датчик спиртуозности (емкостной) и чистоты спирта (резистивный) в одном флаконе

Навеяно темой электронного попугая …

Относительная диэлектрическая проницаемость спирта 27
Относительная диэлектрическая проницаемость воды 81 (при 20С)
Вывод – конденсатор, заполненный водой будет иметь емкость в три раза больше чем такой же, но заполненный спиртом.

Например, емкость конденсатора (из фольгинированного текстолита или нержавейки) с пластиной 0,1х0,1 м и расстоянием между пластинами 0,001м будет для спирта 2,39 нФ для воды 7,17 нФ.

Подключаем конденсатор к выходу ардуино через токоограничительный резистор скажем 500кОм и подаем 5В. Через 1 миллисекунду вторым входов ардуино, на котором включен АЦП меряем напряжение. На идеальном спиртовом конденсаторе будет 2,835В а на водяном 1,217В. См. рис. 1.

К сожалению, конденсатор не идеальный, он разряжается через внутреннее сопротивление и тут, неожиданно, подходим к определению головохвостов. Если померять напряжение через время, много большее чем время зарядки конденсатора, скажем через 100мс то можно определить внутреннее сопротивление конденсатора Rc

Rc/R = Uc/(U-Uc). U=5В, R=500кОм (условно), Uc - измеряное напряжение с АЦП.

Внутреннее сопротивление зависит от головохвостов т.е от чистоты спирта, (См. эксперименты руди)
См. рис. 2.

Вот теперь можно выключить напряжение 5В, подождать 1мс , померять остаточное напряжение на конденсаторе и из формулы U = Uc*(1-Exp(-t/T)) (где Uс – начальное напряжение, t - время заряда, Т - постоянная времени, равная R*C найти С. R = 500кОм паралельно Rc = 500кОм х Rc / (500кОм + Rc) ) найти емкость конденсатора. (тут правда вопрос, при (OUTPUT, LOW) соединяет ли ардуина вывод с землей т.е сопротивление близко к нулю ли там отсутствует напряжение и сопротивление бесконечность, мне кажется что ток может втекать в МК т.е первый вариант)
См. рис.3.

Если головохвосты определять не надо то пластинки конденсатора можно покрыть тонким диэлектриком – лак или пленка, тогда резко вырастет внутреннее сопростивление и емкость можно определять как для идеального конденсатора –только по напряжению через фиксированный промежуток времени, без поправки на Rc.

Интересный вариант.

тут правда вопрос, при (OUTPUT, LOW) соединяет ли ардуина вывод с землей т.е сопротивление близко к нулю ли там отсутствует напряжение и сопротивление бесконечность,dee, 06 Февр. 15, 09:16

вывод на землю.

dee, дело в том что входное сопротивление встроенного АЦП небольшое - там нет аналогово  повторителя. Это приведет к тому что входная емкость устройства выборки-хранения не зарядиться нормально при твоих 500-та кОм!!!

 Analog Input Resistance обещают 500 МОм, про емкость ни слова, на крайняк можно придумать повторитель на ОУ, хотя, судя по всему, в меге он уже есть

Концепция у тебя однако интересная, однако предложу пару своих предложений: как вариант плотность можно измерять с помощью датчика давления с двумя сосками например MPX5100DP, по принципу прессостата, а именно измеряем разницу давлений на дне и на некоторой высоте от дна. Твоя идея в целом тоже уникальна, а если ёмкость измерять не одиночным импульсом а использовать принцип измерения ёмкости(конденсаторов) в тестерах: там идёт постоянная синусоида(может меадр но не суть) последовательно цепляем наш конденсатор далее резистор, остаётся только измерять напряжение на резисторе. В итоге: чем больше наша ёмкость тем меньше амплитуда будет на резисторе. Как то как. А если подавать постоянку то можно будет замерить сопротивление данной жидкости

однако предложу пару своих предложений:hfoen, 07 Февр. 15, 09:54

Оба предложения в плане исполнения- не реализуемая фантастика. Точность и дискретность датчиков это и близко не позволит реализовать.

hfoen, если обкладки не изолированы т.е определяем головы/хвосты то конденсатор не совсем конденсатор, параллельно ему включено какое то сопротивление, которое изменяется в процессе перегонки. можно делать генератор импульсов с емкостью, по длительности импульсов следить за емкостью, точность можно увеличивать делителями (тригерами), так делают, есть LC метры на ардуино, надо только операционный усилитель прикрутить.
Дятел, дискретности аналоговых датчиков просто не существует т.к стремиться к бесконечности. из моих наблюдений точность измерения определяется калибровкой а не датчиком.

Дятел, дискретности аналоговых датчиков просто не существует т.к стремиться к бесконечности.dee, 07 Февр. 15, 12:18

Верно. Но
1.есть шум датчика
2.Есть дискретность АЦП

дискретности аналоговых датчиков просто не существует т.к стремиться к бесконечности. из моих наблюдений точность измерения определяется калибровкой а не датчиком.dee, 07 Февр. 15, 12:18

Дискретности ДА, не существует. Но есть шумовая составляющая сигнала, которая и ограничивает динамический диапазон работы с датчиком.
Различные способы борьбы с этим шумом (аппаратные и программные) позволяют добиться приемлемых результатов. (у меня используются датчики температуры LM35 с дискретностью измерения 0,001°С).

А вот точность измерения зависит не только от калибровки!!!
Посмотри в описании на Ардуино - какая у него нелинейная погрешность АЦП во всем диапазоне? Какая температурная погрешность? Пересчитай ее на °С и тогда все увидишь сам.

dee, ты абсолютно прав, сопротивление будет комплексным, (я просто не стал всё расписывать), зная активное сопротивление, можно его вычесть из общего сопротивления и получим в результате емкостное. Примечание: чтобы получить реактивное сопротивление нужно не просто вычесть активное из общего, формулу точно не помню.
Дятел, ты нифига не прав, есть датчики давления MPXV7002DP которые способны мерить до +-2КПа это их полная шкала а это 10 см водного столба, так шо это вполне реально, кстати этим можно будет дополнить идею dee, так как комплексный вариант всегда даёт более полную картину ))

ну да шум, нелинейность .. так ардуино не годится ? может кто нибудь рассчитает соотношение сигнал/шум ? или дискретность измерения ? нет ? а что так ? ну давайте я подскажу: между  2,835В и 1,217В буедт 337 отсчетов АЦП т.е дискретность 0,3% - фантастика ? вроде достаточно

dee, выложи плиз pdf на проц, который у тебя в Ардуино стоит (просто тратить время на поиски не могу).

Честно говоря я вижу проблемы определения емкости при наличии токов утечки, причем изменяемых.
Каково это будет оказывать на погрешность- на пальцах оценить сразу не могу.Дятел, 07 Февр. 15, 13:40

Вот к примеру:
Предположим два раствора с одной и той же спиртуозностью, но разной проводимостью.  Скорость зарядки в предложенном варианте будет разной из за утечек.
Значит нужно первым измерением замерять утечку, а уже потом с пересчетом, учитывая утечку- время зарядки.
В принципе- вопрос решаем.

Сейчас я с тобой полностью согласен

Дятел, прочитай еще раз первый пост, там ровно это и сказано - вначале определяем внутреннее сопротивление конденсатора и напряжение на нем, потом, по остаточному напряжению через фиксированый промежуток времени - емкость, мало того, время разрядки прграмно можно двигать, что бы получить максимальное разрешение

atmega32 http://www.atmel.com/Images/doc2503.pdf

прочитай еще раз первый пост, там ровно это и сказаноdee, 07 Февр. 15, 15:09

Да, виноват, не внимательно читал. Про замер напряжения при заряде  увидел, это написано  в начале поста - и принял  именно это за идею, а про разряд пропустил.
И еще:
Я, честно говоря, про проводимость головохвостов очень немного читал, вполне возможно что и мои сомнения про существующие, но пока не видимые подводные камни- не оправданы.
К примеру- могу предположить что проводимость при смене полярности будет меняться. То есть при заряде- одна, а при разряде- другая.
Но еще раз, только серия экспериментов это покажет.
Идея эта многим в голову приходила, однако вроде как реализации нет.
Лень все читать, кому интересно поиском по форуму "диэлектрическая проницаемость спирта" найдут.

Про саму идею - уже Руди давно реализовал измеритель проводимости.
Игорь223 делал датчик хвостов по проводимости в колонне.
Это все работает.

Что касается Ардуино - считаем:
Обобщенная ошибка АЦП - 3 LSB - это не много - при значении АЦП в 300 единиц получим максимум 1%.
Далее - время преобразования 13 мкСек!!! При интервале измерения в 1млСек 
получим еще погрещность в 1,5-2,0% (с учетом времени перезапуска АЦП).

Входное сопротивление в таблице 131 указано 100 МОм.
Но на стр 209 приведено другое значение (1-100кОм), что более правдоподобно!!
А если так - потребуются дополнительные меры по увеличению входного сопротивления.

От себя - как ИДЕЯ - должна работать, вот только реализовать простыми способами будет сложно.
Попробуй сделать и отпишись!

конденсатор емкостью 14пФ будет заряжаться через резистор 1..100 кОм от кондесатора 2-7 нФ- ничего страшного, пусть пройдет 1000 + 13 мкс, задержку ведь можно оставить и 987 + 13 - лишь бы не плавало, остается АЦП МК, но он ведь одинаков для вообще всех вариантов аналоговых датчиков .. про руди я написал, его экспериментами как раз и навеяно .. сделать можно, вопрос надо ли .. пусть висит, вдруг кому пригодится

р.с вот что сказано в даташите на русском "АЦП оптимизирован под аналоговые сигналы с выходным сопротивлением не более 10 кОм. Если используется такой источник сигнала, то время выборки незначительно. Если же используется источник с более высоким входным сопротивлением, то время выборки будет определяться временем, которое требуется для зарядки конденсатора выборки-хранения источником аналогового сигнала. Рекомендуется использовать источники только с малым выходным сопротивлением и медленно изменяющимися сигналами, т.к. в этом случае будет достаточно быстрым заряд конденсатора выборки-хранения."

выходное сопротивление конденсатора стремится к нулю, он отдаст часть заряда конденсатору АЦП но сам просядет не сильно т.к много больше 14пФ против 2000..7000пФ но это, опять же, постоянная ошибка, не зависящая от всего остального, устранится при калибровке

Чего все прицепились к выходному сопротивлению конденсатора и входному ацп меги? Поставить копеечный lm358/lmv321 повтрителем и не париться.

В какой-то умной книге прочитал про отбор голов по диэлектрической проницаемости ректификата и решил проверить этот метод. Суть в следующем. На пути протекания ректификата устанавливается конденсатор, диэлектриком которого является ректификат. Ёмкость конденсатора зависит от размеров его обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости диэлектрика, в данном случае ректификата. Измеряя ёмкость конденсатора, оцениваем состав ректификата. Поскольку спирта-сырца не было, решил решил перегнать ранее полученный ректификат с уже отобранными головами и хвостами. Результаты измерения ёмкости конденсатора от объёма полученного ректификата:

Объём (мл) Ёмкость (пф)
0      800
30      370
40      340
50      320
60      310
70      310
80      300
90      290
100      280
110      270
120      270
130      270
140      260
180      250
250      240
600      230
800      230
1000      230
1300      230

Подтвердился факт образования новых голов при повторной ректификации - при первой ректификации было отобрано 100 мл голов от 1,7 л спирта. В качестве измерителя использовался мультиметр MS8217.

Практически конденсатор представляе собой пластинку из нерж. 50х6 мм, помещённую в трубку колонны перед краном отбора. На концах пластины надеты два изолятора в виде эллипса. В пластине просверлено отверстие и нарезана резьба М2. В трубке колонны тоже просверлено отверстие диам. 2,5 мм, через которое проходит проходит хромированный стержень длиной ~20 мм из латуни (наверное) с резьбой на конце. Этот стержень вворачивается в пластину и служит выводом конденсатора. Иэолирован от трубки колонны кембриком.