TDS-meter - 万用表的前缀。方案、说明

TDS-meter - 万用表的前缀。无线电电子电气工程百科全书

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提请读者注意的前缀扩展了 M-830B (DT-830B) 万用表的功能，允许您测量溶解在水中的盐的浓度。在它的帮助下，您可以评估饮用的适宜性，蒸馏水的“质量”，区分真假矿泉水。机顶盒由万用表供电，内部不需要额外的连接。

如您所知，水是生物体生存所必需的。可以说，它在人体中约占其质量的65%，包含在所有的细胞和组织中，所有的生命过程都在它的参与下进行。一个生动的例子证实了这种物质的重要性：在有水的情况下，一个人可以在没有食物的情况下存活大约一个月，而没有水 - 只有几天。

然而，并不是所有的水，即使是外观透明、干净的水，都适合饮用，因此，在进入供水系统之前，都要经过适当的净化处理。自来水的质量很大程度上取决于它所含盐分的含量。根据俄罗斯国家卫生和流行病学监督委员会的卫生标准，溶解在水中的盐的总浓度（所谓的总矿化）不应超过 1000 mg/l [1]。含盐量较高的水被认为是矿泉水。使用专用设备测量矿化程度。

由于世界各地的环境状况不断恶化，许多公司已经开始生产用于水参数快速分析的设备。其中之一是 Zepter TDS 计 [2]，它测量每百万水分子的溶解颗粒量（总溶解固体 - 因此得名 - TDS 计）。从数字上看，其读数等于总矿化度，以毫克每升为单位。 TDS 测量仪的价格相当高——112 美元。

然而，这样的装置可以独立组装，并且其制造成本会很小。测量此类设备的原理是基于水的电导率对溶解盐量的依赖性。从物理学中可知，溶液的电导率由公式[3]决定

δ = F z+ n0+(u++u-)/NA,

其中 F = 96,5 103 C/mol 是法拉第数； NA = 6,02 1023 mol-1 - 阿沃加德罗数； z+——溶液中带正电离子的化合价； n0+为单位体积电解质中带正电的离子数； u+、u- 分别是带正电和带负电的离子的迁移率。该公式清楚地表明电导率与溶解化合物的浓度成正比。当然，这取决于溶液的溶质和温度 [4]，但据信 1000 mg/l 的平均浓度大约对应于 0,2 S/m [5] 的电导率。

因此，要确定水的矿化程度，测量其电导率或电阻就足够了。为了排除溶液电解对结果的影响，必须对交流电进行测量。

所提出的装置以附件的形式制成，连接到广泛使用的万用表 M-830V [6] 或其模拟 DT-830B，它将电导率的测量结果转换为电压。它由万用表 ICL3 微电路的内部稳定器提供的 7106 V 电压供电。传感器电极未浸入水中时的电流消耗不超过 0,25 mA。

通过将其读数与上述 Zepter TDS 仪表的读数进行比较来估计设备的测量误差。在 0 至 1200 mg/l 的浓度范围内，不超过 ±10%。如果盐度超过 1200 毫克/升，由于附件消耗的电流增加和稳定器的低负载能力，误差会急剧增加。还需要注意的是，机顶盒与DT-830B一起使用时，测量误差可能会稍高一些，因为通常安装在这些万用表中的ICL7106微电路的无框模拟稳定器的负载能力是非常小。

附件示意图如图所示。 1. 正如您所看到的，它仅组装在两个微电路和两个晶体管上。在ICL7660A(DA1)芯片上制作了电压极性转换器。为了使交流电流过传感器电极，需要不同极性的电压。

（点击放大）

在运算放大器 DA2.1 上，组装了重复率约为 170 Hz 的不同极对称矩形脉冲发生器。该信号由基于晶体管VT1、VT2的电流放大器放大，其发射极电路包括电导率传感器、电流测量电阻器R6和热敏电阻器RK1，其部分补偿水电导率对温度的依赖性。

来自电流测量电阻器的交流电压被馈送到 DA2.2 运算放大器的同相输入端，该运算放大器充当半波整流器和增益约为 12 的同相放大器。为了补偿该运算放大器的零偏置电压，电压从电阻分压器 R9R5R7 通过电阻器 R8 施加到反相输入端。

为了使万用表显示屏上不显示负号，机顶盒的输出电压必须为正。由于正极性的电源电压是通过万用表的ICL7106微电路内部稳压器来稳定的，而负极性电压的稳定性较低，所以DA2.2运放由同相放大器开启。经 R12C7 电路滤波后的电压馈入万用表的输入端，用于测量直流电压。万用表以毫伏为单位测量的电压对应于以毫克每升为单位的总矿化量。

该设备的所有元件（传感器和热敏电阻除外）均放置在由箔玻璃纤维制成的板上（图 2）。

TDS-meter - 连接到万用表

该板设计使用固定电阻MLT、微调器SP5-2、氧化物电容器K50-16（C1、C2、C4），其余电容器几乎都是低压陶瓷电容器。 X1-XXNUMX 连接器的引脚从印刷导线的一侧焊接，机顶盒通过 XXNUMX-XXNUMX 连接器的引脚连接到万用表的相应插座。

代替ICL7660A芯片，允许使用ICL7660或国产模拟KR1168EP1。我们将用这组中的任何一个以及 KR1446UD2A-KR1446UD4V 替换 KR1446UD4A 运算放大器，但是，在后一种情况下前缀消耗的电流会增加。可以使用 OU KR1446UDZA-KR1446UDZV，但它们的“引脚排列”不同，因此需要调整印刷电路板。

安装运算放大器时必须小心：与其他 CMOS 微电路一样，它们经常因静电的影响而失效。

图中所示系列的晶体管可以用相应结构的任何低功率晶体管代替。二极管 - 任何低功率脉冲，例如 KD521 或 KD522 系列。前缀使用 MMT-9 热敏电阻，但是，几乎任何具有负 TKS 且电阻约为 620 至 750 欧姆的热敏电阻都可以。

传感器的图纸如图 3 所示。 XNUMX.

TDS-meter - 连接到万用表

它由底座 1 - 厚度为 2,5 ... 3 mm 的镀箔玻璃纤维板和传感器本身 - 两个带防腐涂层的金属销 4 （方便使用镀银或金）组成。 -来自可拆卸连接器的适当直径的镀金引脚）。底座上的孔必须在钻孔机上钻孔，并且销钉必须牢固地插入孔中（这将确保它们的平行度）。通过焊接到箔片上固定引脚。然后，大约在底座的中间，平行于短边，将一段直径为5 ... 0,6毫米且长度略小于热敏电阻0,8的直径的镀锡线3焊接到较大的箔上之后，将柔性绞合绝缘线2焊接至其第二端子和两个箔焊盘。

当使用不同类型的热敏电阻时，可能需要更改基底箔的尺寸和焊盘数量，只要热敏电阻牢固地焊接到箔上即可。应该记住，测量的准确性取决于传感器的制造质量，因此销的直径，它们从底座突出部分的长度以及它们之间的距离必须保持在所示的值范围内如图。 3个限制。

该设备无需调整。唯一要做的就是将它连接到万用表，在电压测量限值 2000 mV 时打开，并使用微调电阻 R7 将读数设置为零。检查时，将一个 1,5 kΩ 电阻器连接到传感器触点：万用表应显示约 1000 mV 的电压。

使用该设备时，应记住热敏电阻具有热惯性，因此只能在传感器浸入水中 1 ... 1,5 分钟后（当它们停止变化时）读取读数。

文学

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.
Yavorsky B.，Detlaf A. 物理学手册。 - M.：瑙卡，1968 年。
<tos.urc.ac.ru/~tex/sensor/ion2.htrn>
Afonsky A.、Kudrevatykh E.、Pleshkova T. 紧凑型万用表 M-830V。 - 广播，2001 年，第 9 期，p。 25-27。

作者：莫斯科州拉缅斯科耶的 V. Chudnov

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