Troebelheidssensor: wat het is en hoe het werkt

In deze blog hebben we er veel besproken componenten eléctricos voor doe-het-zelf-projecten. Sommige hadden betrekking op water, zoals sommige kleppen, debietmeters, pompen, enz., Maar misschien hebben makers iets verder nodig, zoals troebelheidssensor.

Dankzij dit type sensor kan dat meet de troebelheid van een vloeistof, zoals water, of ook voor vele andere toepassingen zoals we later zullen zien...

Troebelheid van vloeistoffen

La troebelheid is een maatstaf voor de lichtverstrooiing veroorzaakt door deeltjes die in een vloeistof zweven. Het is een cruciale parameter in verschillende industrieën, van waterbehandeling tot de productie van voedsel en dranken. Het meten van de troebelheid of zwevende deeltjes in water kan bijvoorbeeld de mate van zuiverheid bepalen, of bepalen of het water verontreinigd is met een of andere soort vaste stoffen. Het kan ook worden gebruikt om industriële processen met vloeibare mengsels van chemicaliën te controleren, of voor de fermentatie van bier en andere dranken, of om de decantatie van deeltjes of neerslag te controleren, om de effectiviteit van vlokmiddelen te berekenen. Het kan ook interessant zijn voor milieuonderzoekstaken, het monitoren van de wateren van meren, rivieren, zeeën en zelfs ondergrondse putten... De toepassingen zijn zeer divers, zoals we later zullen zien.

Wat is een troebelheidssensor?

De troebelheidssensoren of troebelheidsmeters, zijn apparaten die zijn ontworpen om deze eigenschap te kwantificeren, zijn aanzienlijk geëvolueerd en bieden steeds grotere precisie en betrouwbaarheid. Je vindt ze in groot formaat, om de effectiviteit van drinkwatersystemen met omgekeerde osmosefiltratie te controleren, zelfs in andere industriële processen bestuurd door SCADA-software, tot kleine troebelheidssensoren voor doe-het-zelf-projecten. Als je een maker bent, moet je weten dat er enkele in moduleformaat zijn, zodat je ze gemakkelijk in je projecten kunt opnemen, net als veel andere modules voor Arduino.

La regelmatige kalibratie van troebelheidssensoren is essentieel om de nauwkeurigheid van de metingen te garanderen, ook een goede reiniging van de meetcel of detector. Om dit te doen, raad ik aan de datasheets van het door u gekozen model te lezen, aangezien gecertificeerde troebelheidsnormen worden gebruikt om een kalibratiecurve vast te stellen. Anders kan de levensduur niet alleen korter zijn, maar kunnen de metingen ook onjuist zijn. Afhankelijk van het type vloeistof dat moet worden getest, kan dit ook andere schade aan de sensor veroorzaken, zoals corrosie als het een zure vloeistof is, of kalkvorming als het hard water is, algenvorming en meer...

Houd er rekening mee dat er enkele zijn andere factoren die de meting ook kunnen veranderen, zelfs als het sensoronderhoud goed is:

Lichtgolflengte: De keuze van de golflengte beïnvloedt de gevoeligheid van de sensor voor verschillende deeltjesgroottes.
ngulo de detección: De hoek waaronder het verstrooide licht wordt gemeten, bepaalt het bereik van de deeltjesgroottes die kunnen worden gedetecteerd.
Materiaal meetcel: Het moet transparant zijn en bestand tegen de te analyseren chemicaliën.
Temperatuur: kan de deeltjesdichtheid en dus de troebelheid beïnvloeden.
Voorbeeld kleur: Gekleurde monsters kunnen de troebelheidsmeting verstoren.
Sensornauwkeurigheid en tolerantie: Er kunnen verschillende modellen zijn met verschillende precisies en toleranties, en dit is belangrijk bij het kiezen van de juiste. Er zullen er ook zijn met beperkingen op de grootte van detecteerbare deeltjes.

Werking van de troebelheidsmeter

Un troebelheidssensorIn wezen is het een optisch instrument dat de intensiteit meet van licht dat wordt verstrooid door deeltjes in een vloeistof. Het fundamentele principe is gebaseerd op De wet van Rayleigh, waarin staat dat de intensiteit van het verstrooide licht evenredig is met de vierde macht van de diameter van de deeltjes en het kwadraat van de golflengte van het invallende licht.

Daarom zal de troebelheidssensor enkele belangrijke onderdelen hebben, zoals:

lichtbron: meestal zendt een halogeenlamp, LED of laser, een lichtstraal met een specifieke golflengte door het monster.
Detector: Een fotodetector (fotodiode, fotomultiplier) meet de intensiteit van verstrooid licht onder een bepaalde hoek.
Meetcel- Bevat het monster en biedt een gedefinieerd optisch pad voor licht.
Elektronica: Ze verwerken het detectorsignaal en zetten dit om in een troebelheidsmeting.

Aan de andere kant kunnen we onder de verschillende soorten troebelheidsmeters vinden verschillende manieren om de aanwezigheid van deze deeltjes te meten in schorsing:

Nefelometrie: meet het licht dat onder een hoek van 90 graden wordt verstrooid ten opzichte van de invallende straal. Het is de meest gebruikelijke methode voor het meten van lage en matige troebelheid.
transmissie: In dit geval is het gebaseerd op de meting van het licht dat door het monster gaat. Het wordt gebruikt om hoge troebelheid te meten.
absorptie: richt zich op het specificeren van het licht dat door de deeltjes wordt geabsorbeerd. Het wordt toegepast in specifieke gevallen waarin de spreiding minimaal is.

Houd hier niet alleen rekening mee, maar controleer ook de spanningen, het verbruik, de werkintensiteit, het bedrijfstemperatuurbereik of de compatibiliteit met uw project...

Waar te koop en prijzen van een troebelheidssensor

Jadeshay-sensor...

TDS-sensormodule,...

HEXEH Optische Sensor...

Je kunt troebelheidssensoren tegen een goede prijs vinden op veel platforms die gespecialiseerd zijn in elektronica, en ook op winkels zoals AliExpress of Amazon. Op deze sites kunt u betaalbare prijzen en een grote verscheidenheid aan modellen vinden om aan uw behoeften te voldoen. Hier laat ik u enkele aanbevelingen zien, twee formaten met een module gebaseerd op het Tyndall-effect, en een meer industriële meter die wordt gebruikt om de waterkwaliteit te meten in meer geavanceerde projecten, zoals in zuiveringsinstallaties, waterzuiveringsinstallaties, enz.

BELANGRIJK: deze apparaten zijn doorgaans niet onderdompelbaar; slechts een deel van de sonde is dat wel. Wees dus voorzichtig als je het niet wilt verpesten.

Praktische toepassingen

Je kent er al een paar mogelijke toepassingen of toepassingen van een troebelheidssensor, aangezien ik er eerder enkele in de tekst heb aangehaald. Hier is echter een lijst met enkele van de meest populaire toepassingen, om u te inspireren bij uw toekomstige projecten:

Water behandeling: bewaken van de kwaliteit van drinkwater, afvalwater en proceswater. Het kan ook worden gebruikt voor milieuprojecten, waarbij de kwaliteit van water in rivieren, reservoirs, meren, zeeën, grondwater, enz. wordt gemeten. Je kunt het zelfs thuis gebruiken als je een zuiveringssysteem gaat installeren om grijs water te hergebruiken voor waterplanten, ontziltingsinstallaties, enz.
Voedingsmiddelen- en drankenindustrie: kwaliteitscontrole van producten zoals sappen, bier en wijnen. Alcoholische en nog steeds gedestilleerde dranken kunnen gevoelig zijn voor dit soort zwevende deeltjes en het is noodzakelijk om deze parameters tijdens de productie te monitoren en te controleren.
Farmaceutisch: Deze sector heeft mogelijk ook troebelheidssensoren nodig om de kwaliteit van injecteerbare producten en oogheelkundige oplossingen te garanderen, evenals van serums, siropen, enz.
Chemie: Een andere optie is natuurlijk het monitoren van filtratie- en scheidingsprocessen, chemische mengsels en meer.

Praktijkvoorbeeld van het gebruik van een troebelheidsmeter

Als we bijvoorbeeld als basis een van de Moduletype troebelheidssensoren gebaseerd op het Tyndall-effect, die gebaseerd zijn op de verspreiding van licht dat op een vloeistof wordt geprojecteerd als gevolg van de aanwezigheid van deeltjes in suspensie, zullen metingen van een of andere waarde genereren, afhankelijk van het aantal aanwezige deeltjes. Dit type module is behoorlijk effectief en kan perfect worden geïntegreerd met Arduino UNOen stelt u in staat sketchers in Arduino IDE te schrijven voor eenvoudige bediening.

In dit geval hebben we een detectiebereik tussen 0% en 3.5% (0 en 4550 NTU of nefelometrische troebelheidseenheid of nefelometrische troebelheidseenheden), met een tolerantie van ±0.5%. Bovendien hebben we twee werkingsmodi, omdat het gebruik ervan in analoge en digitale uitvoer mogelijk maakt. In de analoge modus (schakelaarpositie bij A) wordt de troebelheid berekend door het spanningsniveau van de sensoruitgang te meten, terwijl deze in de digitale modus (schakelaarpositie bij D) digitaal wordt gemeten, met een binaire code die tussen twee waarden oscilleert.

Aan de andere kant, als we ernaar kijken de datasheet van deze troebelheidssensorzien we dat het model de volgende technische specificaties heeft:

Voedingsspanning: 5V gelijkstroom
verbruik: Ongeveer 11 mA
Detectiebereik: 0% tot -3.5% (0-4550 NTU)
Werktemperatuur: -30℃ en 80℃
Bewaar temperatuur： -10 ℃ en 80 ℃
Tolerantie of foutmarge: ± 0.5%

In de datasheet kunt u ook de curven of grafieken die de gemeten troebelheid in verband brengen met de spanning gegenereerd bij de sensoruitgang, evenals de pinout dat zal ons helpen de module correct met ons Arduino-bord te verbinden:

Je ziet ook twee LED's, een die aangeeft dat hij als PWR werkt, en een andere voor Dout of data-uitvoer. Zodra we de module op ons Arduino-bord aansluiten, is het net zo eenvoudig als verbinden VIN naar 5V en GND naar GND van ons bord, en dan maakt S verbinding met waar we het signaal willen controleren, zoals A0 voor analoog, of D13 als we digitale metingen willen. Bovendien kan in dit voorbeeld optioneel een LED aangesloten op een digitale uitgang worden gebruikt voor kalibratie…

Eenmaal klaar, de codes die je in Arduino IDE moet schrijven zijn de volgende:

Digitale configuratie:

/* Prueba del sensor de turbidez en modo D */
#define Turbidy_sensor 2 //Pin digital 2

const int ledPin = 13; //LED asociado al 13

void setup() {
   pinMode(ledPin, OUTPUT); //Configuramos pin 13 como salida
   pinMode(Turbidy_sensor, INPUT); //Configuramos el pin del sensor de turbidez como entrada
}
void loop() {
   if(digitalRead(Turbidy_sensor)==LOW){ //Lectura de la señal del sensor
   digitalWrite(ledPin, HIGH); //Si el sensor indica nivel bajo (LOW) encendemos el LED, es decir, agua más pura
}
else{
   digitalWrite(ledPin, LOW); //Si el sensor indica nivel alto (HIGH) apagamos el LED, es decir, agua sucia o turbia
}
}

Zoals je kunt zien, bevat de module ook een potentiometer die u met een schroevendraaier kunt aanpassen om de drempel van het digitale signaal aan te passen en aan uw behoeften aan te passen. U kunt gedestilleerd water gebruiken om de sonde in te brengen en de potentiometer te bewegen totdat de bijbehorende ingebouwde LED aan of uit gaat, afhankelijk van hoe u deze in de code hebt geconfigureerd. Zo is het gekalibreerd, en dan kun je de sonde in troebel water leggen om te zien dat de LED het tegenovergestelde doet.

Analoge configuratie:

/* Prueba del sensor de turbidez modo A*/

#define Turbidy_sensor A0   

int TurbidySensorValue = 0;  

float Tension = 0.0;  

void setup() {     //Monitorización por el puerto serial para ver valores en pantalla
  Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación  
  Serial.println("Prueba de lectura del sensor de turbidez");  
  Serial.println("========================================");  
  Serial.println(" ");  
  Serial.println("Lectura analógica\tTension");   
  Serial.println("-----------------\t-------");  
}  
void loop() {  
  TurbidySensorValue = analogRead(Turbidy_sensor); // Lectura del pin analógico 0  
  Tension = TurbidySensorValue * (5.0 / 1024.0); // Mapeo de la lectura analógica  

  //Envio de valores y textos al terminal serie  
  Serial.print(TurbidySensorValue);   
  Serial.print("\t\t\t");  
  Serial.print(Tensión);  
  Serial.println(" V");  
  delay(3000);  
}

Als u in de analoge modus in NTU-eenheden wilt meten, gebruikt u:

/* Prueba del sensor de turbidez en modo A y mediciones en NTU */  

#define Turbidy_sensor A0  
 
float Tension = 0.0;  
float NTU = 0.0;  
void setup() {    //Medición a través del monitor serie
  Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación  
  Serial.println("Lectura del sensor de turbidez en NTUs");  
  Serial.println("===================================================================================");  
  Serial.println(" ");  
  Serial.println("Tensión\tNTU");   
  Serial.println("-------\t---");  
}  
void loop() {  
  Tension = 0;  
  Tension = analogRead(Turbidy_sensor)/1024*5; // Mapeo de la lectura analógica  
  //Para compensar el ruido producido en el sensor tomamos 500 muestras y obtenemos la media  
  for(int i=0; i<500; i++)  
    {  
      Tension += ((float)analogRead(Turbidy_sensor)/1024)*5;  
    }  
    Tension = Tension/500;  
    Tension = redondeo(Tension,1);  
    //Para ajustarnos a la gráfica de la derecha  
    if(Tension < 2.5){  
      NTU = 3000;  
    }else{  
      NTU = -1120.4*square(Tension)+5742.3*Tension-4352.9;   
    }  
  //Envio de valores y textos al terminal serie  
  Serial.print(Tension);  
  Serial.print(" V");  
  Serial.print("\t");  
  Serial.print(NTU);  
  Serial.println(" NTU");  
  delay(5000);  
}  

float redondeo(float p_entera, int p_decimal)  
{  
  float multiplicador = powf( 10.0f, p_decimal);  //redondeo a 2 decimales  
  p_entera = roundf(p_entera * multiplicador) / multiplicador;  
  return p_entera;  
}

Vergeet niet dat u de code altijd kunt wijzigen om deze aan uw projecten aan te passen. Dit zijn slechts voorbeelden van gebruik...

Hardwarelibre