Аквариум под контролем
Аквариумисты в большинстве случаев определяют замутненность воды в аквариуме визуальным методом («на глазок»), а начинающие не меняют ее , пока она не начнёт источать запах. Но посредством электронного устройства, которое несложно собрать за несколько свободных вечеров, возможно осуществлять контроль пригодность воды в аквариуме для предстоящего применения с высокой точностью, исключающей пресловутый «антропогенный фактор». Победят от для того чтобы подхода все — и люди, и их питомцы в аквариуме.
Электронное устройство контроля прозрачности жидкости основано на принципе трансформации черт светового потока при его прохождении через жидкость. Замутнение воды происходит из-за образования в ней разных органических тонкодисперсных нерастворимых (коллоидных) минеральных веществ.
Мутность раствора измеряют фотометрическим (из этого наименование прибора — см ниже) методом, сравнивая интенсивность пропускаемого ею света с этим показателем заведомо прозрачного (стандартного) раствора. Прототипами фотометра являются промышленные устройства — фотокалориметры (к примеру КФК-2 и КФК-3), предназначенные для измерения оптической пропускания плотности и коэффициентов света растворов.
Но эти промышленные устройства или сложны в исполнении и настройке (требуют особых измерительных устройств), или непригодны дома. Исходя из этого для ответа конкретной задачи(определения степени прозрачности воды в аквариуме) был создан фотоколориметр, принцип действия которого основан на преобразовании светового потока в электрическое напряжение.
Коэффициент пропускания Z определяется по формуле
Z — (U — Ut)/(U0 — Ut) х 100%, где U — напряжение на выходе при изучении раствора, В,
U0 — напряжение на выходе при изучении дистиллированной воды, В,
Ut — напряжение на выходе при затемнении фоточувствительного датчика, которое характеризуется темповым током. В соответствии с паспортным данным для ФД-24К, примененного в качестве фотодатчика, он образовывает 2,5 мкА.
Такой же ток должен быть и в цепи R1V1. Полное затемнение фотодиода VD1 предусматривает нанесение на фоточувствительную поверхность тёмной полихлорвиниловой изоленты. Как раз таковой опыт, совершённый мною при создании устройства, подтвердил паспортные эти фотодиода ФД-24К. Соответственно напряжение на выходе устройства прямо пропорционально току VD1.
Функциональная схема устройства представлена на рисунке 1.
Электрические характеристики фотодиода ФД-24К.
Область спектральной чувствительности — 0,47 0,12 мкм. Протяженность волны большой спектральной чувствительности — 0,75 0,85 мкм. Большое рабочее напряжение — 27 В. Темновой ток — 2,5 мкА.
Сопротивление «корпус — вывод» фотодиода — не меньше 100 МОм. Предельная рабочая освещенность — 1100 лк.
Электрические характеристики фотодиода ФД-24К разрешили включить его в схему с операционным усилителем (ОУ) неспециализированного назначения с высоким входным сопротивлением. На входе ОУ КР140УД1208 реализован дифференциальный каскад с согласованной парой полевых транзисторов.
Усилитель на микросхеме КР140УД1208 выбран для устройства благодаря своим оптимальным электрическим чертям (сопротивление нагрузки на выходе ОУ Rh — 2 высокая чувствительность и ком по входу).
Разглядим электрическую схему фотоколориметра, представленную на рисунке 2. Операционный усилитель DA1 — усилитель постоянного тока, на вход которого подключен фотодиод VD1, что трудится в данной схеме в режиме автогенератора, преобразуя энергию светового потока в электрическую энергию (фото ЭДС) Фотодиод подключен на инвертирующий вход ОУ (вывод 2 DA1) как генератор тока ОУ преобразовывает ток в напряжение на выходе (вывод 6 аккумуляторная1) Выход ОУ нагружен на портативный цифровой вольтметр PV1 типа М-830-В, индицирующий значения напряжения, зависящие от прозрачности (замутнения) воды.
Рис. 1. Функциональная схема устройства для определения прозрачности воды в аквариуме
Рис.
2. Принципиальная электрическая схема фотоколориметра
Резистор R6 шунтирует вольтметр PV1 для защиты ОУ при обрыва контактов с этим прибором (при отключении вольтметра). На выходе ОУ большое напряжение 10 В окажется при большом фототоке фотодиода VD1, другими словами при проецировании светового потока от светодиодной лампы (либо лампы накаливания) через кювету с чистой дистиллированной водой.
На фото представлена действующая установка для тестирования на прозрачность 3%-ного раствора соли. При данном опыте показания вольтметра составили 8,91 В. Это весьма близкая к совершенной прозрачности жидкость. Так, большое показание прибора РV1, включенного в режим измерения напряжения (около 10 В), соответствует чистой воде.
А минимальное, соответственно, — раствору определенной мутности Запись показаний вольтметра реализовывают умелым методом при разных значениях коэффициента пропускания, каковые фиксируют при различной мутности воды в аквариуме, в одно да и то же световое время.
Световой поток в этом случае поступает от светодиодной лампы, которая уже снабжена линзой устройство фотоколориметра и Лампа освещения зафиксированы струбциной и тисками на одном уровне Это принципиально важно для точности измерения Подобно исследуют мутность воды в аквариуме.
Налаживание
Налаживание сводится к установке устройства «в нуль», другими словами к большим показаниям вольтметра РV1 при изучении заведомо прозрачного раствора дистиллированной воды, помещенного в 3-литровую банку (либо иную подходящую кювету) количеством 0,5 3 л. Эта корректировка осуществляется подбором сопротивления резистора R1.
Все постоянные резисторы типа МЛТ-0,25 МР-125.
Оксидный конденсатор С2 сглаживает пульсации источника питания. Вместо вольтметра М830-В возможно применить любой вольтметр (нужно цифровой) с пределом измерения постоянного напряжения 10—20 В.
Монтаж частей устройства
Светодиодную лампу ЕL1 закрепляют в корпусе портативного фонаря с отражателем, а сам фонарь жестко монтируют в миниатюрных тисках (струбцинах) наоборот фотодатчика Фотодатчик закрепляют в тисках иначе аквариума (кюветы с раствором) в любом подходящем компактном корпусе с линзой Корпус фотодатчика устанавливают наоборот источника света, сглаживая горизонтальную плоскость линейкой либо строительным уровнем.
Другой вариант фотокалориметра
Не считая снятия показаний посредством вольтметра РV1, возможно применять и другие средства параметрической сигнализации, как-то световую либо звуковую индикацию, что расширит возможности устройства. Это несложно осуществить, собрав несложную схему фотодатчика, представленную на рисунке 3.
Рис.
3. Принципиальная электросхема фотодатчика на транзисторах
Фототранзистор VТ1 в данной схеме есть фотодатчиком, принимающим световой сигнал к выходу А подключают любое устройство звуковой либо световой сигнализации с соблюдением полярности подключения, к примеру капсюль со встроенным генератором ЗЧ типа КРI-4332. При чрезмерной мутности контролируемого раствора включится звуковой капсюль.
Порог срабатывания устройства сейчас устанавливают регулировкой входного делителя напряжения либо первого усилительного каскада параметрического сигнализатора.
По окончании таковой доработки нет необходимости в проведении постоянных физикохимических опытов, а замутнение воды сверх установленного порога приведёт к немедленному срабатыванию сигнализации (к примеру, звуковой, которую хозяева услышат кроме того с кухни).
Принцип работы устройства
Световой поток от светодиодной лампы проходит параллельно окну фототранзистора VТ1. Регулировка чувствительности устройства осуществляется переменным резистором R2. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резистора R2 чувствительность устройства минимальная.
При полностью чистой воде фототранзистор VТ 1 всецело открыт (сопротивление перехода эмиттер — коллектор минимально), соответственно транзистор VТ2 (включенный по схеме усилителя тока) закрыт. В то время, когда вода в аквариуме мутнеет, световой поток, приходящий к рабочей поверхности фототранзистора VТ1 от светодиодной лампы через загрязненную естественными отходами воду, пропорционально значительно уменьшается.
В зависимости от сопротивления в средней точке делителя напряжения, реализованного посредством R1 и переменного резистора R2, фототранзистор VТ1 может пребывать в открытом, частично открытом либо закрытом состоянии. Соответственно транзистор VТ2 будет в закрытом, частично закрытом либо открытом состоянии.
Так, при замутнении воды естественными отложениями световой поток к фототранзистору VТ1 значительно уменьшается, он медлено закрывается, через резистор R3 и диод VD1 ток поступает в базу транзистора VТ2, последний частично приоткрывается (потому, что вода, кроме того мутная, неимеетвозможности не пропускать свет), и между точкой А и неспециализированным проводом появляется отличие потенциалов (тем больше, чем мутнее вода в аквариуме).
Установка для тестирования на прозрачность 3%-ного раствора соли
К точке А в данной схеме может подключаться устройство усиления сигнала на операционном усилителе либо иное устройство индикации состояния. К примеру, параметрический сигнализатор, либо (в случае если требуется громадная точность измерения) устройство АЦП, либо миллиамперметр Все они подключаются с соблюдением полярности параллельно постоянному резистору R4.
О подробностях
Вместо фототранзистора ФТ-1 допускается использование его зарубежного аналога ОСР-70 без какой-либо переделки схемы. В случае если для того чтобы аналога нет, из-за чего бы не изготовить фототранзистор самому бережно отпилив шляпку обычного полупроводникового транзистора типа МП39-МП42 (либо подобных). Либо к примеру, заменить VТ1 фотодиодом ФД-7 (либо подобным), включив его в соответствии с полярностью (катод к «+» Uп) вместо перехода «эмиттер—коллектор» транзистора VТ1.
Наряду с этим вместо ограничительного резистора RЗ включают делитель напряжения R1R2.
А. КАШКАРОВ
