In questo blog ne abbiamo discusso molti componenti elettrici per progetti fai da te. Alcuni riguardano l'acqua, come alcune valvole, misuratori di portata, pompe, ecc., tuttavia, forse i produttori hanno bisogno di qualcosa di più, come ad esempio sensore di torbidità.
Grazie a questo tipo di sensore, puoi misurare la torbidità di un liquido, come l'acqua, o anche per tante altre applicazioni come vedremo più avanti...
Torbidità dei liquidi
La torbidità è una misura della diffusione della luce causata da particelle sospese in un fluido, è un parametro cruciale in vari settori, dal trattamento delle acque alla produzione di alimenti e bevande. Ad esempio, la misurazione della torbidità o delle particelle sospese presenti nell'acqua può determinare il grado di purezza o se è contaminata da solidi di qualche tipo. Può essere utilizzato anche per controllare processi industriali con miscele liquide di sostanze chimiche, oppure per la fermentazione della birra e di altre bevande, oppure per controllare la decantazione di particelle o precipitati, per calcolare l'efficacia dei flocculanti. Può essere interessante anche per compiti di ricerca ambientale, monitoraggio delle acque di laghi, fiumi, mari e persino pozzi sotterranei... Le applicazioni sono molto diverse, come vedremo più avanti.
Cos'è un sensore di torbidità?
I sensori di torbidità o misuratori di torbidità, sono dispositivi progettati per quantificare questa proprietà, si sono evoluti notevolmente, offrendo precisione e affidabilità sempre maggiori. Li puoi trovare in grande formato, per verificare l'efficacia dei sistemi di acqua potabile con filtrazione ad osmosi inversa, anche in altri processi industriali controllati da software SCADA, fino ai piccoli sensori di torbidità per progetti fai da te. Se sei un maker, sappi che ne esistono alcuni in formato modulo, così puoi inserirli facilmente nei tuoi progetti, come tanti altri moduli per Arduino.
La calibrazione regolare dei sensori di torbidità è essenziale per garantire la precisione delle misurazioni, anche una buona pulizia della cella di misura o del rilevatore. Per fare ciò, ti consiglio di leggere le schede tecniche del modello che hai scelto, poiché per stabilire una curva di calibrazione vengono utilizzati standard di torbidità certificati. In caso contrario, non solo la sua durata potrebbe ridursi, ma anche le misurazioni potrebbero essere errate. Allo stesso modo, a seconda del tipo di fluido da testare, potrebbero verificarsi altri danni al sensore, come la corrosione se si tratta di un liquido acido, o la formazione di calcare se si tratta di acqua dura, la formazione di alghe e altro ancora...
Tieni presente che ce ne sono alcuni altri fattori che possono alterare la misurazione, anche se la manutenzione del sensore è buona:
- Lunghezza d'onda della luce: La scelta della lunghezza d'onda influenza la sensibilità del sensore alle diverse dimensioni delle particelle.
- ngulo de Detection: L'angolo al quale viene misurata la luce diffusa determina l'intervallo di dimensioni delle particelle che possono essere rilevate.
- Materiale della cella di misura: Deve essere trasparente e resistente alle sostanze chimiche da analizzare.
- Temperatura: può influenzare la densità delle particelle e quindi la torbidità.
- Colore del campione: I campioni colorati possono interferire con la misurazione della torbidità.
- Precisione e tolleranza del sensore: Possono esistere diversi modelli con precise e tolleranze diverse e questo è importante per scegliere quello giusto. Ce ne saranno anche alcuni con limiti sulla dimensione delle particelle rilevabili.
Funzionamento del torbidimetro
Un sensore di torbiditàIn sostanza si tratta di uno strumento ottico che misura l'intensità della luce diffusa dalle particelle presenti in un fluido. Il principio fondamentale su cui si basa La legge di Rayleigh, che afferma che l'intensità della luce diffusa è proporzionale alla quarta potenza del diametro delle particelle e al quadrato della lunghezza d'onda della luce incidente.
Pertanto, il sensore di torbidità avrà alcune parti fondamentali, come:
- Fonte di luce: Generalmente una lampada alogena, LED o laser, emette un fascio di luce di una specifica lunghezza d'onda attraverso il campione.
- Rivelatore: Un fotorivelatore (fotodiodo, fotomoltiplicatore) misura l'intensità della luce diffusa ad un dato angolo.
- Cella di misura- Contiene il campione e fornisce un percorso ottico definito per la luce.
- Elettronica: Elaborano il segnale del rilevatore e lo convertono in una lettura di torbidità.
D'altra parte, tra i diversi tipi di torbidimetri che possiamo trovare diversi modi per misurare la presenza di queste particelle in sospensione:
- Nefelometria: misura la luce diffusa con un angolo di 90 gradi rispetto al raggio incidente. È il metodo più comune per misurare la torbidità bassa e moderata.
- trasmissione: In questo caso si basa sulla misurazione della luce che attraversa il campione. Viene utilizzato per misurare un'elevata torbidità.
- assorbanza: si concentra sulla specificazione della luce assorbita dalle particelle. Si applica in casi specifici dove la dispersione è minima.
Oltre a tenere presente tutto questo, controlla anche le tensioni, i consumi, l'intensità di lavoro, le escursioni termiche di funzionamento o la compatibilità con il tuo progetto...
Dove acquistare e prezzi di un sensore di torbidità
Puoi trovare sensori di torbidità a buon prezzo su molte piattaforme specializzate in elettronica, e anche su negozi come Aliexpress o Amazon. Su questi siti puoi ottenere prezzi convenienti e un'ampia varietà di modelli per soddisfare le tue esigenze. Qui ti mostro alcuni consigli, due formati con un modulo basato sull'effetto Tyndall, e un contatore più industriale utilizzato per misurare la qualità dell'acqua in progetti più avanzati, come negli impianti di depurazione, impianti di trattamento delle acque, ecc.
Applicazioni pratiche
Ne conosci già alcuni possibili usi o applicazioni di un sensore di torbidità, poiché ne ho citati alcuni nel testo in precedenza. Tuttavia, ecco un elenco di alcuni degli usi più popolari, per ispirarti nei tuoi progetti futuri:
- Trattamento delle acque: monitoraggio della qualità dell'acqua potabile, delle acque reflue e delle acque di processo. Può essere utilizzato anche per progetti ambientali, misurando la qualità dell'acqua nei fiumi, bacini idrici, laghi, mari, falde acquifere, ecc. Puoi usarlo anche a casa se intendi installare un sistema di depurazione per riutilizzare le acque grigie per irrigare piante, impianti di desalinizzazione, ecc.
- Industria alimentare e delle bevande: controllo qualità di prodotti come succhi, birra e vini. Le bevande alcoliche e distillate possono essere sensibili a questo tipo di particelle sospese ed è necessario monitorare e controllare questi parametri durante la produzione.
- Farmaceutico: Questo settore può anche aver bisogno di sensori di torbidità per garantire la qualità dei prodotti iniettabili e delle soluzioni oftalmiche, nonché di sieri, sciroppi, ecc.
- Chimica: Naturalmente, un'altra opzione è il monitoraggio dei processi di filtrazione e separazione, delle miscele chimiche e altro ancora.
Esempio pratico di utilizzo di un torbidimetro
Ad esempio, se utilizziamo come base uno dei file Sensori di torbidità di tipo modulare basati sull'effetto Tyndall, che si basano sulla dispersione della luce proiettata su un liquido a causa della presenza di particelle in sospensione, genereranno misurazioni di un valore o di un altro a seconda del numero di particelle presenti. Questo tipo di modulo è abbastanza efficace e si integra perfettamente con Arduino UNOe ti consente di scrivere sketcher nell'IDE Arduino per un facile controllo.
In questo caso avremo un range di rilevamento compreso tra 0% e 3.5% (0 e 4550 NTU o unità di torbidità nefelometrica o unità di torbidità nefelometrica), con una tolleranza di ±0.5%. Inoltre, abbiamo due modalità di funzionamento, poiché ne consente l'utilizzo in uscita analogica e digitale. In modalità analogica (posizione dell'interruttore in A), la torbidità viene calcolata misurando il livello di tensione dell'uscita del sensore, mentre in modalità digitale (posizione dell'interruttore in D), viene misurata digitalmente, con un codice binario che oscillerà tra due valori.
D'altra parte, se guardi la scheda tecnica di questo sensore di torbidità, vediamo che il modello ha le seguenti specifiche tecniche:
- Tensione di alimentazione: 5 V CC
- Consumo: 11mA circa
- Campo di rilevamento: Da 0% a -3.5%（0-4550 NTU）
- Temperatura di lavoro: -30℃ e 80℃
- Temperatura di conservazione：-10℃ e 80℃
- Tolleranza o margine di errore: ± 0.5%
Nella scheda tecnica puoi vedere anche il curve o grafici che mettono in relazione la torbidità misurata con la tensione generato all'uscita del sensore, nonché il pinout che ci aiuterà a collegare correttamente il modulo alla nostra scheda Arduino:
Vedrai anche due LED, uno che indica che funziona come PWR e un altro per Dout o uscita dati. Ora, una volta collegato il modulo alla nostra scheda Arduino, sarà facile come collegarlo VIN a 5 V e GND a GND della nostra scheda, e poi S si collega a dove vogliamo controllare il segnale, come A0 per analogico, o D13 se vogliamo misure digitali. Inoltre, in questo esempio un LED collegato a un'uscita digitale può essere opzionalmente utilizzato per la calibrazione...
Una volta finito, i codici che devi scrivere nell'IDE di Arduino sono:
- Configurazione digitale:
/* Prueba del sensor de turbidez en modo D */
#define Turbidy_sensor 2 //Pin digital 2
const int ledPin = 13; //LED asociado al 13
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT); //Configuramos pin 13 como salida
pinMode(Turbidy_sensor, INPUT); //Configuramos el pin del sensor de turbidez como entrada
}
void loop() {
if(digitalRead(Turbidy_sensor)==LOW){ //Lectura de la señal del sensor
digitalWrite(ledPin, HIGH); //Si el sensor indica nivel bajo (LOW) encendemos el LED, es decir, agua más pura
}
else{
digitalWrite(ledPin, LOW); //Si el sensor indica nivel alto (HIGH) apagamos el LED, es decir, agua sucia o turbia
}
}
- Configurazione analogica:
/* Prueba del sensor de turbidez modo A*/
#define Turbidy_sensor A0
int TurbidySensorValue = 0;
float Tension = 0.0;
void setup() { //Monitorización por el puerto serial para ver valores en pantalla
Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación
Serial.println("Prueba de lectura del sensor de turbidez");
Serial.println("========================================");
Serial.println(" ");
Serial.println("Lectura analógica\tTension");
Serial.println("-----------------\t-------");
}
void loop() {
TurbidySensorValue = analogRead(Turbidy_sensor); // Lectura del pin analógico 0
Tension = TurbidySensorValue * (5.0 / 1024.0); // Mapeo de la lectura analógica
//Envio de valores y textos al terminal serie
Serial.print(TurbidySensorValue);
Serial.print("\t\t\t");
Serial.print(Tensión);
Serial.println(" V");
delay(3000);
}
- Se vuoi misurare in unità NTU in modalità analogica, usa:
/* Prueba del sensor de turbidez en modo A y mediciones en NTU */
#define Turbidy_sensor A0
float Tension = 0.0;
float NTU = 0.0;
void setup() { //Medición a través del monitor serie
Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación
Serial.println("Lectura del sensor de turbidez en NTUs");
Serial.println("===================================================================================");
Serial.println(" ");
Serial.println("Tensión\tNTU");
Serial.println("-------\t---");
}
void loop() {
Tension = 0;
Tension = analogRead(Turbidy_sensor)/1024*5; // Mapeo de la lectura analógica
//Para compensar el ruido producido en el sensor tomamos 500 muestras y obtenemos la media
for(int i=0; i<500; i++)
{
Tension += ((float)analogRead(Turbidy_sensor)/1024)*5;
}
Tension = Tension/500;
Tension = redondeo(Tension,1);
//Para ajustarnos a la gráfica de la derecha
if(Tension < 2.5){
NTU = 3000;
}else{
NTU = -1120.4*square(Tension)+5742.3*Tension-4352.9;
}
//Envio de valores y textos al terminal serie
Serial.print(Tension);
Serial.print(" V");
Serial.print("\t");
Serial.print(NTU);
Serial.println(" NTU");
delay(5000);
}
float redondeo(float p_entera, int p_decimal)
{
float multiplicador = powf( 10.0f, p_decimal); //redondeo a 2 decimales
p_entera = roundf(p_entera * multiplicador) / multiplicador;
return p_entera;
}
Ricorda che puoi sempre modificare il codice per adattarlo ai tuoi progetti, questi sono solo esempi di utilizzo...