измеритель проводимости спирта на базе ардуино

представляю достаточно простую для повторения схему измерителя проводимости спирта на базе ATMega328p,сиречь - ардуино
Конструкция появилась благодаря теме [Измерение проводимости дистиллята для контроля окончания голов] (ТС Rudy), обсуждений с коллегами gol_avto и Kotische вариантов схем измерителей, результатам практических экспериментов коллеги gol_avto позволившие определить и уточнить технические требования к измерителю в части диапазона проводимостей и величин токов
Хочу отметить что эта тема - сугубо про эту схему, сборку/настройку. Теорию, практику, пользу измерений проводимости следует обсуждать в теме Rudy.

Что прибор умеет:
а) измерять переменным током проводимость в диапазоне 0.1...10000 мксименс (с внешним датчиком)
б) показывать результат измерения на дисплее
в) выводить показания проводимости на сторонние автоматики в виде аналогового сигнала 0..5В и по UART
г) доп.опция - измерение температуры и ее индикация. Корректировки показаний по Т нет, только индикация.

Схема очень проста, кроме платки Arduino (nano или MiniPro) необходимы
1. дисплей 1602.
2. десяток резисторов
3. 5 конденсатор
4. опционально - две кнопки

Что можно упростить/удалить:

Скрытый текст

Кнопки
Практика показывает что кнопку "предел" можно не ставить-автовыбор работает нормально, необходимости щелкать вручную не возникает
Кнопка "калибровка". Нужна один раз, при настройке прибора. Соответственно, можно не ставить, при настройке воспользоваться проводком-коротышом или пинцетом
Дисплей
вместо дисплея можно использовать внешний вольтметр, подключенный к "аналоговый выход 0..5В"
RC-фильтр R2 C1 - если аналоговый выход никуда не подключен, резистор и конденсатор можно не ставить

Простота схемы потребовала жертв в виде загрубления характеристик и довольно большой нелинейности на краях диапазонов, особенно на малых значениях.
Второй момент - приняты меры по уменьшению измерительного тока. Закон Фарадея гласит что масса вещества выделяющаяся на электродах пропорциональна количеству протекшего по ним электричества, то для минимизации эмиссии ионов с электродов, величина измерительного тока снижена настолько насколько это вообще позволяет схема без активных усилительных элементов.
Эффективный ток измерения не превышает 2мкА на верхних границах поддиапазонов. Измерения выполняются не непрерывно, а с паузами: измерение-пауза.
Длительность паузы (в мсек) задается дефайном в скетче.
В приборе два предела измерения, сделано не столько для повышения точности измерения сколько для снижения измерительного тока при высокой проводимости - на верхнем пределе снижается напряжение накачки (на дисплее оно в правом нижнем углу, "o:")
По умолчанию пределы переключаются автоматически, кнопкой "Предел" можно переключать вручную.

На дисплее:
левый верхний угол - условный символ текущего предела измерения: f(нижний),F(верхний),A(автоматический выбор), через двоеточие - значение проводимости в десятых долях микросименс, т.е. показание 1 это 0.1 мкСмс (или 10 МОм сопротивление)

Правый верхний угол "u" - напряжение на измерительном токовом шунте измеренное АЦП, 1 разряд примерно соответствует 1 мВ
Левый нижний: величина сопротивления, соответствующая текущей проводимости (при отсутствии датчика температуры) или температура (если подключен ds18b20)
Правый нижний: напряжение подаваемое на датчик проводимости, в мВ

Прибор опробован в деле, с датчиком проводимости из двух коаксиально собранных нержовых трубок (конструкция описана в [Измерение проводимости дистиллята для контроля окончания голов]), датчик ставился в "обратку" из дефа в колонну.

Схема:

По питанию. Ток питания в районе 100мА (у моего экземпляра 72 мА), это вместе с дисплеем I2C и его подсветкой. Поэтому питать можно от любого USB-зарядника, даже старый USB1 с его 500мА "потянет".

По сборке:
1. по номиналам резисторов и конденсаторов. Допуск резисторов +-5%. C1 - электролитический полярный -30%+300%, С4 С7 - керамический или пленочный точность -30%+300%, С11 С12 пленка или керамика класса точности не ниже +-20%
2. кнопки - опциональны, в конечной конструкции можно не ставить.
3. дисплей 1602 можно применить или в параллельном подключении, как на схеме, или в трехпроводном, по I2C.
В варианте I2C дисплей подключается к выводам обозначенным на схеме "LCD I2C".
В скетче следует указать тип применяемого дисплея в строках 76,77

По настройке:
1. если монтаж верный, работает сразу. Но чтоб не было "скачка" показаний проводимости при смене предела измерения, надо откалибровать
2. калибровка выполняется
а)вместо датчика проводимости подключаем сопротивление номиналом 82к.
б)запускаем калибровку. Для этого или жмем кнопку "калибровка", или из ардуиновского SerialMonitor отправляем команду 'k82000'
в)на дисплее начинает мелькать всякое - ничего не трогаем, ждем когда дисплей вернется к нормальному виду.
все
3. по UART можно посмотреть текущие внутренние настройки прибора, кое что поменять. Что конкретно - смотрите скетч

Если все ок, то на экране будет

Скетч: cond3.zip

чертеж коаксиального датчика смотреть здесь [сообщение #68376]

Мною повторена данная конструкция. Не смотря на незначительные недостатки, разработка подкупает своей простотой и дешевизной и вполне может использоваться винокурами в деле. Со своей стороны предложил бы небольшую доработку. При подключении датчика температуры параметр эквивалентного сопротивления датчика

замещается температурой

Я бы предложил путем двойного нажатия кнопки "Предел" сделать выбор - или отображать уровень накачки о:, или значения температуры Т:.
Либо замещать их друг другом 1 раз в сек (но это менее удобно ИМХО). Все таки параметр накачки носит справочный, второстепенный характер.
Ну и обозначение параметра проводимости А: заменить на mS:

путем двойного нажатия кнопки "Предел" сделать выбор - или отображать уровень накачки о:, или значения температуры Т:.gol_avto, 24 Окт. 21, 04:01

ловить двойные нажатия - гемморр еще тот, таймауты подбирать, дребезг отлавливать.
Полностью согласен с:

Все таки параметр накачки носит справочный, второстепенный характер.gol_avto, 24 Окт. 21, 04:01

С учетом этого, логичным вижу отображать/скрывать накачку дефайнами в скетче. Отладился, перезалил скетч - и все. Пойдет?

обозначение параметра проводимости А: заменить на mS:gol_avto, 24 Окт. 21, 04:01

эта буква индицирует режим переключения пределов. A - автоматический, F - малых проводимостей(тело) f-больших проводимостей("головы").
Если хочется поменять на mS или что-то иное - в скетче в строке 341 ("A":(IS_RANGE0?"f":"F")) замени A F f на свои варианты
Можно еще добавить единицы измерения 'uS' после цифры проводимости, но как по мне так это бесполезная трата 2х знакомест

с датчиком проводимости из двух коаксиально собранных нержовых трубокVolume, 23 Окт. 21, 19:57

А можно фото конструкции или хотя бы эскиз, а то в изначальной теме было много предложений по датчикам.

коаксиальный датчик:[сообщение #68376]
вообще, конструкция датчика может быть любой. Важно чтоб датчик был не слишком мал, чтоб его "постоянная ячейки", которая определяется площадью электродов и зазором между ними, была такова чтоб ток не оказался слишком мал для измерения АЦП ардуинки.
Я отлаживался с ДП из трубок диаметром 8мм и 6 мм, длина внешней трубки 35мм

А можно фото конструкции или хотя бы эскизVittomin, 03 Дек. 21, 13:46

У меня такой [сообщение #13855533]

Есть-ли ограничения по длине линии от датчика до прибора? Нужно-ли ее экранировать от помех?

длина кабеля ограничена паразитной емкостью. Пара метров витой пары - годится, три метра - с натягом но пойдет, 4 и больше - перебор. Собственно, прибор то показывать будет, но "прихватит" добавку паразитного тока от емкости кабеля, как результат-сузится динамический диапазон, минимум на "теле" будет выше чем при коротком кабеле

Нужно-ли ее экранировать от помех?СЭМочкин, 07 Янв. 22, 20:09

у меня кабель примерно 2,5 метра телефонной "лапши"-4хжилки, подключены 2 жилы. Она без экрана. Работает нормуль

Владимир, подскажи, пожалуйста - С12 кондер на схеме 680 пикофарад? 800 пойдет?

да, 680пф. Допустим разброс номинала +-20%, т.е. 820пФ подойдет. Номинала 800 вроде как и в природе не существует (см. https://samelectrik.ru/ryady-nominalov-radiodetalej.html)

А можно ли как-то использовать такой датчик, если нет внешнего возврата флегмы в колонну? Например разместив его между трубкой отбора и клапаном?

можно конечно. Но информативность и оперативность будет так себе.
Я сейчас прорабатываю схему для датчика вмонтируемого в колонну. К сожалению, в этом варианте, для исключения помех из-за наводок на железе колонны, схему надо серьезно усложнять

Прикольная штука получилась, спасибо автору. Всё предельно просто - при начале отбора голов показывает больше 2000 попугаев (можно буду так называть?), на подходе к расчетным подголовникам 100 с копейками, как ближе к 50 - можно смело брать тело. Офигенно с видоизмененным после короны нюхом.

И, как бонус, к 90,5-91 в кубе начинается обратный рост от 50 вверх. Я по вкусу меняю тару при прим. 100 попугаях, при 96 и далее 300-400+.

Да, всё делал как описал автор, датчик коаксиал, стоИт сразу за клапаном.

Вот бы ещё простенькую менюшку - выбираю некую цифру (в районе 50, например), проц дергает ногой - а свистульку я сам придумаю.

датчик коаксиал, стоИт сразу за клапаном.kon13, 25 Апр. 22, 22:15

Так после клапана все сливается и ячейка осушается.
Может нуно ПЕРЕД клапаном?

Трубка отбора у меня всегда заполнена-на выходе иголка. Если осушается, можно расположить буквой N - вход ниже выхода.

Вот бы ещё простенькую менюшку - выбираю некую цифру (в районе 50, например),kon13, 25 Апр. 22, 22:15

Добавь просто в скетч. Без меню.

как ближе к 50 - можно смело брать тело. Офигенно с видоизмененным после короны нюхом.kon13, 25 Апр. 22, 22:15

во-во. ровно то же ощущение - "офигенно". Потому как никакой субъективности, точно и приборно )
Абсолютные цифры зависят и от постоянной ячейки датчика, и от примесей исходного продукта, поэтому главный критерий начала отбора тела - "полка", т.е. показания перестали снижаться.
За все мои погоны минимальная (6) полка была на СС из сахара, максимальная (24)на СС из немного передержаного ГОС ячмень, подкис. Во втором случае, похоже, было очень много промежуточных примесей, сильный "пыльный" запах продукта, пришлось на второй перегон отправить

Добавлено через 4мин.:

всё делал как описал автор, датчик коаксиал, стоИт сразу за клапаном.kon13, 25 Апр. 22, 22:15

не совсем так. У меня датчик стоит до клапана, в "обратке" из дефа в колонну. Т.е. все что сконденсировалось в дефе течет в колонну через датчик. Это позволяет оперативно видеть изменения проводимости и без отбора, например, при "продувке" через ТСА

для интеграций с автоматиками в конструкции уже предусмотрен "аналоговый выход 0..5В", здесь ничего менять не надо.
Поддержку надо в скетче автоматики добавлять

Поддержку надо в скетче автоматики добавлятьVolume, 13 Мая 22, 08:30

Ждемс.