Turbiditetssensor: hvad det er, og hvordan det virker

I denne blog har vi diskuteret mange elektriske komponenter til gør-det-selv-projekter. Nogle relateret til vand, såsom nogle ventiler, flowmålere, pumper osv., men måske har beslutningstagere brug for noget ud over det, som f.eks. turbiditetssensor.

Takket være denne type sensor kan du måle en væskes turbiditet, såsom vand, eller også til mange andre applikationer, som vi vil se senere...

Turbiditet af væsker

La turbiditet er et mål for lysspredning forårsaget af partikler suspenderet i en væske, det er en afgørende parameter i forskellige industrier, fra vandbehandling til fødevare- og drikkevareproduktion. For eksempel kan måling af turbiditet eller suspenderede partikler til stede i vand bestemme renhedsgraden, eller om det er forurenet med faste stoffer af en eller anden type. Det kan også bruges til at kontrollere industrielle processer med flydende blandinger af kemikalier eller til gæring af øl og andre drikkevarer eller til at kontrollere dekanteringen af ​​partikler eller bundfald for at beregne effektiviteten af ​​flokkuleringsmidler. Det kan også være interessant til miljøforskningsopgaver, overvågning af vandet i søer, floder, have og endda underjordiske brønde... Anvendelserne er meget forskellige, som vi vil se senere.

Hvad er en turbiditetssensor?

masse turbiditetssensorer eller turbiditetsmålere, er enheder designet til at kvantificere denne egenskab, har udviklet sig betydeligt og tilbyder stadig større præcision og pålidelighed. Du kan finde dem i stort format, for at kontrollere effektiviteten af ​​drikkevandssystemer med omvendt osmosefiltrering, selv i andre industrielle processer styret af SCADA-software, til små turbiditetssensorer til gør-det-selv-projekter. Hvis du er en maker, skal du vide, at der er nogle i modulformat, så du nemt kan inkludere dem i dine projekter, ligesom mange andre moduler til Arduino.

La regelmæssig kalibrering af turbiditetssensorer er afgørende for at garantere målingernes præcision, også en god rengøring af målecellen eller detektoren. For at gøre dette anbefaler jeg at læse databladene for den model, du har valgt, da certificerede turbiditetsstandarder bruges til at etablere en kalibreringskurve. Ellers kan det ikke kun medføre, at dens levetid bliver kortere, men også medføre, at målingerne bliver forkerte. Ligeledes kan det, afhængigt af typen af ​​væske, der skal testes, forårsage anden skade på sensoren, såsom korrosion, hvis det er en sur væske, eller generere kalk, hvis det er hårdt vand, algedannelse og mere...

Bemærk venligst, at der er nogle andre faktorer, der også kan ændre målingen, selvom sensorvedligeholdelsen er god:

• Lys bølgelængde: Valget af bølgelængde påvirker sensorens følsomhed over for forskellige partikelstørrelser.
• Detektionsvinkel: Vinklen, hvorved det spredte lys måles, bestemmer rækken af ​​partikelstørrelser, der kan detekteres.
• Måling af cellemateriale: Den skal være gennemsigtig og modstandsdygtig over for de kemikalier, der skal analyseres.
• Temperatur: kan påvirke partikeldensiteten og derfor turbiditeten.
• Prøvefarve: Farvede prøver kan interferere med turbiditetsmåling.
• Sensornøjagtighed og tolerance: Der kan være forskellige modeller med forskellig præcision og tolerancer, og det er vigtigt, når man skal vælge den rigtige. Der vil også være nogle med grænser for størrelsen af ​​påviselige partikler.

Turbidimeter drift

Un turbiditetssensorI det væsentlige er det et optisk instrument, der måler intensiteten af ​​lys spredt af partikler til stede i en væske. Det grundlæggende princip er baseret på Rayleighs lov, som angiver, at intensiteten af ​​det spredte lys er proportional med den fjerde potens af partiklernes diameter og kvadratet af bølgelængden af ​​det indfaldende lys.

Derfor vil turbiditetssensoren have nogle nøgledele, såsom:

• Lyskilde: sædvanligvis udsender en halogenlampe, LED eller laser en lysstråle med en bestemt bølgelængde gennem prøven.
• Detektor: En fotodetektor (fotodiode, fotomultiplikator) måler intensiteten af ​​spredt lys i en given vinkel.
• Målecelle- Indeholder prøven og giver en defineret optisk vej for lys.
• Elektronik: De behandler detektorsignalet og konverterer det til en turbiditetsaflæsning.

På den anden side blandt de forskellige typer af turbiditetsmålere, vi kan finde flere måder at måle tilstedeværelsen af ​​disse partikler på i suspension:

• Nephelometri: måler lyset spredt i en vinkel på 90 grader i forhold til den indfaldende stråle. Det er den mest almindelige metode til at måle lav og moderat turbiditet.
• Smitte: I dette tilfælde er det baseret på målingen af ​​lyset, der passerer gennem prøven. Det bruges til at måle høj turbiditet.
• absorbans: fokuserer på at specificere det lys, der absorberes af partiklerne. Det anvendes i specifikke tilfælde, hvor spredningen er minimal.

Ud over at have alt dette i tankerne, skal du også tjekke spændinger, forbrug, arbejdsintensitet, driftstemperaturområder eller kompatibilitet med dit projekt...

Hvor kan man købe og priser på en turbiditetssensor

Ingen produkter fundet.

Du kan finde turbiditetssensorer til en god pris på mange platforme specialiseret i elektronik, og også på butikker som Aliexpress eller Amazon. På disse sider kan du få overkommelige priser og en bred vifte af modeller for at tilfredsstille dine behov. Her viser jeg dig nogle anbefalinger, to formater med et modul baseret på Tyndall-effekten og en mere industriel måler, der bruges til at måle vandkvaliteten i mere avancerede projekter, såsom i renseanlæg, vandbehandlingsanlæg mv.

Praktiske anvendelser

Du kender allerede nogle af de mulige anvendelser eller anvendelser af en turbiditetssensor, da jeg tidligere har citeret nogle i teksten. Men her er en liste over nogle af de mest populære anvendelser, for at inspirere dig i dine fremtidige projekter:

• Vandbehandling: overvågning af kvaliteten af ​​drikkevand, spildevand og procesvand. Den kan også bruges til miljøprojekter, måling af vandkvaliteten i floder, reservoirer, søer, have, grundvand osv. Du kan endda bruge det derhjemme, hvis du skal installere et renseanlæg til at genbruge gråt vand til vandeanlæg, afsaltningsanlæg mv.
• Fødevare- og drikkevareindustrien: kvalitetskontrol af produkter som juice, øl og vin. Alkoholiske og stadig-destillerede drikkevarer kan være modtagelige for denne type suspenderede partikler, og det er nødvendigt at overvåge og kontrollere disse parametre under produktionen.
• Farmaceutisk: Denne sektor kan også have brug for turbiditetssensorer for at garantere kvaliteten af ​​injicerbare produkter og oftalmiske opløsninger samt serum, sirupper osv.
• kemi: Selvfølgelig er en anden mulighed at overvåge filtrerings- og separationsprocesser, kemiske blandinger og mere.

Praktisk eksempel på brug af turbiditetsmåler

For eksempel, hvis vi bruger en af ​​de Turbiditetssensorer af modultype baseret på Tyndall-effekten, som er baseret på spredningen af ​​lys projiceret på en væske på grund af tilstedeværelsen af ​​partikler i suspension, vil generere målinger af en eller anden værdi afhængigt af antallet af tilstedeværende partikler. Denne type modul er ret effektiv og integreres perfekt med Arduino UNO, og giver dig mulighed for at skrive skitsere i Arduino IDE for nem kontrol.

I dette tilfælde vil vi have et detektionsområde mellem 0 % og 3.5 % (0 og 4550 NTU eller nefelometrisk turbiditetsenhed eller nefelometrisk turbiditetsenhed), med en tolerance på ±0.5 %. Derudover har vi to driftsformer, da det tillader dets brug i analog og digital udgang. I analog tilstand (switchposition ved A) beregnes turbiditet ved at måle spændingsniveauet af sensorudgangen, mens den i digital mode (switchposition ved D) måles digitalt med en binær kode, der vil oscillere mellem to værdier.

På den anden side, hvis vi ser på databladet for denne turbiditetssensor, ser vi, at modellen har følgende tekniske specifikationer:

• Forsyningsspænding: 5V DC
• Forbrug: 11mA cirka
• Registreringsområde: 0% til -3.5%（0-4550 NTU）
• Temperatura de trabajo: -30 ℃ og 80 ℃
• Stuetemperatur： -10 ℃ og 80 ℃
• Tolerance eller fejlmargin: ± 0.5%

I databladet kan du også se kurver eller grafer, der relaterer målt turbiditet til spænding genereret ved sensorudgangen, samt pinout som vil hjælpe os med at forbinde modulet med vores Arduino-kort korrekt:

Du vil også se to lysdioder, en der indikerer, at den fungerer som en PWR, og en anden til Dout eller dataoutput. Når vi først har tilsluttet modulet til vores Arduino-kort, vil det være lige så nemt som at forbinde VIN til 5V og GND til GND af vores board, og så forbinder S til der, hvor vi vil tjekke signalet, såsom A0 for analog, eller D13, hvis vi ønsker digitale målinger. Derudover kan i dette eksempel en LED tilsluttet en digital udgang eventuelt bruges til kalibrering...

Når du er færdig, koderne skal du skrive i Arduino IDE De er som følger:

• Digital konfiguration:

/* 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
}
}

• Analog konfiguration:

/* 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);  
}  

• Hvis du vil måle i NTU-enheder i analog tilstand, skal du bruge:

/* 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;  
}  

Husk at du altid kan ændre koden for at tilpasse den til dine projekter, dette er kun eksempler på brug...