PDA

Просмотр полной версии : Хроматографический электронный дропчекер :)


Maksimiks
24.11.2010, 21:43
У меня есть вопрос, собственно с него и началось мое обращение и к Владимиру, и к Сергею.
Суть вопроса такова, какова концентрация Со2 в процентных долях в воздушной смеси в дропчекере при различном уровне насыщения воды Со2?

Вопрос имеет практическое значение, имеются влагоустойчивые датчики, которые могут производить измерения Со2 в воздухе, возникла мысль использовать их в любых аквариумах, как с осмосом, так и без оного через водяной затвор.

Xимик_UA
24.11.2010, 21:46
Maksimiks,
Чревато очень большим "торможением" - это же практически дроп-чекер только с электродом вместо индикатора.

Maksimiks
24.11.2010, 21:50
Maksimiks,
Чревато очень большим "торможением" - это же практически дроп-чекер только с электродом вместо индикатора.

Любые "торможения" можно заложить в контроллер и их просчитывать. Мне нужны собственно статические цифры. От этого будет зависеть датчик какого диапазона под эту систему брать.

Skif
24.11.2010, 21:54
Maksimiks, когда-то встречал формулы расчёта. Вроде бы даже считал концентрацию Со2 в воде при интенсивной продувке воздухом.
Если завтра найду то обязательно отпишусь. Самому интересен вариант с датчиками.
Если датчики воздушного исполнения то и дропчеккера никакого не надо. Просто расположить датчик в воздушном пузыре под колоколом.

Давайте не будем пока оффтопить в этой теме. Лучше новую создадите с вопросом расчёта.

Starcomputer
24.11.2010, 21:56
Maksimiks, те датчики нужно калибровать. Вопрос КАК ?
А если брать самокалибрующиеся, с микропроцессором, то ..... 750-800 грн за датчик занадто.
Есть более простой путь (я уже писал вам).
Плоский дропчекер, светодиоды (желтый, синий, зеленый), фотодиоды напротив каждого. При изменении цвета жидкости будет срабатывать пара фотодиод - светодиод соответствующего цвета. Дальше обычный RS-триггер, который "устанавливается" при срабатывании "синей" пары (недостаток СО2), и "сбрасывается" при срабатывании "желтой" пары (избыток СО2). Триггер управляет реле и включает-выключает подачу газа.
Вобщем идея такая, но ее нужно проверить на практике.
Инерционность системы такая-же как у дропчекера, но вот стоимость будет около 50 грн :)

Xимик_UA
24.11.2010, 21:57
А ведь содержние СО2 в чистой воде (без примесей буферов) можно определить довольно точно... И это не сложнее (не намного сложнее), чем определить щелочность.

Starcomputer
24.11.2010, 22:13
Эскиз к предидущему посту :)

Anov
24.11.2010, 23:23
Starcomputer, оптопары со светофильтрами... - На сколько помню там не линейная характеристика, а пороги... Это скорее фотоэксперты идею оценят, разовьют - возможно контролер. Идея интересная, но имхо пока не стабильная. Дроп-чекер сколько живет, если руками не трогать? Не зарастает?

Starcomputer
24.11.2010, 23:29
На сколько помню там не линейная характеристика, а пороги...
А нам пороги и нужны. :)
Не зарастает?
Это когда он весь в аквариуме, а так в воде будет только раструб, через который будут уравниваться парциальные давления (концентрации) СО2 в аквариуме и в реагенте.

Anov
24.11.2010, 23:34
А нам пороги и нужны. - а уверены в точности оптики и погрешности излучения свето/фото... Тем более в жидких средах... :)
Честно, идея интересная!... :)

Starcomputer
24.11.2010, 23:51
Anov, погрешности тут не имеют особого значения. Точность оптики тоже (нет там оптики). Нужно просто установить экспериментально один простой факт, что лучи красного цвета (синего, зеленого) лучше всего проходят через "водяной" светофильтр красного цвета (синего, зеленого) и задерживаются другими цветами. :)

Maksimiks
25.11.2010, 01:11
Вобщем идея такая, но ее нужно проверить на практике.
Инерционность системы такая-же как у дропчекера, но вот стоимость будет около 50 грн :)
В том то и дело, что инерционность дропчекера и есть его огромный минус... Дропчеккер больше работает лампочкой "Внимание!", а не индикатором. По нему замечаешь, уже, явные косяки...
Идея воздушного датчика, через водяной затвор чем и привлекательна - во-первых - выветривание Со2 происходит тем активнее, чем больше его в воде, а следовательно датчик в закрытом объеме отреагирует гораздо раньше, чем дропчекер, для которого Со2 сначала надо выветрить из воды, а потом, опять, "заветрить" в индикаторную жидкость...
Хотя идея со светодиодным дропчекером весьма и весьма интересна, особенно учитывая ее стоимость.

an-2
25.11.2010, 09:29
К сожалению, ваша идея со светодиодами на практике работать не будет из-за: зависимости измерений от температуры, малая величина изменения, сильная чувствительность к загрязнениям. Но возможно использовать интернет камеру, поставить ее так что бы на половине экрана было изображение емкости с рабочим раствором, а на второй половине изображение емкости с раствором без сообщения с измеряемой средой, емкости освещяются одним источником света. Так по контрольной емкости можно тарировать камеру и устранить влияние старения раствора и другие факторы вносящие ошибку.

Starcomputer
25.11.2010, 10:05
Идея воздушного датчика, через водяной затвор чем и привлекательна - во-первых - выветривание Со2 происходит тем активнее, чем больше его в воде, а следовательно датчик в закрытом объеме отреагирует гораздо раньше, чем дропчекер, для которого Со2 сначала надо выветрить из воды, а потом, опять, "заветрить" в индикаторную жидкость...
Скорость будет одинакова.

Starcomputer
25.11.2010, 10:06
сильная чувствительность к загрязнениям
Каким и откуда ?
малая величина изменения,
Что это значит ?
зависимости измерений от температуры
Зависимость чего от чего ?

Skif
25.11.2010, 13:10
О вопросе узнавания концентрации Со2 в воде посредством измерения измерения его концентрации в газовом пузыре над водой.

Как известно, газы могут как растворяться в воде так и улетучиваться из неё. Процесс самоуравновешивается на кокам-то уровне. Т.е. для каждой концентрации газа над водой будет соответствовать своя концентрация газа в воде. Связь этих концентраций описывается законом Генри (http://en.wikipedia.org/wiki/Henry%27s_law).
Применимо для водного раствора Со2 при 25*С
парциальное давление Со2 над водой = коэф. Генри (29,41 литр*атм/моль) * концентрация в воде в моль/литр.
или, с учётом что 1моль Со2= 44.01г, получаем: р=0,000668(литр*атм/мг)*конц. Со2 в воде (мг/л)

Чтоб найти % концентрацию Со2 над водой надо парциальное давление разделить на давление над водой и умножить на 100%. Если всё это дело происходит под водой, в газовом пузыре под колоколом, то надо учитывать глубину погружения. Т.е. С%=(р/1+0,000967*h (см))*100%

Коэф. Генри имеет температурную зависимость. Кому интересно пересчитывать для других температур то можно воспользоваться формулой и вышеприведённой ссылки.

перепроверка наоборот :) Найдём концентрацию СО2 в воде при интенсивной продувке атмосферным воздухом с концентрацией 0.03% по объёму.
1)парциальное давление Со2 в атмосфере равно 1атм*0,03%=0,0003атм
2)весовая концентрация Со2 в воде = парциальное давление делить на коэф. Генри, т.е. 0,0003атм/0,000668(литр*атм/мг)=0,45мг/л

Ну или, найдём процентную концентрацию Со2 в газовом пузыре под колоколом на глубине 10см в аквариуме с 30мг/л Со2
С%= (0,000668(литр*атм/мг)*30(мг/л))/(1атм+0,000967(атм/см)*10(см))*100%=1,98%

Ещё раз повторю, если при температурах отличных от 25*С то надо пересчитывать коэффициент Генри.

П.С. надеюсь не ошибся в расчётах :)
П.П.С. На работе есть шахтный интерферометр (газоанализатор), умеет мерять СО2 в воздухе до 4%. Надо будет как-то взять и практически перепроверить :)

Starcomputer
25.11.2010, 13:33
Так, практикум (чтобы понять) :)
Закон Генри: Р = Кг х С, где:
Р - парциальное давление газа;
Кг - к-т Генри;
С - концентрация газа.
В атмосфере содержится 0,0398% СО2 (по объему).
Значит парциальное давление СО2 = 0,000398 атм.
Кг = 0,000668.
Значит при н.у. содержание СО2 в воде будет 0,000398 / 0,000668 = 0,6 мг/л.
Поскольку рН и СО2 связаны формулой:
рН = - Lg(SQW(K1 x [CO2])), где
K1 - мнимая константа = 4 х 10^(-7)
[СО2] - концентрация СО2, моль/литр = мг/литр / 1000 / 44
то при н.у. рН чистой воды (дистиллят, осмос) будет равен
рН = - Lg(SQW(4 x 10^(-7) x 0,6 / 1000 / 44)) = 5,63
ну в опыте мы получили 5,49 так что будем считать, что теория соотносится с практикой. :)

Skif
25.11.2010, 13:48
Starcomputer, а теперь давайте расширенную таблицу для разных температур :)

Starcomputer
25.11.2010, 13:49
Хм...
Надо думать. И как я ее сделаю ? Трехмерной ? :)

Maksimiks
25.11.2010, 13:52
. И как я ее сделаю ? Трехмерной ? :)
Сводной :)
И еще одну колонку - "содержание Со2 в газовом пузыре дропчекера" :) Хотя это уже можно просчитать и наверно лишнее :)

Starcomputer
25.11.2010, 13:59
Skif, а там вроде НЕТ температурной зависмости.

На "вшивость" проверяли ? :)

K1 (константа диссоциации угольной кислоты) = [Н+] x [НСО3-] / [СО2] и от температуры не зависит.
От температуры будет зависеть сколько мы вообще СО2 сможем растворить, но если уж растворили, то рН поплывет вне зависимости от температуры.

Skif
25.11.2010, 14:03
Skif, а там вроде НЕТ температурной зависмости.

На "вшивость" проверяли ? :)

Да просто протупил :) Сразу что-то подумал что таблица составлена именно как хотел Maksimiks, т.е. для концентраций в газовом пузыре дропчекера.

Starcomputer
25.11.2010, 14:11
"содержание Со2 в газовом пузыре дропчекера"
Ну где-то так:
Если Skif, даст Кг для разных температур, могу построить серию графиков, поскольку точность особая и не к чему. :)

Maksimiks
25.11.2010, 14:18
Ну где-то так:


Ляпота!!!!
Если можно, туда же файлик с циферками, вручную набирать долго :)
Буду крайне благодарен!

Starcomputer
25.11.2010, 14:19
Если можно, туда же файлик с циферками, вручную набирать долго
Подождем Skif'а :)

Skif
25.11.2010, 15:33
Где-то так, надеюсь со знаком не напутал. Вроде, с ростом температуры концентрация падает, значит должно быть правильно. :)

Starcomputer
25.11.2010, 15:36
Skif, а формулу можно ? :)

Skif
25.11.2010, 15:46
ну так вверху графика есть формула

Starcomputer
25.11.2010, 16:00
Ага, не просек, прога незнакомая :)
Ну где то так:

Skif
25.11.2010, 16:03
т.е. 1% СО2 над водой это 10000ррм

Starcomputer
25.11.2010, 16:09
Ну да. ppm это же 1/1 000 000

an-2
25.11.2010, 18:09
Цитата:
Сообщение от an-2
сильная чувствительность к загрязнениям

Каким и откуда ?

Цитата:
Сообщение от an-2
малая величина изменения,

Что это значит ?

Цитата:
Сообщение от an-2
зависимости измерений от температуры

Зависимость чего от чего ?
Можно посчитать. Возьмем не плохой фотодиод для видимого света:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/90/124797_DS.pdf
и светодио: http://www.vishay.com/docs/83005/tlhg420.pdf . Допустим что минимальный измеряемый ток 1микроампер (хотя это не очень важно) и максимальный на 20% больше – 1.2 микроампера, я не думаю, что изменение прохождения света привысит эту величину или поправте меня. Температурный диапазон работы 20...30 градусов (комнатная температура).
Начнем...
Источник питания леда даст нам ошибку в токе питания леда 3% (это не плохой источник питания) значит ошибка в свете та же.
Интенсивность света леда при изменении температуры на 20 градусов, ведь светодиод греется, изменится примерно на 10 % (datasheet fig. 22)
При измерении вы просвечиваете виртуальный цилиндр раствора с площадью сечения примерно 7.3 мм2 (светодиод 7.5 лед 7), если в это просвечиваемое пространство попадет пылинка 0.2 мм (площадь 0.04мм2) она внесет погрещность -0.5%. Направленность фотодиода 50 градусов и если наша пылинка попадет в этот конус она своим отражением то же даст ошибку (уже плюсовую), но это совсем мало. Боротся с пылинками в черном ящика будет тяжело, ведь наш ящик светонепроницаем, что бы не засветить светодиоды внешним светом.
Фотодиод, ошибка от температуры +/-5 градусов (калибровка при 25 градусах раб. темп. 20..30) равна 0,25%.
Всего 3+10+0.5(направление ошибки не важно)+0.25=13.75%, но это при измерении 1 микроампера, а мы помним, что наш сигнал 20% от 1 микроампера. То есть точность измерения 13.75.20*100=68.75%. Это по каждому каналу, у нас их 3... Точность электроники уже не интересно.
Проблемы по измерению есть, но они решаемы. Камерой можно получить не плохой результат, освещять две емкости каким-то источником и получать картинку , с одной стороны емкость с реагентом, а с другой свет от того же источника как контрольный. На картинке не важно что есть маленькая точка от пылинки это можно отинтегрировать по площади, и даже пылинка с пол экрана не помешает нам, лишбы она не была цветной. Мы сможем сравнить образцовый цвет с цветом света прошедшим через раствор, изменение в источнике света одинаково отразятся на обоих половинках экрана и скомпенсируются, даже смещенный баланс белого в камере не помешает, так как он одинаков для обоих частей экрана.
Извиняюсь за ошибки, убегаю...

boba88
25.11.2010, 19:04
Судя по индикаторам, все заинтересованные уже в теме. Подведя итог обсуждения, хочу заметить, что на вопрос Максима так никто и не ответил. Сергей свернул на контроллер подачи СО2 (хотя и очень интересный подход, но этой теории нужна отдельная тема, ИМХО), а остальные пытаются этот метод математически опровергнуть. Так какие мнения по использованию датчиков в дропчекере, всё-таки?

Starcomputer
25.11.2010, 19:11
Так какие мнения по использованию датчиков в дропчекере?
Дорого.
Если брать тот датчик, что предлагал Максим, то нужно еще:
1. Контроллер с АЦП и системой термокомпенсации датчика.
2. Система тарировки.
Если брать датчик со встроенным АЦП, то нужен толко контроллер, самый простой, но датчик стоит 750-800 грн.
Далее - все это НЕ ДАСТ мало-мальской точности измерений, т.к. меряется СО2 над поверхностью, а как проградуировать ? Тем паче, что градуировка будет зависеть от температуры, параметров воды и т.д.
Инерционность системы останется в любом случае.

Maksimiks
25.11.2010, 19:13
boba88, в соседней теме (http://www.aquaforum.ua/showpost.php?p=1207192&postcount=42) уже дали ответ на нужную мне информацию.
Сейчас в изучении элементной базы.

boba88
25.11.2010, 19:26
Ага, не просек, прога незнакомая :)
Ну где то так:
А поправки на температуру и глубину?

Xимик_UA
25.11.2010, 19:59
Имхо, если и будет работать, то зеленый датчик лишний - нет зеленого цвета в этом растворе - есть желтый (максимум поглощения 433нм) и синий (м.п.617 нм) в разных соотношениях.

Maksimiks
25.11.2010, 20:12
А поправки на температуру и глубину?

Поправка на глубину особого значения не имеет, т.к. датчик будет установлен снаружи, т.е. в аквариум будет погружена трубка с запаянным в нее датчиком, т.е. 1-2 см погружения в максимуме. Углублять его на глубину дропчекера смысла, фактически, нет. А оставив ее около поверхности, мы имеем возможность самоколибровки датчика при подменах воды, когда он будет связан с воздухом, минуя водяной затвор.

Starcomputer
25.11.2010, 20:55
Xимик_UA, цвета меняются не мгновенно, есть переходные цвета (желто-зеленый и сине-зеленый), лучше заложить возможность настройки. :)

Xимик_UA
25.11.2010, 22:07
Starcomputer, есть мысля, что при идеальном несовпадении (самый худший вариант - примерно 525 нм), зеленый, относительно монохроматичный свет вообще не покажет изменения цвета раствора.
Цвет формируется поглощением дополняющего оттенка, а не всех остальных, как принято думать.

an-2
26.11.2010, 09:37
а остальные пытаются этот метод математически опровергнуть
О... нее... неужели я так выгляжу, срочно надо менять имиджю
Я хотел сказать, что измерять количесто света это сложный подход и предлагал перейти на камеру, но идея не нашла отклика в сердцах. Не хочется хоронить очень интересную идею, давайте чуть изменим подход и будем менить сколько света прошло через раствор, похоже на жонглирование словами, но это имеет смысл.
посмотрите на рисунок
Леды(1) по очереди светят на экран(2) (два или три как на рисунке), часть света после экрана проходит через емкость с раствором(3) на фотодиод(4), вторая часть напрямую на второй фотодиод, фотодиоды смонтированы на массивной теплопроводной пластине для уменьшения теплового градиента между фотодиодами.
Что получаем?
Например измерили -- низ 250 единиц(вольты, люмены, амперы любые), верх 230 (часть поглотилась). Свет образцовый (нижний) примем за 100%, 230/250*100=92% дошло или 8% поглотилось, теперь свет поменялся уменьшился в 2 раза, низ 125, верх 115, 115/125*100=92% . Далее еще интереснее. Во-первых, сейчас фотодатчик снимает сигнал с бОльшей площади и пылинки меньше влияют на результат. Во-вторых, даже если пылинка закроет половину экрана, то вместо измерений например крас. -92%, син. -40%, зел. -80%, получим 46,20,40, то есть мы получим более темный цвет, но того же оттенка.

а как проградуировать ?
Можно попробовать взять емкость литров 20 наполнить ее смесью газов известной концентрации и медленно выдуть всю над раствором, газа хватит часив на 20. Потом тоже с другой концентрацией.

Starcomputer
26.11.2010, 10:09
что измерять количесто света это сложный подход
Да никто не предлагает измерять его :)
Идея была следующая:
Синий свет при прохождении через зеленую воду должен (по идее) сильно ослабнуть, если это так, то можно отрегулировать уровень чуствительности фотоэлемента - усилителя таким образом, что он будет срабатывать только если жидкость синяя. Также и для остальных двух цветов.
Всего-то надо провести простой эксперимент:
Взять обычный зеленый ЛЭД, фотоэлемент, плоскую тонкую кювету (на крайняк просто кусок прозрачной цветной пленки) и проверить НАСКОЛЬКО падает световой поток при зелном, синем и желтом светофильтрах. Если окажется, что он падает серьезно, то можно пробовать.
Тут вся идея в том, что монохромный свет должен сильно поглощаться светофильтром ДРУГОГО цвета.

Skif
26.11.2010, 14:18
можно и я пофантазирую по теме со светодиодами? :)

ИМХО, лучше взять не несколько светодиодов и фотодатчиков, а по одному. Один RGB светодиод и датчик видимого спектра. Так мы исключим затенение одного из цветов какой-то пылинкой и тем самым ложное определение цвета.
Старение раствора сопровождается понижением цветовой насыщенности, да и при замесе никогда не получится отмерять одинаковое количество воды и красителя. Т.е. светопропускание по всем цветам будет плавать, по этому настраиваться на кокой-то уровень бессмысленно.
Лучше вывод о оттенке делать по соотношению сигналов с фотоэлемента при последовательном переборе цвета РЖБ светодиода. Получится такая вот цветная оптопара.
Для того чтоб понять как заставить определять оттенки управляющий контроллер надо сделать серию экспериментов - снять зависимости изменения сигнала по каждому цвету в зависимости от оттенка жидкости. Для эксперимента нужна вертикальная ёмкость с двумя параллельными стенками, залить воды, щепотку соды и подкапывать уксус. На графике зависимости делать отметки о цвете раствора, "на глаз". Эксперимент повторить при разных концентрациях красителя.
Думаю кривые на графиках подскажут как научить контроллер узнавать где какой цвет.

П.С. Желающим поиграться могу выслать в конверте чуток красителя-индикатора рН (бромтимоловый синий)

Anov
26.11.2010, 16:26
Чем дальше тем больше прихожу к выводу что легче анализировать картинку (например с WEB-камеры) на которой будут и образцы цветов (белый, черный, красный, синий.... какие нужны)...