Тезисы к докладу на конференции "Компьютерный мониторинг и информационые технологии 2009" на тему "Проектирование tds-метра и разработка программных средств для реализации измерения концентрации растворенных в воде солей и визуализации изменения солености жидкости "

Солёность — это количество твёрдых веществ в граммах, растворённое в 1 кг морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в окислы, органическое вещество сожжено. Измеряется в «‰» («промилле»).

По санитарным нормам Госкомсанэпидемнадзора общая концентрация растворенных в воде солей (так называемая общая минерализация) не должна превышать 1000 мг/л [1]. Воду, в которой содержание солей больше, считают минеральной. Для измерения степени минерализации применяют специальное оборудование.

Современное состояние гидрофизических исследований требует оперативного (в процессе эксперимента) получения вторичных параметров, что позволяет оптимизировать эксперимент, уменьшить избыточность и повысить качество информации. Один из разработанных вариантов аппроксимирующих функций S(R, t, p) и s _t(R, t, p) и имеет видгде R₀, t₀, P₀ — постоянные величины.

В связи с ухудшающейся во всем мире экологической обстановкой многие фирмы начали выпускать приборы для экспресс-анализа параметров воды. Один из них - TDS-метр фирмы Zepter, измеряющий количество растворенных частиц на миллион молекул воды. Численно его показания равны общей минерализации, измеренной в миллиграммах на литр. Цена TDS-метра весьма высока - 112 долл. США.

Однако подобный прибор можно собрать самостоятельно, приложив незначительные усилия, причем затраты на его изготовление будут невелики: примерно 50 грн. Несложно увидеть, что эта сумма по сравнению со стоимостью TDS-метра фирмы Zepter ничтожна. Данный TDS-метр был спроектирован с помощью платформы ELVIS компании National Instruments.

Принцип измерения подобных устройств основан нa зависимости электрической проводимости воды от количества растворенных солей. Из физики известно, что проводимость раствора определяется формулой : S=F*Zp*np*(Up+Um)/Na,где F=96,5*10^3 Кл/моль - число Фарадея; Na=6,02*10^23 моль^-1 - число Авогадро; Zp - валентность положительно заряженных ионов в растворе; np - число положительно заряженных ионов в единице объема электронлита; Up, Um - подвижность соответственно положительно и отрицательно заряженных ионов.

Таким образом, чтобы определить степень минерализации воды, достаточно измерить ее электрическую проводимость или сопротивление. Чтобы исключить влияние электролиза раствора на результат, измерения необходимо проводить на переменном токе.

Прибор выполнен в виде приставки к широко распространенному мультиметру М-830В или его аналогу DT-830B, которая преобразует результаты измерения проводимости в напряжение. Питается она напряжением 3В от внутреннего стабилизатора микросхемы ICL7106 мультиметра. Потребляемый ток при не погруженных в воду электродах датчика не превышает 0,25 мА.

Принципиальная схема приставки изображена на рисунке 4. Как видно, собрана она всего на двух микросхемах и двух транзисторах. На микросхеме ICL7660A(DA1) выполнен преобразователь полярности напряжения. Разнополярное напряжение необходимо для того, чтобы через электроды датчика протекал переменный ток.

Рисунок 1 - Принципиальная схема приставки

В налаживании прибор не нуждается. Единственное, что надо сделать, - это подключить его к мультиметру, включенному на пределе измерения напряжения 2000 мВ, и подстроечным резистором R7 установить нулевые показания. Для проверки к контактам датчика подсоединяют резистор сопротивлением 1,5 кОм: мультиметр должен показать напряжение около 1000 мВ.

При работе с прибором следует помнить, что термистор обладает тепловой инерцией, поэтому отсчитывать показания можно только спустя 1... 1,5 мин после погружения датчика в воду (когда они перестанут изменяться).

Программное обеспечение к TDS-метру разрабатывалось с помощью LabVIEW. Профессора и студенты пользуются такими профессиональными средствами, как среда графического программирования NI LabVIEW, которая помогает студентам представить и реализовать базовые инженерные приложения. Использование LabVIEW при обучении позволяет создать эффективную среду динамически развивающегося образования.

Литература

1. «Приборы определения солености воды на основе индуктивных балансных сенсоров»
2. О. Н. Негоденко, С. А. Черевко «Технология и конструирование в электронной аппаратуре», 2003,
3. www.Labview.donntu.ru
4. Алекин О. А. “Химия океана” Л.:Гидрометеоиздат, 1966
5. А. Я. Суранов “LabVIEW 8.20. Справочник по функциям”
6. В. П. Федосов, А. К. Нестеренко «Цифровая обработка сигналов в LabVIEW» Издательство: ДМК пресс, 2007 г.