рН (лат. _potentia Hydrogenii_) — мера кислотности, которая отражает концентрацию ионов водорода в жидкости. Различают три степени кислотности водных растворов:

Пример работы для Arduino и XOD

В качестве мозга для считывания показаний с датчика рассмотрим платформу из серии Arduino, например, Arduino Uno.

Источник

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

Измеритель кислотности и концентрации (TDS, EC, pH-метр) на Arduino, Piranha, ESP

Общие сведения

Универсальное устройство для измерения кислотности и концентрации можно использовать для анализа жидкостей, используемых в гидропонике, аквариумах, колодцах для полива растений и т.д.

У нас также есть проекты по созданию отдельных устройств: измерителя кислотности (pH-метр), и измерителя концентрации (TDS-метр), а таже устройств для автоматической нормализации кислотности и концентрации.

Если это ваш первый опыт программирования контроллеров, прочитайте статью о настройке Arduino IDE и об установке библиотек.

Видео

Нам понадобится

  • 1х датчик TDS/EC-метр;
  • 1х датчик pH-метр;
  • 1х контроллер Arduino или Piranha UNO*;
  • 1x Trema Shield;
  • 1х I2C LCD дисплей 2004 (с конвертером I2C) или 1602;
  • 1х I2C Hub (или в формате Trema);
  • в качестве корпуса можно использовать ПВХ-конструктор.

* Можно использовать любой контроллер серии Piranha, Arduino, или ESP-32.

Установка библиотек

Установите необходимые библиотеки в Arduino IDE:

Установка I2C адресов датчиков

Поскольку оба модуля подключены к шине I2C, необходимо, чтобы они имели разные адреса. Достаточно изменить адрес только одного устройства (или TDS-метра, или pH-метра). Сделать это можно, используя специальный установщик адресов, или при помощи контроллера. О том, как это сделать, читайте здесь (на примере pH-метра). Установите ему адрес, отличный от 0x09, например, 0x0A.

Схема

Не забудьте перед сборкой схемы откалибровать датчики. Как откалибровать pH-метр? Как откалибровать TDS-метр?

Скетч

Особенность совместной работы устройств

Щупы датчиков pH и TDS, находясь в одной ёмкости, электрически соединяются посредством жидкости. Из-за этого может наблюдаться отклонение значений TDS-метра примерно на 20-30% в меньшую сторону. При этом, TDS-метр не оказывает влияния на показания pH-метра.

Источник

Ph-метр с использованием arduino uno и жк-дисплея

Шкала pH используется для измерения кислотности и основности жидкости. Он может иметь значения от 1 до 14, где 1 соответствует наиболее кислой жидкости, а 14 — наиболее щелочной жидкости. 7 pH предназначен для нейтральных веществ, которые не являются ни кислотными, ни основными. Теперь pH играет очень важную роль в нашей жизни и используется в различных приложениях. Например, его можно использовать в бассейне для проверки качества воды. Точно так же 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 Arduino и научимся измерять pH жидкого раствора с помощью гравитационного датчика pH и Arduino. ЖК-дисплей 16×2 используется для отображения значения pH на экране. Мы также узнаем, как откалибровать датчик pH, чтобы определить точность датчика. Итак, приступим!

Необходимые компоненты

  • Ардуино Уно
  • 16 * 2 буквенно-цифровой ЖК-дисплей
  • Модуль I2C для ЖК-дисплея
  • Гравитационный аналоговый датчик pH
  • Соединительные провода
  • Макетная плата

Что такое значение pH?

Единица, которую мы используем для измерения кислотности вещества, называется pH . Термин «H» определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Диапазон pH может иметь значения от 0 до 14. Значение pH 7 является нейтральным, так как чистая вода имеет значение pH ровно 7. Значения ниже 7 являются кислотными, а значения больше 7 являются основными или щелочными.

Как работает аналоговый датчик pH?

Аналоговый датчик pH предназначен для измерения значения pH раствора и определения кислотности или щелочности вещества. Он обычно 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 5 В и 3.3V любой платы управления, такой как Arduino. Выходной сигнал фильтруется аппаратным низким джиттером.

Технические характеристики:

Модуль преобразования сигнала:

    Напряжение питания: 3,3

5,5 В

  • Разъем зонда BNC
  • Высокая точность: ± 0,1 @ 25 ° C
  • Диапазон обнаружения: 0

    PH-электрод:

      Диапазон рабочих температур: 5

    60 ° C

  • Нулевая (нейтральная) точка: 7 ± 0,5
  • Простая калибровка
  • Внутреннее сопротивление:

    Плата преобразования сигнала pH:

    Описание контакта:

    V +: вход 5 В постоянного тока

    G: контакт заземления

    Po: аналоговый выход pH

    Do: выход 3,3 В постоянного тока

    Кому: вывод температуры

    Конструкция pH-электрода:

    Конструкция датчика pH показана выше. Датчик рН выглядит как стержень, как правило, изготовлены из стеклянного материала, имеющего наконечник под названием «Стеклянная мембрана». Эта мембрана заполнена буферным раствором с известным pH (обычно pH = 7). Такая конструкция электрода обеспечивает среду с постоянным связыванием ионов H + внутри стеклянной мембраны. Когда зонд погружается в тестируемый раствор, ионы водорода в тестовом растворе начинают обмениваться с другими положительно заряженными ионами на стеклянной мембране, что создает электрохимический потенциал на мембране, который подается на модуль электронного усилителя, который измеряет потенциал. между обоими электродами и преобразует его в единицы pH. Разница между этими потенциалами определяет значение pH на основе уравнения Нернста.

    Уравнение Нернста:

    Уравнение Нернста дает связь между потенциалом ячейки электрохимической ячейки, температурой, коэффициентом реакции и стандартным потенциалом ячейки. В нестандартных условиях уравнение Нернста используется для расчета потенциалов ячейки в электрохимической ячейке. Уравнение Нернста также можно использовать для расчета полной электродвижущей силы (ЭДС) для полной электрохимической ячейки. Это уравнение также используется для расчета значения PH раствора. Отклик стеклянного электрода определяется уравнением Нернста, которое может быть задано как:

    E = E0 — 2,3 (RT / нФ) ln Q Где Q = Коэффициент реакции E = выход мВ от электрода E0 = Смещение нуля для электрода R = Постоянная идеального газа = 8,314 Дж / моль-K T = Температура в ° K F = Постоянная Фарадея = 95 484,56 Кл / моль N = ионный заряд

    Принципиальная схема pH-метра Arduino

    Принципиальная схема этого проекта pH-метра Arduino приведена ниже:

    Подключение платы преобразования сигнала pH к Arduino:

    Соединение между платой преобразования сигналов Arduino и PH показано в таблице ниже.

    Источник

  • Adblock
    detector