مستشعر التعكر: ما هو وكيف يعمل

في هذه المدونة ناقشنا الكثير مكونات eléctricos لمشاريع DIY. بعضها يتعلق بالمياه، مثل بعض الصمامات وعدادات التدفق والمضخات وغيرها، ولكن ربما يحتاج الصناع إلى شيء أبعد من ذلك، مثل مستشعر التعكر.

بفضل هذا النوع من أجهزة الاستشعار، يمكنك ذلك قياس تعكر السائلكالماء، أو أيضاً للعديد من التطبيقات الأخرى كما سنرى لاحقاً...

تعكر السوائل

La التعكر هو مقياس لتشتت الضوء الناجم عن الجزيئات العالقة في السائل، وهو عامل حاسم في مختلف الصناعات، من معالجة المياه إلى إنتاج الأغذية والمشروبات. على سبيل المثال، يمكن لقياس العكارة أو الجسيمات العالقة الموجودة في الماء تحديد درجة النقاء، أو ما إذا كانت ملوثة بمواد صلبة من نوع ما. ويمكن استخدامه أيضًا للتحكم في العمليات الصناعية باستخدام مخاليط سائلة من المواد الكيميائية، أو لتخمير البيرة والمشروبات الأخرى، أو للتحكم في صب الجسيمات أو الرواسب، لحساب فعالية الندف. كما يمكن أن يكون مثيرًا للاهتمام لمهام البحث البيئي، ومراقبة مياه البحيرات والأنهار والبحار، وحتى الآبار الجوفية... والتطبيقات متنوعة جدًا، كما سنرى لاحقًا.

ما هو جهاز استشعار التعكر؟

الكثير أجهزة استشعار التعكر، أو أجهزة قياس التعكر، هي أجهزة مصممة لقياس هذه الخاصية، وقد تطورت بشكل ملحوظ، مما يوفر دقة وموثوقية أكبر بشكل متزايد. يمكنك العثور عليها بتنسيق كبير، للتحقق من فعالية أنظمة مياه الشرب مع الترشيح بالتناضح العكسي، حتى في العمليات الصناعية الأخرى التي يتم التحكم فيها بواسطة برنامج SCADA، إلى أجهزة استشعار التعكر الصغيرة لمشاريع DIY. إذا كنت صانعًا، فيجب أن تعلم أن هناك بعض الوحدات بتنسيق الوحدة، بحيث يمكنك تضمينها بسهولة في مشاريعك، مثل العديد من الوحدات الأخرى لـ Arduino.

La معايرة منتظمة تعد أجهزة استشعار التعكر ضرورية لضمان دقة القياسات، وكذلك التنظيف الجيد لخلية القياس أو الكاشف. للقيام بذلك، أوصي بقراءة أوراق بيانات النموذج الذي اخترته، حيث يتم استخدام معايير التعكر المعتمدة لإنشاء منحنى المعايرة. وإلا، فقد لا يتسبب ذلك في تقصير عمر الخدمة فحسب، بل قد يتسبب أيضًا في عدم صحة القياسات. وبالمثل، اعتمادًا على نوع السائل المراد اختباره، فإنه يمكن أن يسبب أضرارًا أخرى للمستشعر، مثل التآكل إذا كان سائلًا حمضيًا، أو توليد الجير إذا كان ماءًا عسرًا، وتكوين الطحالب، والمزيد...

يرجى ملاحظة أن هناك بعض العوامل الأخرى التي يمكن أن تغير القياس أيضًا، حتى لو كانت صيانة المستشعر جيدة:

• الطول الموجي للضوء: يؤثر اختيار الطول الموجي على حساسية المستشعر لأحجام الجسيمات المختلفة.
• زاوية الكشف: الزاوية التي يتم بها قياس الضوء المبعثر تحدد نطاق أحجام الجسيمات التي يمكن اكتشافها.
• قياس مادة الخلية: ويجب أن تكون شفافة ومقاومة للمواد الكيميائية المراد تحليلها.
• درجة الحرارة: يمكن أن تؤثر على كثافة الجسيمات وبالتالي التعكر.
• لون العينة: العينات الملونة قد تتداخل مع قياس التعكر.
• دقة الاستشعار والتسامح: يمكن أن تكون هناك نماذج مختلفة ذات دقة وتفاوتات مختلفة، وهذا مهم عند اختيار النموذج المناسب. سيكون هناك أيضًا بعض القيود على حجم الجسيمات القابلة للاكتشاف.

تشغيل مقياس التعكر

Un مستشعر التعكرفي جوهره، هو أداة بصرية تقيس شدة الضوء المتناثر بواسطة الجزيئات الموجودة في السائل. ويستند المبدأ الأساسي على قانون رايليوالتي تنص على أن شدة الضوء المبعثر تتناسب مع القوة الرابعة لقطر الجسيمات ومربع الطول الموجي للضوء الساقط.

ولذلك، فإن جهاز استشعار التعكر سوف يكون له بعض الأجزاء الرئيسية، مثل:

• مصدر الضوء: عادةً ما يصدر مصباح الهالوجين، LED أو الليزر، شعاعًا من الضوء بطول موجي محدد عبر العينة.
• مكتشف: يقوم الكاشف الضوئي (الصمام الثنائي الضوئي، المضاعف الضوئي) بقياس شدة الضوء المتناثر عند زاوية معينة.
• خلية القياس- يحتوي على العينة ويوفر مسار بصري محدد للضوء.
• الإلكترونيات: يقومون بمعالجة إشارة الكاشف وتحويلها إلى قراءة التعكر.

من ناحية أخرى، من بين الأنواع المختلفة لأجهزة قياس التعكر يمكننا أن نجد عدة طرق لقياس وجود هذه الجزيئات في التعليق:

• قياس الكلى: يقيس الضوء المتناثر بزاوية 90 درجة مع الشعاع الساقط. إنها الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس التعكر المنخفض والمعتدل.
• نقل: وفي هذه الحالة يعتمد ذلك على قياس الضوء الذي يمر عبر العينة. يتم استخدامه لقياس التعكر العالي.
• الامتصاص: يركز على تحديد الضوء الذي تمتصه الجزيئات. يتم تطبيقه في حالات محددة حيث يكون التشتت في حده الأدنى.

بالإضافة إلى وضع كل هذا في الاعتبار، تحقق أيضًا من الفولتية أو الاستهلاك أو كثافة العمل أو نطاقات درجة حرارة التشغيل أو التوافق مع مشروعك...

مكان شراء وأسعار جهاز استشعار التعكر

مستشعر جادشاي...

23,99 يورو

انظر العرض

وحدة استشعار TDS، ...

10,48 يورو

انظر العرض

هيكسيه الاستشعار البصري...

1.351,07 يورو

انظر العرض

يمكنك العثور على مستشعرات التعكر بسعر جيد على العديد من المنصات المتخصصة في مجال الإلكترونيات، وكذلك على متاجر مثل Aliexpress أو أمازون. في هذه المواقع، يمكنك الحصول على أسعار معقولة ومجموعة واسعة من النماذج لتلبية احتياجاتك. أعرض عليك هنا بعض التوصيات، تنسيقين مع وحدة تعتمد على تأثير تيندال، ومقياس صناعي يستخدم لقياس جودة المياه في المشاريع الأكثر تقدمًا، مثل محطات التنقية، ومحطات معالجة المياه، وما إلى ذلك.

تطبيقات عملية

أنت تعرف بالفعل بعضًا من الاستخدامات أو التطبيقات الممكنة من مستشعر التعكر، حيث أنني ذكرت بعضًا منها في النص سابقًا. ومع ذلك، إليك قائمة ببعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا، لإلهامك في مشاريعك المستقبلية:

• معالجة المياه: مراقبة جودة مياه الشرب ومياه الصرف الصحي والمياه المعالجة. ويمكن استخدامه أيضًا في المشاريع البيئية، وقياس جودة المياه في الأنهار والخزانات والبحيرات والبحار والمياه الجوفية وغيرها. يمكنك حتى استخدامه في المنزل إذا كنت ستقوم بتركيب نظام تنقية لإعادة استخدام المياه الرمادية في محطات المياه ومحطات تحلية المياه وما إلى ذلك.
• صناعة الأغذية والمشروبات: مراقبة جودة المنتجات مثل العصائر والبيرة والنبيذ. قد تكون المشروبات الكحولية والمقطرة عرضة لهذا النوع من الجزيئات العالقة، ومن الضروري مراقبة هذه المعلمات والتحكم فيها أثناء الإنتاج.
• الصيدلانية: قد يحتاج هذا القطاع أيضًا إلى أجهزة استشعار للعكارة لضمان جودة مستحضرات الحقن ومحاليل العيون وكذلك الأمصال والأشربة وغيرها.
• كيمياء: بالطبع هناك خيار آخر وهو مراقبة عمليات الترشيح والفصل والمخاليط الكيميائية وغيرها.

مثال عملي لاستخدام جهاز قياس التعكر

على سبيل المثال، إذا استخدمنا كقاعدة واحدة من أجهزة استشعار التعكر من نوع الوحدة تعتمد على تأثير تيندال، والتي تعتمد على تشتت الضوء المسقط على السائل بسبب وجود الجزيئات في التعليق، ستولد قياسات بقيمة واحدة أو أخرى اعتمادًا على عدد الجزيئات الموجودة. هذا النوع من الوحدات فعال للغاية، ويتكامل بشكل مثالي مع Arduino UNO، ويتيح لك كتابة المخططات في Arduino IDE لسهولة التحكم.

في هذه الحالة، سيكون لدينا نطاق كشف يتراوح بين 0% و3.5% (0 و4550 NTU أو وحدة التعكر الكلوية أو وحدات التعكر الكلوية)، مع التسامح ± 0.5٪. بالإضافة إلى ذلك، لدينا وضعان للتشغيل، حيث يسمح باستخدامهما في الإخراج التناظري والرقمي. في الوضع التناظري (موضع المفتاح عند A)، يتم حساب التعكر عن طريق قياس مستوى جهد خرج المستشعر، بينما في الوضع الرقمي (موضع المفتاح عند D)، يتم قياسه رقميًا، باستخدام رمز ثنائي يتأرجح بين قيمتين.

ومن ناحية أخرى، إذا نظرنا إلى ورقة بيانات جهاز استشعار التعكر هذا، فنرى أن النموذج يتمتع بالمواصفات الفنية التالية:

• مصدر التيار: 5 فولت تيار مستمر
• الاستهلاك: 11 مللي أمبير تقريبًا
• نطاق الكشف: 0% إلى -3.5%(0-4550 وحدة حرارية بريطانية)
• تمبرا دي تراباجو: -30 درجة مئوية و80 درجة مئوية
• درجة حرارة التخزين:-10 درجة مئوية و80 درجة مئوية
• التسامح أو هامش الخطأ: ± 0.5٪

في ورقة البيانات، يمكنك أيضًا رؤية منحنيات أو رسوم بيانية تربط العكارة المقاسة بالتوتر المتولدة في إخراج الاستشعار، وكذلك pinout سيساعدنا ذلك على توصيل الوحدة بلوحة Arduino الخاصة بنا بشكل صحيح:

ستشاهد أيضًا مؤشرين LED، أحدهما يشير إلى أنه يعمل كـ PWR، والآخر لـ Dout أو إخراج البيانات. الآن، بمجرد توصيل الوحدة بلوحة Arduino الخاصة بنا، سيكون الأمر سهلاً مثل الاتصال VIN إلى 5V وGND إلى GND من اللوحة الخاصة بنا، ثم يتصل S بالمكان الذي نريد التحقق من الإشارة فيه، مثل A0 للتناظرية، أو D13 إذا أردنا قياسات رقمية. بالإضافة إلى ذلك، في هذا المثال، يمكن استخدام مؤشر LED المتصل بالمخرج الرقمي بشكل اختياري للمعايرة...

بمجرد الانتهاء ، الأكواد التي يجب عليك كتابتها في Arduino IDE وهم على النحو التالي:

• التكوين الرقمي:

/* 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
}
}

• التكوين التناظري:

/* 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);  
}  

• إذا كنت تريد القياس بوحدات NTU في الوضع التناظري، فاستخدم:

/* 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;  
}  

تذكر أنه يمكنك دائمًا تعديل التعليمات البرمجية لتكييفها مع مشاريعك، وهذه مجرد أمثلة للاستخدام...