Датчик измерения электропроводности

Для нормального роста и развития растениям требуется много солнца, воздуха, воды и питательных веществ. Как же сделать, чтобы питательных веществ для ваших растений было достаточно, и, вместе с тем, не переборщить? В этом поможет измерение различных параметров почвы.

Тестирование pH, влажности и температуры вашей почвы, мониторинг фосфатов, нитратов, кальция, калия и других веществ – отличное начало для формирования здоровой почвы. Один из способов отследить содержание питательных веществ – это анализ  электропроводимости вашей почвы. Это сэкономит время и деньги при управлении вашими посадками. Какой бы сложной ни была ваша почва, выбрать наилучшее решение для проверки её электропроводности поможет это руководство.

Что такое электропроводность?

Электропроводность (EC) определяет, насколько хорошо вещество может передавать электрический ток. Мелкие заряженные частицы, называемые ионами, помогают переносить электрический заряд через вещество. Эти ионы могут быть положительно или отрицательно заряжены. Чем больше ионов, тем выше проводимость, меньшее количество ионов приведет к снижению проводимости. EC обычно указывается в миллисименсах на сантиметр (мСм/см).

Общее количество растворённых твердых веществ (TDS) – это количество растворённых веществ в жидкости. TDS метр считывает все растворённые неорганические и органические вещества в жидкости. Результаты этого чтения отображаются в виде миллиграммов на литр (мг/л), частей на миллион (ppm), граммов на литр (г/л) или частей на тысячу (ppt).

Измерение TDS почвы – длительный процесс. Сначала вы извлекаете всю воду из образца, затем выпариваете её и взвешиваете оставшийся после испарения остаток. Намного проще измерить электропроводность вещества, а затем преобразовать показания в TDS с коэффициентом преобразования. Хитрость в том, чтобы убедиться, что вы используете правильный коэффициент.

При выборе коэффициента следует учитывать, что не все растворённые твёрдые частицы проводят электричество. Например, если вы измерили электропроводность стакана воды, а затем добавили поваренную соль, электропроводность возрастет. Но если вы возьмёте ту же чашку с водой, измерите электропроводность, а затем добавите сахар, то это не повлияет на проводимость.

Наиболее распространёнными коэффициентами преобразования между EC и TDS являются 0.5 и 0.7. Первый из них основан на связи EС/TDS с хлоридом натрия, а второй – на отношении со смесью сульфата, бикарбоната и хлорида натрия. Чтобы задействовать коэффициент пересчёта, просто умножьте показания ЕС на коэффициент для TDS.

Измерение удельной электропроводности водных растворов становится все более востребованным для определения примесей в воде или измерения концентрации растворенных химических веществ.

Что такое электропроводность?

Электропроводность – это способность раствора пропускать или проводить электрический ток. Термин «электропроводность» происходит из закона Ома, E = I • R; где напряжение (E) – это произведение тока (I) и сопротивления (R); сопротивление определяется как отношение напряжения к току. При подаче напряжения на проводник протекает ток, который зависит от сопротивления проводника. Электропроводность определяется как величина, обратная сопротивлению раствора между двумя электродами.

Как мы измеряется электропроводность?

Для измерения электропроводности используют два наиболее распространенных типа датчиков: контактный и индуктивный (тороидальный, безэлектродный).

При использовании контактных датчиков электропроводность измеряется путем подачи переменного электрического тока на погруженные в раствор электроды датчика (которые вместе составляют константу ячейки) и измерения результирующего напряжения. Раствор действует как электрический проводник между электродами датчика.

При использовании индуктивного датчика (также называемого тороидальным или безэлектродным) его чувствительные элементы (электроды) индуктивного датчика не вступают в непосредственный контакт с технологической жидкостью. Эти две согласованные (идентичные катушки) заключены в оболочку из ПЭЭК (или тефлона), защищающую их от неблагоприятного воздействия технологической жидкости.

Что делает раствор электропроводящим?

За перенос электрического тока отвечают ионы, присутствующие в жидкости (Na, Ca, Cl, H, OH).

Измерение электропроводности – это количественный метод, где значение меняется в зависимости от общего содержания ионов, но данный метод не способен различить один тип проводящих ионов в присутствии других. Кроме того, на электропроводность влияют только ионы, способные проводить электричество, такие материалы, как, например, сахар или масло, не являются проводящими.

Сфера использования кондуктометрических систем достаточно широка: от чистой воды с электропроводностью1×10-7 См/см до концентрированных растворов со значениями выше 1 См/см. Примерами типовых применений может быть контроль общего содержания растворенных веществ в деминерализаторе, воде обратного осмоса, автоматизация процесса обратной продувки котла или измерение процентной концентрации бесконтактным датчиком.

В целом, измерение электропроводности – это быстрый и недорогой способ определения ионной силы раствора. Электропроводность используется для измерения чистоты воды или концентрации ионизированных химических веществ в воде. Это неспецифический метод, который не позволяет разделить ионы по типам, а дает показания, пропорциональные суммарному действию всех присутствующих ионов.

На точность измерения сильно влияют колебания температуры, поляризационные эффекты на поверхности соприкасающихся во средой электродов, емкость кабеля и т. д.

Компания Yokogawa разработала полный спектр прецизионных датчиков и преобразователей для выполнения надежных измерений даже в экстремальных условиях.

Как выбрать подходящий датчик?

При выборе датчика электропроводности для применения необходимо учитывать следующее:

Что такое константа ячейки, и почему мы должны беспокоиться о ней?

Константа ячейки – это математическое значение «множителя», которое используется для определения диапазона измерения датчика и определяется геометрической конструкцией ячейки. Константа ячейки рассчитывается путем деления расстояния (длины) между двумя измерительными пластинами на их площадь (площадь пластин определяется как площадь снаружи – площадь внутри = площадь между электродами).

Затем исходное значение электропроводности умножается на константу ячейки – вот почему электропроводность измеряется в мкСм (микросименс)/см.

Yokogawa предлагает датчики с четырьмя константами ячеек: 0,01, 0,1, 1,0 и 10,0, которые обеспечивают высокую точность всего диапазона измерений 0–2 000 000 мкСм. Эти значения известны как номинальная константа ячейки, тогда как реальная константа, указанная на датчике, может незначительно отличаться (например, 0,0198 вместо 0,02).

Одна из проблем, возникающая при использовании датчика с неправильной константой ячейки – это поляризация.

Одна из проблем, возникающая при использовании датчика с неправильной константой ячейки – это поляризация.

В первом примере показана правильная константа ячейки, при которой ионы могут свободно перемещаться от одного электрода к другому

Во втором примере показана та же константа ячейки, которая используется в растворе с высокой электропроводностью. Когда напряжение меняется (переключается полярность), ионы не могут свободно переместиться к другому электроду, поскольку плотность ионов слишком высока. Это приводит к тому, что меньшее количество ионов контактирует с «правильным электродом», что приводит к ошибочно низким показаниям.

Однако у индуктивного датчика ISC40 существует только одна константа ячейки, поэтому он охватывает весь диапазон измерения электропроводности 0–2000 См/см, но при этом на нижнем уровне (ниже 50 мкСм) страдает точность.

Особенности ухода за рабочим электродом тестера ЕС почвы

Правильный уход и обслуживание вашего датчика электропроводности имеет первостепенное значение для точных показаний. Первое условие достижения точных результатов – поддержание чистоты зондов проводимости почвы. Остатки измеряемых образцов на датчиках могут привести к тому, что измеритель ЕС продемонстрирует слишком низкое или высокое значение. Некоторые приборы даже сами предупредят вас о необходимости очистки электрода. Чистка также продлевает срок его службы. Однако необходима правильная очистка, её особенности зависят от типа электрода. Например, для EC/TDS или EC/TDS/Salinity начните с промывания зонда деионизированной водой, используйте мягкую ткань для осторожного удаления частиц (особенную осторожность нужно соблюдать в случае со стеклянными электродами). Нельзя давить на электрод, вместо этого промойте датчик и осторожно используйте смоченную ткань снова, а затем вновь ополосните зонд деионизированной водой.

Для датчика pH/EC/TDS/Температуры заполните ёмкость деионизированной водой и промойте ей зонд. Если на датчике все ещё есть остатки, не протирайте его. Вместо этого используйте чистящий раствор, специально предназначенный для электродов почвы (существует несколько решений для очистки, в том числе, для общей очистки сельскохозяйственных удобрений, отложений гумуса и почвы). Погрузите электрод в чистящий раствор на 15 минут, а затем выньте и промойте деионизированной водой. Поместите зонд в раствор для хранения как минимум на 1 час, прежде чем использовать его снова.

Второе условие качественной работы электрода – это его частая калибровка. Это может  быть сложной задачей, так как стандарты калибровки, используемые для зондов ЕС, легко загрязняются. Загрязнение может исходить от деионизированной воды, используемой для промывки зонда, остатков из образцов и т. д. Избегать загрязнения гораздо проще, если использовать одноразовые пакеты с калибровочным раствором. Они гарантируют, что вы используете совершенно новый стандарт для каждой калибровки. Для калибровки наполните бутыль деионизированной водой, промойте в ней зонд, разорвите одноразовый калибровочный пакет, войдите в режим калибровки на своём EC метре, убедитесь в правильности выбранного калибровочного стандарта и погрузите электрод в пакет. Затем дайте показаниям стабилизироваться и считайте результат. Выньте зонд из пакета и промойте зонд деионизированной водой. Повторите эти же шаги для других стандартов электропроводности. Если прибор может измерять другие параметры, такие как pH, то могут потребоваться дополнительные шаги калибровки.

Третья составляющая успеха – хранение электрода в чистоте. Промойте зонд деионизированной водой, чтобы удалить все остатки образцов с поверхности. Для датчика EC/TDS или EC/TDS/Salinity очистите зонд согласно указаниям, приведенным выше, и поместите его в крышку для хранения или защитную гильзу. Для датчика pH/EC/TDS/Температуры очистите зонд моющим раствором и храните в колпачке, содержащем раствор для хранения или буферную жидкость pH 4.01.

Про датчики

Датчики электропроводности (они же кондуктометры) — это устройства для измерения способности раствора проводить электрический ток. Эта способность определяется количеством ионов, содержащихся в растворе, а количество ионов является одним из параметров, который используется для определения количества примесей в жидкости.

Принцип работы

В раствор помещается пара токовых электродов, на которую подается переменное напряжение. Содержащиеся в растворе ионы начинают перемещаться, возникает электрический ток i.

Существует две схемы измерения проводимости: 2-электродная и 4-электродная. В первом случае падение напряжения Uвых измеряется между токовыми электродами, а в 4-электродной схеме для измерений используют дополнительную пару потенциальных электродов.

Падение напряжения Uвых является индикатором проводимости раствора:

Электропроводность σ определяется как величина, обратная сопротивлению в заданной ячейке. Ячейкой называют объем, ограниченный токовыми электродами, которые имеют площадь S и удалены друг от друга на расстояние d. Значения S и d определяются геометрией датчика, поэтому являются неизменными и выражаются через константу ячейки k:

k = d / S – константа ячейки, см-1

Таким образом, удельная проводимость вычисляется по формуле

σ = k / R или σ = (k * i) / Uвых, где переменной и является напряжение Uвых.

Проводимость определяется как концентрацией ионов, содержащихся в растворе, так и их мобильностью. Оба эти параметра зависят от температуры раствора, поэтому измерение электрической проводимости должно проводиться совместно с контролем температуры жидкости.

Структура датчика проводимости

Начиная разговор о конкретной серии датчиков, уточним само понятие «датчик». В русском языке значение этого слова размылось и используется для обозначения всех устройств начиная с первичного преобразователя и до готового измерительного узла.
Обращаю внимание читателя, что в данной статье под датчиком подразумевается именно чувствительный элемент — преобразователь, на базе которого строятся различные устройства.

Швейцарский производитель датчиков IST — это компания, специализирующаяся на производстве тонкопленочных датчиков. О датчиках скорости потока, например, уже было рассказано на хабре.

Технология изготовления тонкопленочных компонентов берет начало в полупроводниковой промышленности: на керамическую подложку напыляется тонкий слой металла, из которого формируются токопроводящие дорожки (резисторы) или площадки (электроды).
Для формирования геометрической структуры элементов используются методы фотолитографии, а максимальная точность нанесения достигается благодаря лазерной подгонке. Металлические элементы покрываются изолирующим (пассивационным) слоем из стекла, устойчивого к температурному и химическому воздействию. Специально подобранный состав стекла также используется для фиксации выводов.

С использованием такого датчика можно измерять проводимость в диапазоне от 100 мкСм/см до 200 мСм/см. Ориентировочные значения проводимости для различных растворов приведены в таблице.

Выпускается два типа датчиков проводимости – LFS155 и LFS117, с их характеристиками можно ознакомиться на нашем сайте.

Речные раки и датчики электропроводности

Время на прочтение

Уважаемые знатоки, внимание, вопрос:

Для какой инженерной задачи одновременно используются речные раки (да-да, с усами и клешнями) и датчики электропроводности?
Наверняка кто-то уже сообразил в чем дело, но я не буду долго томить и остальных читателей.

И раки, и датчики электрической проводимости используются для контроля качества воды.

Речные раки уже много лет трудятся на системах очистки петербургского водоканала — они живут в аквариумах на водозаборах и контролируют уровень токсичности невских вод.
Датчики электропроводности также используются для контроля состава водных растворов, ведь способность жидкости проводить ток является одним из параметров для определения количества примесей.

В статье рассказываю и про невских раков (спасибо сайту водоканала), и про датчики электрической проводимости. К ракам мы никакого отношения не имеем, а вот датчики швейцарской компании IST вполне себе поставляем.

Выбор метода тестирования EC

Существует несколько доступных методов тестирования электропроводности грунта. Вы можете произвести анализ так называемой поровой воды, проверить общую или объемную электропроводность почвы или использовать специальную суспензию почвы для оценки ЕС.

Измерение поровой воды

Измерения EC поровой воды, наиболее распространённые в теплицах и гидропонике, дают информацию о том, как ведут себя питательные вещества и соли на ваших полях и позволяют понять, как регулировать орошение и удобрение сельскохозяйственных культур. Метод является особенно точным при использовании тестера с температурной компенсацией.

Чтобы измерить ЕС поровой воды, сначала нужно извлечь воду из почвы. Это делается с помощью экстрактора поровой воды или всасывающего лизиметра, представляющего  собой длинную трубку с нереактивным пористым керамическим колпачком, который важен для того, чтобы питательные вещества, попадающие в воду, не мешали показаниям. Мы настоятельно рекомендуем использовать более одного лизиметра при отборе проб около растений из-за больших различий в концентрации питательных веществ на поверхности почвы и в местах расположения корней.

Измерение объёмной EC почвы

Измерения объёмной электропроводности почвы – это анализ общей электропроводности, она включает в себя ЕС почвы, воздуха и влаги в вашем образце. Все эти субстанции несут заряженные ионы, которые считываются как общая ЕС.

Измерение EC в суспензии

Использование насыщенного почвенного экстракта для тестирования ЕС вашей почвы требует немного больше пробоподготовки, однако именно этот метод дает точные результаты. Поровое пространство между частицами почвы может содержать воздух или воду. Полное насыщение образца почвы водой означает заполнение всех поровых пространств водой. Возьмите ваши образцы почвы с поля, убедитесь, что контейнеры, которые вы используете, предварительно ополоснуты деионизированной водой и полностью высушены, выберите образец и смешайте его  с деионизированной водой, пока почва не станет липкой, влажной пастой. В этой пасте должно быть достаточно воды, чтобы почва стала очень грязной (как густой навоз). Затем пропустите образец через фильтр и произведите измерения.

Зачем нужно измерять ЕС почвы?

Тестировать почву нужно, чтобы убедиться, что все питательные вещества  в ней сбалансированы. Важно знать, что почва в разных областях имеет разные показатели ЕС, поэтому для достижения наилучшей урожайности следует использовать карты электропроводности почв. Как и топографические карты, они показывают EC в различных географических областях. Вы можете создать собственную карту EC: для этого протестируйте EC в различных областях и нанесите полученные значения на карту.

Различные требования к электропроводности имеют и различные виды растений. Например, горох и бобы очень чувствительны к солям и ЕС должен быть ниже 2 мСм/см, пшеница и помидоры умеренно толерантны к более высокой проводимости, хлопок, шпинат и сахарная свекла допускают очень высокие значения ЕС, до 16 мСм/см.

Как работает TDS метр. Как измерить электропроводимость. Как работает EC-метр

В действительности, TDS-метры вовсе не измеряют общее содержание растворенных твердых веществ (общую минерализацию (TDS)), вместо этого они измеряют электропроводность и приближенно выражают концентрацию TDS на основе математической формулы. Нередко говорят, что TDS-метры – это всего лишь замаскированные кондуктометры или EC-метры.

Во-первых, давайте вкратце рассмотрим, что такое электропроводность и как она связана с концентрацией TDS воды. Электропроводность – это то, насколько легко электричество протекает через среду, в нашем случае, это вода. В действительности, чистая или дистиллированная вода является очень плохим проводником, поскольку в ней отсутствуют растворенные ионы. С другой стороны, природная вода, как, например, вода из ручьев, рек или озер, наполнена ионами растворенных минералов, металлов и солей. По сути, эти растворенные ионы составляют значительную часть TDS воды. Поскольку ионы, являются переносчиками электричества в воде, вы обнаружите, что электропроводность положительно связана с количеством ионов, равно, как и концентрация TDS воды.

PH почвы и электропроводность

Когда pH и электропроводность почвы взаимодействуют, то происходят интересные вещи. PH вашей почвы говорит о том, насколько она является щелочной или кислотной, что может повлиять на результаты электропроводности. pH также измеряет ионы, но весьма специфические. Положительно заряженные ионы водорода заставляют вещество быть более кислым, в то время как отрицательно заряженные гидроксильные ионы приводят к тому, что вещество становится более щелочным. Поскольку эти ионы несут заряды, они также могут нести электричество. Чем больше ионов, тем выше электропроводность. Поэтому, чем более кислой или щелочной будет ваша почва, тем выше ЕС. И, наоборот, чем ближе pH к нейтральному, тем меньше это повлияет на электропроводность почвы.

Какой EC метр купить и как правильно сделать выбор

Если вы не работали с данным прибором никогда и не можете с точностью сказать, что именно вам необходимо, у вас есть хорошая возможность позвонить нам по номеру, указанному на сайте и наши сотрудники с удовольствием ответят на все возникшие у вас вопросы.

Кроме того, вы можете самостоятельно сделать свой выбор и оставить заказ на его приобретение. После того как вы оставите заказ, мы доставим его по нужному адресу, не зависимо от отдаленности населенного пункта.

Что влияет на электропроводность почвы

Наиболее распространенными факторами, влияющими на электропроводность почвы, являются температура, тип почвы, уровень её влажности, засоленность, состав удобрений, а также глубина почвы.

Колебания температуры

Когда температура в измеряемой пробе становится выше, ионы «подпрыгивают» и имеют большую активность, ввиду которой начинают лучше проводить электрический ток. Когда температура снижается, ионы успокаиваются и перемещаются меньше. Меньшая активность означает, что ионам сложнее переносить электрический ток, то есть, проводимость почвы уменьшается.

Тип почвы и уровень влажности

Текстура почвы влияет на количество доступной влаги, а также на ЕС почвы. Ионы любят прилипать и связываться с другими частицами в почве, и когда они связаны, то их сложнее считывать. Влага помогает освободить ионы для наилучшего распознавания. Текстура почвы также влияет на влажность: разные размеры частиц почвы создают разные пространства для воздуха и воды. Это называется пористостью.

Песок плохо удерживает влагу, поэтому имеет более низкую проводимость. Иловая почва, похожая по текстуре на влажную грязь на берегу реки, имеет среднюю базовую проводимость. Этот тип почвы способен удерживать воду относительно хорошо. Почвы, богатые глиной, имеют более высокую проводимость, так как они способны хорошо удерживать влагу, а почвы со средней проводимостью, как правило, имеют наибольшую урожайность. Они способны удерживать только достаточное количество воды, в то же время отводя излишки.

Ирригация и удобрения

Обычно при упоминании о солёности в первую очередь приходит на ум океан, но знаете ли вы, что почва тоже может быть солёной? Соли очень сильно поднимают ЕС вашей почвы. Таким образом, вода, используемая для полива сельскохозяйственных культур, будет напрямую влиять на качество почвы, увеличивая или разбавляя имеющиеся соли и питательные вещества. Если оросительная вода имеет высокое содержание соли, она может накапливаться на полях, увеличивая солёность и электропроводимость почвы. Природные дожди разбавят количество соли возле корней растений. Большинство посевных площадей считаются хорошими для посадки, если ЕС не превышает 4 дСм/м. Тем не менее, это число будет варьироваться в зависимости от вида высаженных культур. Добавление удобрений также является хорошим способом стимулировать рост сельскохозяйственных культур.

Глубина почвы

Наконец, глубина почвы может напрямую влиять на её электрическую проводимость. Растения могут расти только в верхнем слое почвы, богатом питательными веществами. Если коренная порода или глина находятся слишком близко к поверхности, это может повысить электропроводность почвы.

Кондуктометр (EC метр)

При проведении работ по измерению электропроводимости растворов, пара, образовавшегося конденсата используют специальный прибор. Название его кондуктометр.

Так же кондуктометр широко применяется для анализа и получения результатов при исследовании питательных растворов.

Почему по проводимости можно судить о концентрации раствора:

Чем больше ионов, тем и количество проходящего тока больше. Соответственно и раствор имеет большую концентрацию. И именно при использовании данного прибора можно изучить и получить всю необходимую информацию.

Еще кондуктометр принято называть ЕС-метром. Второе название он получил за счет того, что ЕС – показатель общей концентрации раствора. Даже если концентрации раствора чуть превышает норму, то растение его поглотить не сможет.

ЕC-метр нужен для того чтобы правильно оценить качество раствора.

Выбор наилучшего датчика измерения проводимости

Выбор зонда, который соответствует вашим потребностям тестирования, так же важен, как и подготовка образцов почвы. Существует два основных типа зондов, используемых в тестировании ЕС: двухэлектродные и четырёхкольцевые (потенциометрические). Плюсами первого из них является низкая стоимость и небольшой объём требуемого образца, однако для каждого диапазона исследования необходим новый электрод, а кроме того такие электроды подвержены поляризации.

Двухэлектродный зонд также известен как амперометрический электрод. Электроды в нём изолированы друг от друга и никогда не соприкасаются, а лишь контактируют с вашим образцом. Два электрода измеряют ток, проходящий через ионы в вашем образце. Благодаря этой конструкции вам не нужно много образцов для погружения зонда.

Между электродами должно быть стабильное пространство, поэтому любой изгиб двух электродов в зонде приведет к неточным результатам. Также требуется тщательная очистка, избегайте образования отложений между электродами. Тонкой пленки остатков измеряемых сред, которая может накапливаться на поверхности электродов, достаточно, чтобы изменить фиксированное расстояние между ними. Это приведет к неточным показаниям.

Другой проблемой, которая может возникнуть при использовании этого типа зонда, является эффект поляризации. Это особенно характерно для зондов с электродами из нержавеющей стали. Между контактами может накапливаться электрический заряд, и ваши показания ЕС будут ниже, чем должны быть. Вы можете минимизировать поляризацию, используя зонд с графитовыми электродами.

Четырехкольцевой (потенциометрический) датчик, работает иначе, чем двухэлектродный. В нём используются четыре металлических кольца вокруг внутреннего корпуса зонда. Два средних работают как чувствительные электроды, а два внешних действуют как приводные. Электроды привода подают электрическое напряжение, контролируемое внутренними кольцами. При введении в образец напряжение падает пропорционально проводимости.

Конструкция четырехкольцевого зонда позволяет использовать его в широком диапазоне образцов. Однако, чтобы датчик работал, отверстия над четырьмя металлическими кольцами должны быть полностью погружены в образец, то есть, вам понадобится больший объём пробы для точных измерений. Этот датчик ЕС хорош тем, что им можно охватить все диапазоны.

Многообразие тестеров ЕС почвы

ЕС метры, используемые для тестирования почвы, столь же разнообразны, как и электроды. Каждый из них обладает множеством функций и опций. Однако имейте в виду, что при прочих равных условиях лучше приобрести измеритель с температурной компенсацией. Температура, как уже было сказано выше, может изменить проводимости вашей почвы, а также повлиять на производительность вашего ЕС метра.

Цифровые карманные тестеры – это устройства, которые просты в использовании и в то же время отлично подходят для проведения точных испытаний электрической проводимости в полевых условиях, а также для почвенных растворов.

Обратите внимание на материал изготовления тестера. Прочные пластиковые или стальные корпуса помогают обеспечить длительный срок службы. Различные виды пластика лучше всего защищают зонд от разрушения химическими удобрениями. Есть и водонепроницаемые варианты корпуса, с тем, чтобы не беспокоиться о возможном случайном повреждении тестера.

Многие цифровые тестеры проводимости почвы являются комбинированными. Большинство из них имеют режимы измерения электропроводности и общего растворённого твердого вещества (TDS), а некоторые также могут измерить pH и температуру вашей почвы. Эти функции очень полезны, поскольку в этом случае для проведения группы полевых испытаний вам понадобится только один тестер.

Тестеры могут предупредить вас о низком заряде батареи с помощью специальной индикации. Это защитит вас от неточных показаний. Многие тестеры могут быть калиброваны по одной точке, а некоторые работают в режиме быстрой калибровки. Это позволяет одновременно калибровать различные измерительные электроды (например, pH и EC/TDS).

При тестировании различных параметров легко конвертировать результаты из EC в TDS или солёность. Вы даже можете выбрать предпочтительный коэффициент преобразования EC/TDS. Это поможет получить желаемые результаты с лёгкостью.

Особенностью некоторых измерителей является усиленный датчик, который минимизирует электрические помехи в образцах, влияющие на точность. Для глубинного анализа результатов и составления отчётов к результатам измерений зачастую добавляется время, дата, результаты калибровки и другие данные. В основном, обилие дополнительных функций характерно для портативных и стационарных измерителей, которые немного больше, чем карманные.

Каким именно образом работают TDS метры и EC метры ?

Теперь давайте более пристально рассмотрим TDS- или EC-метр. Обратите внимание на два металлических электрода, расположенных на конце устройства. Когда EC-метр помещают в воду и включают, напряжение подается в систему, где электрод, анод (+), получает положительный заряд. Другой электрод, катод (-), получает отрицательный заряд.

В то же время, отрицательно заряженные ионы в нашей пробе воды начинают притягиваться и двигаться в направлении к аноду (+), тогда как положительно заряженные или безэлектронные ионы начинают притягиваться и двигаться в направлении к катоду (-). Данное явление притяжения противоположных зарядов можно объяснить с помощью закона Кулона.

Как только отрицательно заряженные ионы достигают анода, они теряют свои электроны и становятся положительно заряженными. Аналогичным образом, когда положительно заряженные или безэлектронные ионы достигают катода, они получают электроны и становятся отрицательно заряженными. Данный процесс перемещения ионов туда и обратно повторяется, создавая электрический ток или поток электричества.

EC- и TDS-метры тщательно контролируют силу тока и подаваемое в систему напряжение. Используя данные показания, а также заданное расстояние между электродами и площадь его поверхности, можно рассчитать электропроводность с помощью закона Ома.

Электропроводность обычно измеряют в миллисименсах на сантиметр или мС/см.

Для сравнения, то есть, если вы хотите сравнить электропроводность одной пробы воды с другой, необходимо поддерживать постоянную температуру в обеих пробах. Это связано с тем, что электропроводность воды в значительной степени зависит от температуры. По мере повышения температуры воды повысится и электропроводность, вследствие увеличения подвижности ионов, а также повышенной растворимости минералов и солей.

Необходимо дополнительно уточнить, электропроводность одной пробы воды будет давать разные показания электропроводности при разных температурах. По этой причине, показания электропроводности обычно нормализуют или приводят к эталонному значению в 25 градусов Цельсия. Это называется удельной электропроводностью. Электропроводность воды увеличивается примерно на 2% при каждом повышении температуры на 1 градус Цельсия.

Используя данный факт, большинство EC- и TDS-метров будут оснащены встроенным термометром, который будет автоматически приводить или нормализовать электропроводность по температуре 25 градусов Цельсия. Следует обратить внимание на то, что температурная компенсация различается в зависимости от типа раствора, например, для сверхчистой воды коэффициент пересчета составляет 5,5%.

Последний шаг – окончательный расчет TDS путем умножения нормализованного значения электропроводности на коэффициент корреляции. По результатам различных исследований, корреляция между электропроводностью и TDS воды обычно находится в диапазоне .5 – .8.

Следует обратить внимание на то, что коэффициент корреляции также сильно зависит от типа раствора, который вы проверяете. Большинство TDS-метров установлены на определенную корреляцию или коэффициент и подходят только для проверки воды. В то же время, существуют более дорогие TDS-метры, которые предусматривают ручную регулировку коэффициента корреляции, позволяя, тем самым, пользователю точно определить TDS различных известных растворов.

Теперь, давайте рассчитаем TDS образца воды, если электропроводность при 25°C составляет .3 мС/см. Для упрощения, предположим, что коэффициент корреляции равен 0.5, что является показателем, который используется самыми простыми TDS-метрами для проверки воды.

Формула расчета TDS в ppm = Электропроводность в мС/см x коэффициент корреляции

В связи с этим, первым шагом будет перевод нашего значения электропроводности из мС/см в мкС/см (микросименсы на сантиметр), просто умножив на 100.

0.3 мС/см x 100 = 300 мкС/см

Давайте умножим нашу электропроводность в мкС/см на коэффициент корреляции.

300 мкС/см x 0.5 = 150 ppm

Рассчитанная в нашем примере проверки пробы воды общая минерализация (TDS) равна 150 ppm.

Про раков

Раки используются петербургским водоканалом как биодатчики. Эти животные очень чувствительны к загрязнениям среды их обитания, поэтому и используются для контроля качества воды. Принцип работы биомониторинга доступно описан на сайте водоканала:

Кроме станции биомониторинга, на Главной водопроводной станции есть еще и ферма, основная задача которой – разведение своих, адаптированных к производственному шуму и людям раков. Так животные с рождения привыкают к общению с людьми, природным колебаниям качества невской воды, шуму насосов станции. Раки реагируют и на раздражители, не связанные с загрязнением воды – например на шум включаемого оборудования. Чтобы отсечь ложные срабатывания системы (ложные с точки зрения токсикологической опасности воды), ученые создали специальную аналитическую станцию, которая измеряет ряд характеристик воды — щелочность, температуру, мутность, а также снабжена датчиками шума и вибрации. Если аппаратура зарегистрирует вибрацию, то сигнал опасности в диспетчерскую не поступит, потому что датчики фиксируют момент, когда учащение сердцебиения рака совпадает с шумовым эффектом, и отсекают его, как не связанного с токсикологической опасностью. На службу в Водоканал принимают самых обычных раков. Это достаточно хорошо изученные животные с точки зрения физиологии и токсикологии. Однако для того, чтобы попасть на службу в Водоканал, раки проходят тщательное биохимическое и физиологическое обследование здоровья. Работают только самцы в возрасте 3-5 лет, три дня через шесть. Срок их службы составляет примерно год. Дело в том, что по своей физиологии раки должны зимовать, впадая в этот холодный период в состояние «спячки», а лишение их того, что придумано природой, естественно, ослабляет животное. А к дежурству допускаются только здоровые особи в хорошем функциональном состоянии.

В конце 2010 года система биомониторинга с использованием раков была усовершенствована. Если раньше на рабочую смену «выходили» по два рака, то теперь их – шесть. Однако модернизация системы биомониторинга заключается не только в количественных изменениях. С момента запуска биомониторинга у ученых из Санкт-Петербургского научно-исследовательского центра экологической безопасности РАН появились новые разработки. И в 2010 году эти разработки Водоканал внедрил на водопроводных станциях. Модернизация системы биомониторинга включает новые алгоритмы обработки сигналов. Все это вместе – более совершенная система обработки данных, увеличение числа дежурящих раков – повышает надежность биомониторинга, дает новые возможности для оперативного управления системой водоподготовки.

Среди животных-биоиндикаторов — не только раки. Качество воды также контролируется рыбками и двустворчатыми моллюсками, а улитки следят за состоянием воздуха в районе завода по сжиганию осадка сточных вод.

Конечно, биомониторинг не является заменой классических методов приборного и лабораторного контроля.
Оценка качества воды — это довольно сложная задача, для решения которой всегда применяется набор косвенных признаков. Среди таких признаков — водородный показатель (pH), окисляемость, минерализация, электрическая проводимость и многие другие показатели. Ниже речь пойдет об измерении проводимости.

Заключение

В заключении традиционно благодарю читателя за внимание и напоминаю, что вопросы по применению продукции, о которой мы пишем на хабре, можно также задавать на email, указанный в моем профиле.

upd: все упомянутые датчики и модули доступны со склада. Больше информации на efo-sensor.ru