Фотоколориметр

January 1, 2011 by admin Комментировать »

Аквариумисты привыкли контролировать замутненность воды в аквариуме визуальным способом («на глаз»). Начинающие аквариумисты не меняют воду в аквариуме до тех пор, пока она не станет выделять запах. Однако с помощью несложного электронного устройства, собранного за пару свободных вече­ров на рабочем столе, можно придать процессу контроля воды в аквариуме высокую точность, исключающую преслову­тый человеческий фактор. Выиграют от такого подхода все – и люди, и их питомцы в аквариуме. Электронное устройство контроля прозрачности воды основано на принципе контро­ля пропускания светового потока через раствор (воду).

Прозрачность (или светопропускание) воды обусловли­вается ее мутностью, то есть содержанием различных окра­шенных и минеральных веществ. В свою очередь, мутность раствора зависит от тонкодисперсных примесей, обуслов­ленных наличием нерастворимых (коллоидных) неоргани­ческих веществ.

Мутность раствора измеряют фотометрическим спосо­бом, фиксируя интенсивность пропускаемого света и срав­нивая этот показатель с показателем мутности заведомо прозрачного (стандартного) раствора. Прототипами фото­метра являются промышленные приборы для измерения мутности раствора – фотоколориметры, например КФК-2 и КФК-3, предназначенные для измерения коэффициентов пропускания света и оптической плотности растворов на отдельных участках диапазона 315-980 нм.

Однако эти промышленные устройства либо сложны в ис­полнении и настройке (требуют специальных измерительных приборов), либо малопригодны для измерения относитель­ной прозрачности растворов в быту радиолюбителя. Поэтому для относительных измерений было разработано устройство фотоэлектрического фотометра (фотоколориметра), прин­цип действия которого основан на преобразовании светового потока в электрическую величину – напряжение.

Коэффициент пропускания Л определяется по формуле:

 

Фототранзистор VT1 в данной схеме является фотодатчи­ком, принимающим световой сигнал. К точке А подключают любое устройство звуковой сигнализации (или световой) с соблюдением полярности подключения, например, капсюль со встроенным генератором 34 типа KPI-4332. При чрезмер­ной мутности контролируемого раствора включится звуковой капсюль. Порог срабатывания устройства теперь устанавлива­ют регулировкой входного делителя напряжения или первого усилительного каскада параметрического сигнализатора.

После такой доработки нет необходимости в проведении постоянных физико-химических опытов, а замутнение воды сверх установленного порога вызовет немедленную звуковую сигнализацию, которую хозяева услышат даже с кухни. В этом направлении остается большой простор для творческой ак­тивности радиолюбителей.

Принцип работы устройства

Световой поток от светодиодной лампы EL1 проходит парал­лельно окну фототранзистора VT1. Регулировка чувствитель­ности устройства осуществляется переменным резистором R2. В нижнем (по схеме) положении движка переменного резис­тора R2 чувствительность устройства минимальная.

При абсолютно чистой воде фототранзистор VT1 полнос­тью открыт (сопротивление перехода «эмиттер-коллектор» минимально), соответственно, транзистор VT2 (включенный по схеме усилителя тока) заперт. Когда вода в аквариуме мут­неет, световой поток, приходящий к рабочей поверхности фототранзистора VT1 от светодиодной лампы HL1 сквозь заг­рязненную естественными отходами воду, пропорционально уменьшается. В зависимости от сопротивления в средней точ­ке делителя напряжения, реализованного с помощью R1 и переменного резистора R2, фототранзистор VT1 находится в открытом, частично открытом или закрытом состоянии. Соответственно состоянию фототранзистора VT1, транзис­тор VT2 находится в запертом, частично запертом или откры­том состоянии. Таким образом, при замутнении воды есте­ственными отложениями световой поток к фототранзистору VT1 уменьшается, он плавно закрывается, через резистор R3 и диод VD1 ток поступает в базу транзистора VT2, он частич­но приоткрывается (поскольку вода, даже мутная, не может не пропускать свет совсем) и между точкой А и общим прово­дом присутствует разница потенциалов (которая тем больше, чем мутнее вода в аквариуме).

К точке А в данной схеме может подключаться устройство усиления сигнала на операционном усилителе или иное уст­ройство индикации состояния. Таким устройством может быть даже параметрический сигнализатор или (если требу­ется большая точность измерения) устройство АЦП, или мил­лиамперметр. Все эти устройства подключаются (с соблюде­нием полярности) параллельно постоянному резистору R4.

О деталях

Вместо фототранзистора ФТ-1 можно включить зарубежный фототранзистор ОСР-70 без какой-либо переделки схемы. Если такого аналога нет, можно изготовить фототранзистор самому, аккуратно отпилив шляпку обыкновенного полупро­водникового транзистора типа МП39-МП42 (или аналогич­ного по электрическим характеристикам). Или, например, заменить VT1 фотодиодом ФД-7 (или аналогичным), вклю­чив его в соответствии с полярностью (катод к «+» Un) вмес­то перехода «эмиттер-коллектор» транзистора VT1. При этом вместо ограничительного резистора R3 включают делитель напряжения R1R2.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты