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:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Квантовый компьютер Google превзошел границы классических вычислений 17.11.2025 Квантовые технологии на протяжении многих лет оставались областью теоретических ожиданий, однако последние успехи показывают, что они постепенно становятся реальным инструментом для решения задач, недоступных классическим вычислительным системам. На этом фоне сообщение Google Research о новом достижении квантового компьютера компании стало важным шагом в развитии высокопроизводительных вычислений. Особенность недавнего эксперимента заключается в том, что система на основе кубитов справилась с чрезвычайно сложной задачей за несколько минут. По расчетам исследователей, для классического суперкомпьютера подобная операция обернулась бы вычислениями, которые растянулись бы на тысячи лет. Именно это, по словам Google, и позволило впервые однозначно подтвердить квантовое преимущество, то есть ситуацию, когда квантовое устройство демонстрирует результат, недостижимый для традиционных машин даже теоретически. В компании подчеркивают, что речь не идет о скорой замене классических компьютеров. Квантовые системы пока применимы лишь в ограниченном наборе задач и не подходят для повседневных вычислений. Тем не менее они открывают путь к моделированию химических реакций, разработке новых материалов, решению задач оптимизации данных и исследованиям в области криптографии, где объемы информации и сложность процессов выходят за пределы возможностей обычных вычислителей. Ключевым элементом квантовой архитектуры является кубит - квантовый аналог классического бита, способный находиться не только в состояниях "0" или "1", но и в их квантовой суперпозиции. Такое свойство позволяет системе моделировать множество вариантов вычислений одновременно, что принципиально отличает квантовые устройства от классических, последовательно перебирающих варианты. Не менее важным феноменом является квантовая запутанность - состояние, при котором изменение параметров одного кубита оказывает мгновенное влияние на другой, независимо от расстояния между ними. Благодаря этой связи квантовые схемы могут работать как единая система, обеспечивая вычислительные мощности, которые невозможно повторить в привычных архитектурах. В Google отмечают, что важнейшим аспектом нынешнего достижения является возможность независимой верификации результата. Полученные данные не просто демонстрируют теоретическое превосходство, а предоставляют воспроизводимый эксперимент, подтверждающий, что квантовые процессы способны выполнять операции, которые классические суперкомпьютеры эффективно не осилят. Этот прорыв стал возможен благодаря многолетней работе над созданием стабильных кубитов и управлением квантовыми состояниями, что остается одной из самых трудных задач современной физики. Несмотря на сохранение технологических ограничений, сам факт успешного эксперимента говорит о том, что квантовые вычисления перестают быть абстракцией и входят в стадию практических демонстраций.

Другие интересные новости:

▪ Припарки для Давида

▪ Тестирование самоуправляемых машин с удаленным водителем

▪ Доступ к компьютеру под контролем

▪ Маска для лица LG PuriCare Wearable Air Purifier

▪ RAK811 - бюджетный LoRa-модуль для интернета вещей

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Бабушка надвое сказала. Крылатое выражение

▪ статья Почему в 1969 году прямо у пирса затонула американская атомная подводная лодка? Подробный ответ

▪ статья Мандрагора. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Антенна HB9RU для диапазона 50 МГц и не только. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Как погасить свечу взглядом? Секрет фокуса. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026