2 Разработка технического задания
Название прибора: кондуктометр
Основные технические характеристики
Таблица - 1 Основные технические характеристики
Диапазон измерения |
|
погрешность |
|
питание |
|
время измерения |
|
Таблица - 2 Конструктивные требования.
Вес |
1 кг |
Габариты |
Датчик: 0,02х0,02х0,01 м Прибор 0,15х0,1х0,03 м |
Тип |
Переносной |
Условия эксплуатации:
Температура: 0 - 70
Гарантий срок службы: 3 года
Поверка и градуировка прибора производится при изготовлении.
Ориентировочная стоимость при массовом производстве 4000 – 7000 руб.
3 Функциональная структура средства измерения
Для измерения концентрация хлора в воде был выбран кондуктометрический контактный метод.
Кондуктометрический метод анализа основан на измерении электропроводности растворов электролитов, в которых перенос тока происходит за счет движения ионов. Электропроводность характеризует суммарную концентрацию ионов в растворе. Зависимость электропроводности от концентрации носит сложный характер: с увеличением концентрации электропроводность раствора сначала увеличивается, а затем уменьшается. Поэтому для каждого кондуктометрического концентратомера установлены свои пределы измерений в единицах электропроводности (См/см) или концентрации (г/л). Эти параметры вычисляются опытным путем после сбора тестового образца прибора. В состав прибора входит базовая (вычислительная) часть, монитор и электродный датчик. Рассмотрим схему строения прибора (рисунок 1).
Условные обозначения:
АЦП – аналогово–цифровой преобразователь;
МК – микроконтроллер;
М – монитор;
1– катод (графитовый стержень);
2–анод (графитовый стержень);
3– корпус электродной ячейки датчика;
4 – термометр.
Рисунок 1 - Функциональная схема прибора
Описание составляющих частей схемы:
АЦП – Аналого-цифровой преобразователь преобразовывает аналоговые значения, с электродов в цифровые и передает их для дальнейшей обработки в МК.
МК – Микроконтроллер, схема в задачи, которой входит сравнение полученных данных (вычитание из первоначального напряжения полученного) и совершение поправок по определенной схеме.
М – Монитор, предназначен для вывода конечной информации.
Электродный датчик концентратомера (рисунок 1) представляет собой двухэлектродную ячейку, через которую непрерывно протекает анализируемый раствор. Для характеристики воды необходимо знать удельную электропроводность λ, которая относится к единице длины проводника (в нашем случае – к 1 см слоя воды). Значение λ измеряется в мкСм/см. Через внешние электроды пропускается переменный (а не постоянный во избежание электролиза и поляризации) ток частотой 100 Гц. Изменение напряжения между электродами (анодом и катодом) будет зависеть от электропроводности анализируемого раствора, т.е. от его концентрации. Зависимость электропроводимости воды от содержания растворенного NaCl при 20° С рассчитывается данным методом:
Зависимость проводимости воды от содержания растворенного NaCl при 20° С
Согласно графику зависимости проводимости воды от содержания растворенного NaCl (рисунок 2), каждый 1 мг/л NaCl обеспечивает удельную электропроводность раствора, приблизительно равную 2,3 мкОм/cм.
Следовательно концентрацию хлора в воде при 20°С можно определить по формуле:
|
|
Напряжение, подаваемое на первый электрод и получаемое на втором электроде, измеряется при помощи АЦП, оба значения передаются на микроконтроллер (МК) для вычисления разницы между ними.
Микроконтроллер, зная изменение напряжения, вычисляет концентрацию раствора при 20°С и принимает поправку согласно таблице температур (таблица 1):
Таблица 3 - Коэффициент температуры по отношению к 20о С
Температура воды в оС |
Коэффициент температуры по отношению к 20о С |
Температура воды в оС |
Коэффициент температуры по отношению к 20о С |
15 |
1,132 |
23 |
0,937 |
16 |
1,095 |
24 |
0,919 |
17 |
1,071 |
25 |
0,901 |
18 |
1,046 |
26 |
0,840 |
19 |
1,023 |
27 |
0,810 |
20 |
1,000 |
28 |
0,790 |
21 |
0,979 |
29 |
0,770 |
22 |
0,958 |
30 |
0,750 |
Результат выводится на монитор.
.
1 – катод (графитовый стержень);
2 –анод (графитовый стержень);
3 – корпус электродной ячейки датчика;
4 – термометр.
