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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK TDS-Meter – ein Präfix für ein Multimeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Das den Lesern angebotene Präfix erweitert die Möglichkeiten des Multimeters M-830B (DT-830B), sodass Sie die Konzentration von in Wasser gelösten Salzen messen können. Mit seiner Hilfe können Sie die Trinktauglichkeit, die "Qualität" von destilliertem Wasser beurteilen und echtes Mineralwasser von gefälschtem unterscheiden. Die Set-Top-Box wird von einem Multimeter mit Strom versorgt und benötigt keine zusätzlichen Anschlüsse im Inneren. Wie Sie wissen, ist Wasser für die Existenz lebender Organismen notwendig. Es genügt zu sagen, dass es im menschlichen Körper etwa 65% seiner Masse ausmacht, in allen Zellen und Geweben enthalten ist und alle Lebensprozesse unter seiner Beteiligung ablaufen. Ein anschauliches Beispiel, das die Bedeutung dieser Substanz bestätigt: In Gegenwart von Wasser kann eine Person etwa einen Monat ohne Nahrung leben, ohne Wasser - nur wenige Tage. Allerdings ist nicht jedes Wasser, auch wenn es transparent und sauber aussieht, zum Trinken geeignet, daher wird es vor dem Eintritt in das Wasserversorgungssystem einer entsprechenden Reinigung unterzogen. Die Qualität des Leitungswassers hängt maßgeblich von der Menge an Salzen ab, die es enthält. Gemäß den Hygienestandards des Staatlichen Komitees für sanitäre und epidemiologische Überwachung Russlands sollte die Gesamtkonzentration der im Wasser gelösten Salze (die sogenannte Gesamtmineralisierung) 1000 mg/l nicht überschreiten [1]. Wasser mit einem höheren Salzgehalt gilt als Mineralwasser. Zur Messung des Mineralisierungsgrades werden spezielle Geräte verwendet. Aufgrund der sich weltweit verschlechternden Umweltsituation haben viele Unternehmen begonnen, Geräte zur Expressanalyse von Wasserparametern herzustellen. Eines davon ist das Zepter TDS-Messgerät [2], das die Menge gelöster Partikel (Total Dissolved Solids – daher der Name – TDS-Messgerät) pro Million Wassermoleküle misst. Numerisch entsprechen seine Messwerte der Gesamtmineralisierung, gemessen in Milligramm pro Liter. Der Preis für ein TDS-Messgerät ist recht hoch – 112 US-Dollar. Ein solches Gerät kann jedoch unabhängig zusammengebaut werden und die Herstellungskosten sind gering. Das Messprinzip solcher Geräte basiert auf der Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von Wasser von der Menge gelöster Salze. Aus der Physik ist bekannt, dass die Leitfähigkeit einer Lösung durch die Formel [3] bestimmt wird. δ = F z+ n0+(u++u-)/NA, wobei F = 96,5 · 103 C/mol die Faraday-Zahl ist; NA = 6,02 · 1023 mol-1 - Avo-gadro-Zahl; z+ – Wertigkeit positiv geladener Ionen in Lösung; n0+ ist die Anzahl der positiv geladenen Ionen pro Volumeneinheit des Elektrolyten; u+, u- sind die Mobilität positiv bzw. negativ geladener Ionen. Die Formel zeigt deutlich, dass die Leitfähigkeit proportional zur Konzentration gelöster Verbindungen ist. Natürlich hängt es vom gelösten Stoff und der Temperatur der Lösung ab [4], es wird jedoch angenommen, dass eine durchschnittliche Konzentration von 1000 mg/l ungefähr einer elektrischen Leitfähigkeit von 0,2 S/m entspricht [5]. Um den Mineralisierungsgrad von Wasser zu bestimmen, reicht es daher aus, seine elektrische Leitfähigkeit oder seinen elektrischen Widerstand zu messen. Um den Einfluss der Elektrolyse der Lösung auf das Ergebnis auszuschließen, muss an Wechselstrom gemessen werden. Das vorgeschlagene Gerät wird in Form eines Zubehörs für das weit verbreitete Multimeter M-830V [6] oder sein analoges DT-830B hergestellt, das die Messergebnisse der Leitfähigkeit in Spannung umwandelt. Es wird mit einer Spannung von 3 V vom internen Stabilisator der ICL7106-Mikroschaltung des Multimeters gespeist. Die Stromaufnahme, wenn die Sensorelektroden nicht in Wasser getaucht sind, überschreitet 0,25 mA nicht. Der Messfehler des Geräts wurde abgeschätzt, indem seine Messwerte mit den Messwerten des oben erwähnten Zepter TDS-Messgeräts verglichen wurden. Im Konzentrationsbereich von 0 bis 1200 mg/l übersteigt sie ±10 % nicht. Wenn der Salzgehalt mehr als 1200 mg / l beträgt, steigt der Fehler aufgrund einer Erhöhung des vom Aufsatz aufgenommenen Stroms und der geringen Belastbarkeit des Stabilisators stark an. Es ist auch zu beachten, dass bei Verwendung der Set-Top-Box mit dem DT-830B der Messfehler etwas höher sein kann, da die Belastbarkeit des Stabilisators des rahmenlosen Analogs der ICL7106-Mikroschaltung, die normalerweise in diesen Multimetern installiert ist, ist extrem klein. Das schematische Diagramm des Anhangs ist in Abb. dargestellt. 1. Wie Sie sehen, besteht es aus nur zwei Mikroschaltungen und zwei Transistoren. Auf dem ICL7660A (DA1)-Chip befindet sich ein Spannungspolaritätswandler. Damit ein Wechselstrom durch die Sensorelektroden fließt, ist eine Spannung anderer Polarität erforderlich.
Auf dem Operationsverstärker DA2.1 ist ein Generator unterschiedlich polarer symmetrischer Rechteckimpulse mit einer Wiederholrate von etwa 170 Hz aufgebaut. Dieses Signal wird durch einen Stromverstärker auf Basis der Transistoren VT1, VT2 verstärkt, dessen Emitterkreis einen Leitfähigkeitssensor, einen Strommesswiderstand R6 und einen Thermistor RK1 enthält, der die Abhängigkeit der Wasserleitfähigkeit von der Temperatur teilweise kompensiert. Die Wechselspannung vom Strommesswiderstand wird dem nichtinvertierenden Eingang des DA2.2-Operationsverstärkers zugeführt, der als Einweggleichrichter und nichtinvertierender Verstärker mit einer Verstärkung von etwa 12 fungiert. Zur Kompensation Die Null-Vorspannung dieses Operationsverstärkers wird über den Widerstand R9 vom Widerstandsteiler R5R7R8 an den invertierenden Eingang angelegt. Damit das Minuszeichen nicht auf dem Display des Multimeters angezeigt wird, muss die Ausgangsspannung der Set-Top-Box positiv sein. Da die Versorgungsspannung mit positiver Polarität durch den internen Stabilisator der ICL7106-Mikroschaltung des Multimeters stabilisiert wird und die Stabilität der Spannung mit negativer Polarität nicht hoch ist, wird der Operationsverstärker DA2.2 von einem nicht invertierenden Verstärker eingeschaltet. Die von der R12C7-Schaltung gefilterte Spannung wird dem Eingang des Multimeters zugeführt, das zur Messung der Gleichspannung angeschlossen ist. Die vom Multimeter gemessene Spannung in Millivolt entspricht der Gesamtmineralisierung in Milligramm pro Liter. Alle Elemente des Geräts, mit Ausnahme des Sensors und des Thermistors, sind auf einer Platte aus Glasfaserfolie platziert (Abb. 2).
Die Platine ist für die Verwendung von Festwiderständen MLT, Trimmer SP5-2 und Oxidkondensatoren K50-16 (C1, C2, C4) ausgelegt, die übrigen Kondensatoren sind fast alle Niederspannungs-Keramikkondensatoren. Die Pins der X1-XXNUMX-Anschlüsse, mit denen die Set-Top-Box mit den entsprechenden Buchsen des Multimeters verbunden wird, werden von der Seite der Leiterbahnen her angelötet. Anstelle des ICL7660A-Chips darf der ICL7660 oder das inländische Analogon KR1168EP1 verwendet werden. Wir werden den KR1446UD2A-Operationsverstärker durch einen aus dieser Gruppe sowie durch KR1446UD4A-KR1446UD4V ersetzen, jedoch wird der durch das Präfix verbrauchte Strom im letzteren Fall zunehmen. Es ist möglich, die OU KR1446UDZA-KR1446UDZV zu verwenden, aber sie haben eine andere "Pinbelegung", sodass die Leiterplatte angepasst werden muss. Bei der Installation von Operationsverstärkern ist Vorsicht geboten: Wie andere CMOS-Mikroschaltkreise versagen sie häufig durch die Auswirkungen statischer Elektrizität. Die Transistoren der im Diagramm angegebenen Reihen können durch beliebige leistungsschwache Transistoren der entsprechenden Struktur ersetzt werden. Dioden - jeder Impuls mit geringer Leistung, z. B. die Serien KD521 oder KD522. Das Präfix verwendet den MMT-9-Thermistor, jedoch ist fast jeder mit einem negativen TKS und einem Widerstand von ungefähr 620 bis 750 Ohm geeignet. Die Zeichnung des Sensors ist in Abb. 3 dargestellt. XNUMX.
Es besteht aus einer Basis 1 – einer Platte aus folienbeschichtetem Fiberglas mit einer Dicke von 2,5 ... 3 mm und dem Sensor selbst – zwei Metallstiften 4 mit einer Korrosionsschutzbeschichtung (am besten versilbert oder vergoldet). -beschichtete Stifte mit geeignetem Durchmesser aus einem lösbaren Stecker). Die Löcher im Sockel müssen mit einer Bohrmaschine gebohrt werden, und zwar so, dass die Stifte fest darin eingeführt werden (dadurch wird ihre Parallelität gewährleistet). Befestigen Sie die Stifte durch Anlöten an der Folie. Anschließend wird etwa in der Mitte des Sockels parallel zur kurzen Seite ein Stück verzinnter Draht 5 mit einem Durchmesser von 0,6 ... 0,8 mm und einer Länge etwas kleiner als der Durchmesser des Thermistors 3 an eine größere Folie angelötet Danach werden flexible, isolierte Litzen 2 an seinen zweiten Anschluss und beide Folienpads angelötet. Bei Verwendung eines anderen Thermistortyps müssen möglicherweise die Abmessungen und die Anzahl der Pads der Basisfolie geändert werden, solange der Thermistor fest mit der Folie verlötet ist. Es ist zu beachten, dass die Genauigkeit der Messungen von der Herstellungsqualität des Sensors abhängt. Daher müssen der Durchmesser der Stifte, die Länge ihrer aus der Basis herausragenden Teile und der Abstand zwischen ihnen innerhalb der in angegebenen Werte gehalten werden Feige. 3 Grenzen. Das Gerät muss nicht justiert werden. Das Einzige, was Sie tun müssen, ist, es an ein Multimeter anzuschließen, bei der Spannungsmessgrenze von 2000 mV einzuschalten und mit einem Trimmwiderstand R7 Nullwerte einzustellen. Zur Kontrolle wird ein 1,5-kΩ-Widerstand an die Sensorkontakte angeschlossen: Das Multimeter sollte eine Spannung von ca. 1000 mV anzeigen. Bei der Arbeit mit dem Gerät ist zu beachten, dass der Thermistor eine thermische Trägheit aufweist, sodass Messwerte nur 1 ... 1,5 Minuten nach dem Eintauchen des Sensors in Wasser erfasst werden können (wenn sie aufhören, sich zu ändern). Literatur
Autor: V. Chudnov, Ramenskoje, Gebiet Moskau
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