Akvaryum pH Metre Display Göstergeli

Herhangi bir akvaryum hobisi, içindeki yaşamın sorunsuz gelişmesi için akvaryum suyunun koşullarını bilmenin ve kontrol etmenin ne kadar önemli olduğunu bilir. Bu koşulları belirleyen faktörlerden biri de suyun asitliği veya pH değeridir. Ne yazık ki, kaliteli pH metreler son derece pahalıdır. Bunu göz önünde bulundurarak, hassasiyeti ve güvenilirliği çok yüksek olmayan bir maliyetle birleştirecek bir pH metre tasarlamaya ve yapmaya karar verdim. Sonuç, aşağıda açıklanan ve en dikkate değer özellikleri aşağıdaki olan montajdır:

–

Doğruluk: %1’den daha iyi.
Ölçüm aralığı: pH 0 ila pH 9,99.
Prob Tipi: Standart
Ayarlanabilir pH çok yüksek ve çok düşük alarmlar.

–

Yazar olarak bu tasarımın akvaryum camiasına faydalı olmasını diler, eleştirilerinizi (olumlu veya olumsuz) ve önerilerinizi almak isterim. Aynı şekilde, ortaya çıkabilecek şüpheleri netleştirmeye ve bu projeyi güncel tutmaya çalışacağım. Tüm bunlar için e-posta adresim hizmetinizdedir.

Standart bir pH probu kullanacağımız için, elektriksel düzeyde nasıl çalıştığını açıklayarak başlayacağız. Teorik olarak, bir pH probu, çıkışını, nötr pH’ı sıfır olarak alarak, sıvının pH’ıyla ters orantılı bir voltajla sağlar. Yani, pH 7 için çıkış voltajı 0V’tur; pH 7’den büyük olduğunda, çıkış voltajı negatiftir ve pH 7’den küçük olduğunda, değişiklikler pH derecesi başına yaklaşık 60mV’dir. Örneğin, pH 5 için çıkış voltajı 120mV ve pH 8.5 için -90mV civarında olacaktır. Bunun teori olduğunu söyledim, çünkü gerçek şu ki, birkaç faktöre bağlı olarak (probun kalitesi ve eskimesi, sıcaklık vb.), pH 7 için tam olarak 0V vermeyebilir veya voltaj artışları normal değildir. pH derecesi başına 60mV. Bütün bunlar için, ölçümünün güvenilir olması için devrenin periyodik olarak kalibre edilmesi gerekecektir.

Bu verilerle devremizin ne yapacağını şimdi şematik bir şekilde özetleyeceğiz. Devreye ulaşan voltajın: İlk olarak, giriş voltajı uygun bir seviyeye getirmek için yükseltilir. Bu amplifikatör, giriş voltajını yaklaşık 1,7 ile çarpar, böylece çıkışında şunları elde ederiz:

Daha sonra, bu voltajı çıkışında sahip olacağımız 0,7 V’luk başka bir referans voltajından çıkaran bir devremiz var: ve giriş yükselticisi ve 0,7V referansı ayarlandıktan sonra aşağıdakilere sahip olacağız: yani, pH derecesi başına 100mV. Doğrudan bir pH okuması elde etmek için yalnızca bir voltun onda biri ölçeğinde bir voltmetre eklemek kalır.

Ek olarak, gürültüyü ve girişimi ortadan kaldırmak için yaklaşık 10 Hz’lik bir kesme frekansına sahip bir dizi düşük geçişli filtre ve alarm oluşturmak için iki ayarlanabilir voltaj referansına göre bazı karşılaştırıcılar vardır.

Probun çıkışı, R1, C1 ve probun kendi iç direncinden oluşan 10Hz düşük geçişli bir filtre aracılığıyla U3 yükselticisine bağlanır. Bu bileşenler ve bunları U3’e ve CON1 sondasının konektörüne bağlayan izler gerçek bir anten oluşturur, bu nedenle izlerin uzunluğu minimuma indirilmelidir. İşlemsel yükseltici U3, R2, R3 ve POT2 ile birlikte, kazancı yaklaşık 1,5 ile 2,5 arasında ayarlanabilen evirmeyen bir yükseltici oluşturur. Bu işlemsel amplifikatör modeli (LF356) ve bu konfigürasyon, bir Tera-ohm’dan (1012 ohm) daha büyük olan çok yüksek giriş empedansı nedeniyle seçilmiştir.

Lütfen probların çıkış empedansının birkaç Giga-ohm’a ulaşabileceğini unutmayın. Daha yüksek çıkış empedansına sahip problar için kazancın daha da yükseltilmesi gerekebilir. Bu durumda, POT2, 20K veya 50K’lik ayarlanabilir bir çoklu tur ile değiştirilebilir. C2 ve C3 kapasitörleri, LF356 (Ulusal Yarı İletken) üreticisi tarafından önerilen kendi kendine salınımdan kaynaklanan gürültüye karşı bir korumadır. Benim tasarımımda, bu bloğun tamamı metal bir kutu tarafından parazite karşı korunmuştur.

R8, R9 ve POT1 tarafından oluşturulan voltaj bölücü, 400mV ile 950mV arasında ayarlanabilir bir voltaj referansı oluşturur. İçinden geçen akım minimum olduğundan, dirençlerin sıcaklığı neredeyse tamamen ortam sıcaklığına bağlı olacaktır ve eşit sıcaklık katsayılarına sahip oldukları için aralarındaki ilişki ve dolayısıyla voltaj referansı sabit kalacaktır.

Bu referans voltajı, U1A, R4, R5, R6 ve R7’den oluşan çıkarıcının pozitif girişine voltaj takipçisi U1D üzerinden alınır. Gerilim takipçisi U1D’nin amacı gerilim referansını devrenin geri kalanından bağımsız hale getirmektir. U3 giriş yükselticisinin çıkışı, çıkarıcının negatif girişine uygulanır. Bu çıkarıcının hassasiyetini korumak için, R4 ila R7’nin %1 hassasiyetli dirençler olması uygundur. Devrede 22K olarak ayarlanmıştır, ancak hepsi aynı olduğu sürece 10K ile 50K arasında herhangi bir değerde olabilirler. Devrenin doğrusallığı büyük ölçüde bu dirençlerin eşitliğine bağlıdır, bu nedenle, örneğin 10 direnç satın almak ve mümkün olduğunca benzer dört tanesini seçmek için bunları bir dijital multimetre ile ölçmek zarar vermez.

U1B, U1C, R23, R24, C4 ve C5’ten oluşan bir sonraki adım, önceki adımlarda biriken gürültüyü gidermek için kesme frekansı yaklaşık 10 Hz olan iki aşamalı bir alçak geçiren filtredir. Normal çalışma koşulları altında, U1C’nin çıkışı J1 jumper’ı üzerinden voltmetreye bağlanır. Bu noktada, voltmetrenin ölçüm aralığına denk gelen ve 0 ile 9.99 arasındaki pH seviyelerine karşılık gelen 0V ile 999mV arasında bir voltajımız var. Voltmetreyi daha sonra derinlemesine inceleyeceğiz, ancak 0V ile 999mV arasındaki voltajlara karşılık gelen 0.00 ile 9.99 arasında bir okuma vereceğini varsayalım. Bu çıkış aynı zamanda pH çok yüksek ve pH çok düşük alarm devreleri için de kullanılır.

pH çok yüksek alarmının tetikleme seviyesi, R10 ve POT3’ten oluşan voltaj referansı tarafından ayarlanırken, pH çok düşük alarmınınki, R11 ve POT4’ten oluşan voltaj referansı tarafından ayarlanır. Her ikisi de yaklaşık olarak 0V ila 999mV aralığında ayarlanabilir. U2D, bir voltaj karşılaştırıcısı olarak yapılandırılmıştır; pozitif girişi U2C voltaj takipçisi aracılığıyla voltajı ölçülen pH’a karşılık gelen U1C’nin çıkışına bağlanırken, negatif çıkışı pH çok yüksek alarmına karşılık gelen voltaj referansına bağlanır.

Ölçülen pH, POT3 tarafından ayarlanandan daha yüksek olduğunda, U2D’nin çıkışı, yaklaşık 4V’a eşdeğer olan pozitif durumuna geçer; aksi takdirde negatif durumuna, yani yaklaşık -4V’a geçer. D3, R12 ve R14, yaklaşık 0,12 derece pH’lık bir histerezis (düşük durumdan yüksek duruma anahtarlama gerilimi ve yüksekten düşük duruma anahtarlama gerilimi arasındaki fark) getirir. U2D’nin pozitif girişindeki gerilime VIN, U2D’nin çıkışındaki gerilime VOUT ve D3 diyotu üzerindeki gerilim düşüşüne VD3 dersek, histerezis geriliminin değeri şu şekilde hesaplanabilir: ve komütasyon anında U2D’nin iki girişindeki voltaj pratik olarak aynı olduğundan, şunu elde ederiz:

VALR, pH çok yüksek alarmı için ayarlanan voltajdır. Örneğin, alarmı pH 8’de tetikleyecek şekilde ayarlarsak, VALR 0,8V olur ve histerezis şu şekilde olur: bu da 0.12 derece pH’a eşdeğerdir. Yani, pH 8.00’in üzerine çıktığında alarm çalacak, ancak 7.88’in altına düşene kadar çalmayacaktır. Histerezis seviyesi, önceki formüllere göre R12 veya R14 değeri değiştirilerek değiştirilebilir ve hatta R14 ve D3’ü ortadan kaldırarak 0’a kadar düşürülebilir, ancak alarm çıkışının bir pH düzeltici cihazı etkinleştirmek için kullanılması amaçlanıyorsa, söz konusu cihazın çok kısa impulslar almaması ve bunun yerine pH seviyesi düzeltilene kadar daha uzun süreler boyunca çalışması için her zaman bir miktar histerezis bırakmak gerekli olacaktır.

U2D’nin çıkışı pozitif olduğunda, yani pH, pH çok yüksek alarmı için ayarlanandan daha yüksek olduğunda, T1 iletime geçer ve akım D5, R22 ve D7 üzerinden akar, böylece LED yanar. Benzer şekilde, alarm çıkışına bir optokuplör LED’i bağlanırsa, R20 üzerinden iletilecek ve harici cihazı etkinleştirecektir. Bu değerler ile söz konusu harici cihaza giden kablo, ekranlamaya ihtiyaç duymadan 5 metreye kadar ölçüm yapabilmektedir. Daha uzun uzunluklar için, 150 ohm’luk bir direnç yerine R20 kullanılabilir. Harici bir cihaz bağlandığında, konektörün ortak noktasının söz konusu optokuplörün dahili LED’inin anoduna karşılık geldiği dikkate alınarak, her zaman bir optokuplör aracılığıyla yapılacaktır.

Kaynak: 213.97.130.124/phm/phmeter.htm (kapalı)