TDS-метр - приставка к мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Приставка, предлагаемая вниманию читателей, расширяет возможности мультиметра М-830В (DT-830B), позволяя измерять концентрацию растворенных в воде солей. С ее помощью можно оценить пригодность питьевой, "качество" дистиллированной воды, отличить настоящую минеральную воду от поддельной. Приставка питается от мультиметра и не требует дополнительных подключений внутри него.

Вода, как известно, необходима для существования живых организмов. Достаточно сказать, что в теле человека она составляет около 65 % его массы, содержится во всех клетках и тканях и все жизненные процессы протекают с ее участием. Яркий пример, подтверждающий важность этого вещества: при наличии воды человек может прожить без пищи около месяца, без воды - только несколько дней.

Однако не всякая вода, даже прозрачная и чистая на вид, пригодна для питья, поэтому прежде чем попасть в водопровод, она проходит соответствующую очистку. Качество водопроводной воды в значительной мере зависит от количества содержащихся в ней солей. По санитарным нормам Госкомсанэпидемнадзора России общая концентрация растворенных в воде солей (так называемая общая минерализация) не должна превышать 1000 мг/л [1]. Воду, в которой содержание солей больше, считают минеральной. Для измерения степени минерализации применяют специальное оборудование.

В связи с ухудшающейся во всем мире экологической обстановкой многие фирмы начали выпускать приборы для экспресс-анализа параметров воды. Один из них - TDS-метр фирмы Zepter [2], измеряющий количество растворенных частиц (Total Dissolved Solids - отсюда и название - TDS-метр) на миллион молекул воды. Численно его показания равны общей минерализации, измеренной в миллиграммах на литр. Цена TDS-метра весьма высока - 112 долл. США.

Однако подобный прибор можно собрать самостоятельно, причем затраты на его изготовление будут невелики. Принцип измерения подобных устройств основан на зависимости электрической проводимости воды от количества растворенных солей. Из физики известно, что проводимость раствора определяется формулой [3]

δ = F·z+·n0+(u++u-)/NA,

где F = 96,5·103 Кл/моль - число Фарадея; NA = 6,02 ·1023 моль-1 - число Аво-гадро; z+ - валентность положительно заряженных ионов в растворе; n0+ - число положительно заряженных ионов в единице объема электролита; u+, и- - подвижность соответственно положительно и отрицательно заряженных ионов. Формула наглядно показывает, что проводимость пропорциональна концентрации растворенных соединений. Конечно, она зависит от растворенного вещества и температуры раствора [4], но считают, что средней концентрации 1000 мг/л примерно соответствует электропроводность 0,2 См/м [5].

Таким образом, чтобы определить степень минерализации воды, достаточно измерить ее электрическую проводимость или сопротивление. Чтобы исключить влияние электролиза раствора на результат, измерения необходимо проводить на переменном токе.

Предлагаемый прибор выполнен в виде приставки к широко распространенному мультиметру М-830В [6] или его аналогу DT-830B, которая преобразует результаты измерения проводимости в напряжение. Питается она напряжением 3 В от внутреннего стабилизатора микросхемы ICL7106 мультиметра. Потребляемый ток при не погруженных в воду электродах датчика не превышает 0,25 мА.

Погрешность измерения прибора оценивалась сравнением его показаний с показаниями упомянутого выше TDS-метра фирмы Zepter. В интервале концентраций от 0 до 1200 мг/л она не превышает ±10 %. Если же минерализация больше 1200 мг/л, погрешность резко возрастает вследствие увеличения потребляемого приставкой тока и невысокой нагрузочной способности стабилизатора. Следует также отметить, что при использовании приставки с DT-830B погрешность измерения может быть несколько выше, поскольку нагрузочная способность стабилизатора бескорпусного аналога микросхемы ICL7106, обычно устанавливаемого в эти мультиметры, крайне мала.

Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1. Как видно, собрана она всего на двух микросхемах и двух транзисторах. На микросхеме ICL7660A (DA1) выполнен преобразователь полярности напряжения. Разно-полярное напряжение необходимо для того, чтобы через электроды датчика протекал переменный ток.

(нажмите для увеличения)

На ОУ DA2.1 собран генератор разно-полярных симметричных прямоугольных импульсов с частотой следования около 170 Гц. Усиливает этот сигнал усилитель тока на транзисторах VT1, VT2, в эмиттерную цепь которых включен датчик проводимости, токоизмерительный резистор R6 и термистор RK1, частично компенсирующий зависимость проводимости воды от температуры.

Переменное напряжение с токоизмерительного резистора поступает на неинвертирующий вход ОУ DA2.2, выполняющего функции однополупериодного выпрямителя и неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления около 12. Для компенсации напряжения смещения нуля этого ОУ на инвертирующий вход через резистор R9 подается напряжение с резистивного делителя R5R7R8.

Чтобы на табло мультиметра не индицировался знак "минус", выходное напряжение приставки должно быть положительным. Поскольку напряжение питания положительной полярности стабилизировано внутренним стабилизатором микросхемы ICL7106 мультиметра, а стабильность напряжения отрицательной полярности невысока, ОУ DA2.2 включен неинвертирующим усилителем. Отфильтрованное цепью R12C7 напряжение поступает на вход мультиметра, включенного на измерение постоянного напряжения. Измеренному мультиметром напряжению в милливольтах соответствует общая минерализация в миллиграммах на литр.

Все элементы устройства, за исключением датчика и термистора, размещены на плате из фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Плата рассчитана на применение постоянных резисторов МЛТ, подстроечного СП5-2, оксидных конденсаторов К50-16 (С1, С2, С4), остальные конденсаторы - практически любые керамические низковольтные. Штыри разъемов Х1-ХЗ, с помощью которых приставку подключают к соответствующим гнездам мультиметра, припаивают со стороны печатных проводников.

Вместо микросхемы ICL7660A допустимо использовать ICL7660 или отечественный аналог КР1168ЕП1. ОУ КР1446УД2А заменим любым из этой группы, а также КР1446УД4А- КР1446УД4В, однако потребляемый приставкой ток в последнем случае возрастет. Возможно применение ОУ КР1446УДЗА-КР1446УДЗВ, но у них иная "цоколевка", поэтому потребуется корректировка печатной платы.

Во время монтажа ОУ необходимо соблюдать осторожность: как и другие КМОП-микросхемы, они нередко выходят из строя от воздействия статического электричества.

Транзисторы указанных на схеме серий можно заменить любыми маломощными соответствующей структуры. Диоды - любые маломощные импульсные, например, серий КД521 или КД522. В приставке применен термистор ММТ-9, однако подойдет практически любой с отрицательным ТКС и сопротивлением приблизительно от 620 до 750 Ом.

Чертеж датчика показан на рис. 3.

Он состоит из основания 1 - пластины из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2,5...3 мм и собственно датчика - двух металлических штырей 4 с антикоррозионным покрытием (удобно использовать посеребренные или позолоченные штыри подходящего диаметра от разъемного соединителя). Отверстия в основании необходимо сверлить на сверлильном станке и с таким расчетом, чтобы штыри в них вставлялись плотно (это обеспечит их параллельность). Закрепляют штыри пайкой к фольге. Затем примерно в середине основания, параллельно короткой стороне, к фольге большей площади припаивают отрезок луженого провода 5 диаметром 0,6...0,8 мм и длиной, чуть меньшей диаметра термистора 3. Последний закрепляют пайкой к выступающим за края основания концам отрезка, после чего к его второму выводу и обеим площадкам фольги припаивают гибкие многожильные изолированные провода 2. В завершение все неизолированные токопроводящие поверхности (основания штырей, проводов, термистора) со стороны фольги покрывают водостойким лаком или клеем.

При использовании термистора другого типа размеры и число площадок фольги основания, возможно, придется изменить, главное, чтобы термистор был надежно припаян к фольге. Следует помнить, что от качества изготовления датчика зависит точность измерений, поэтому диаметр штырей, длина их выступающих из основания частей и расстояние между ними должны быть выдержаны в указанных на рис. 3 пределах.

В налаживании прибор не нуждается. Единственное, что надо сделать, - это подключить его к мультиметру, включенному на пределе измерения напряжения 2000 мВ, и подстроечным резистором R7 установить нулевые показания. Для проверки к контактам датчика подсоединяют резистор сопротивлением 1,5 кОм: мультиметр должен показать напряжение около 1000 мВ.

При работе с прибором следует помнить, что термистор обладает тепловой инерцией, поэтому отсчитывать показания можно только спустя 1... 1,5 мин после погружения датчика в воду (когда они перестанут изменяться).

Литература

1. <water.nj/param/common.shtml>.
2. <zepter.ru/eco/Bystems4. html>.
3. Яворский Б., Детлаф А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1968.
4. <тос.urc.ac.ru/~tex/sensor/ion2.htrn>
5. <water.ru/parem/electrocon-ductivity.>
6. Афонский А., Кудреватых Е., Плешкова Т. Малогабаритный мультиметр М-830В. - Радио, 2001, № 9, с. 25-27.

Автор: В.Чуднов, г.Раменское Московской обл.

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Кремниевые волокна в 15 раз прочнее стали 16.01.2013 Ученые из Optoelectronics Research Centre разработали технологию создания кремниевых нановолокон в 15 раз прочнее стали. При этом их можно изготавливать очень длинными - теоретически до тысяч километров. Новая технология уже заинтересовала много компаний по всему миру, прежде всего в авиационной и судостроительных областях, где есть необходимость в легких и прочных композитах. Нановолокна привлекают внимание своей чрезвычайной прочностью. Свойства материала на наноуровне сильно отличаются от макроскопических образцов - некоторые кристаллических материалы в виде нановолокон показывают прочность на растяжение свыше 10 ГПа. До сих пор удавалось изготовить кристаллические нановолокна длиной лишь нескольких миллиметров. Более длинные волокна имеют множество дефектов, которые снижают их прочность. Ученые из Optoelectronics Research Centre обратили внимание на нановолокна из диоксида кремния, прочность которых в меньшей степени зависит от одиночных дефектов. Фактически это обычное стекловолокно, только выполненное на наноуровне, что позволило резко повысить их прочность. Эксперименты показали, что нановолокна из диоксида кремния в 15 раз прочнее высокопрочной стали и в 10 раз прочнее волокон обычного стеклопластика. В перспективе это позволит уменьшить вес композитных материалов при сохранении их прочности. Интересно, что новые нановолокна при уменьшении диаметра становятся только прочнее. Также нужно отметить, что сырье для их изготовления - это кремний и кислород, которые являются очень распространенными элементами земной коры. Кроме того, нановолокона диоксида кремния можно производить тоннами, как обычное оптическое волокно, которое сегодня широко применяется в коммуникационных технологиях. Новый вид волокон может изменить будущее композиционных материалов: нановолокна позволят сделать прочнее и легче самолеты, вертолеты, катера и т.д.

Другие интересные новости:

▪ Новейшие микропроцессоры AM389x Sitara ARM

▪ Граната-помехогенератор

▪ Кареглазым доверяют больше

▪ Монитор пыльцы

▪ Компьютер сковывает фантазию конструктора

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Молниезащита. Подборка статей

▪ статья Крылатые слова, фразеологизмы. Энциклопедия

▪ статья Что такое гелий? Подробный ответ

▪ статья Менеджер по рекламе. Должностная инструкция

▪ статья Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ или IGBT). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Превращение карты. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026