Gravity: 模擬類比式電導率量測儀組 Analog EC Meter 模擬電導率計

描述

Gravity: 模擬類比式電導率量測儀組 Analog EC Meter 模擬電導率計

DFRobot Gravity: 模擬類比式電導率量測儀組 Analog EC Meter 模擬電導率計 專門用於測量水溶液的電導率，然後評價水質，這種水質常用於水培，水產養殖，環境水質檢測等領域。該產品作為電導率儀V1的升級版，大大提高了用戶體驗和數據精度。它支持3~5v寬電壓輸入，並兼容5V和3.3V主控板; 由硬件濾波的輸出信號具有低抖動; 激勵源採用交流信號，有效降低極化效應，提高精度，延長探頭壽命; 該軟件庫採用兩點校準方法，可以自動識別標準緩衝解決方案，因此簡單方便。

有了這個 Gravity: 模擬類比式電導率量測儀組 ，主控板（如Arduino）和軟件庫，可以快速建立電導率儀，即插即用，無需焊接。DFRobot提供各種水質傳感器產品，尺寸和界面均勻，不僅可以滿足各種水質檢測的需要，還適用於DIY多參數水質檢測儀。電導率是電阻的倒數，它與材料承載電流的能力有關。在液體中，電阻的倒數即電導率是其導電能力的量度。電導率是水質的重要參數。它可以反映水中存在的電解質的程度。

技術指標

• 工作電壓：+5.00V
• PCB尺寸：45mm×32mm
• 測量範圍：1ms/cm–20ms/cm
• 適用溫度：5-40℃
• 精度：<±10%FS(具體精度取決於你的校準溶液精度)
• PH2.0接口（3腳貼片）
• BNC接口型電導率電極（電導池常數為1）
• 電導電極線纜長度：大約60厘米
• 防水型DS18B20溫度傳感器
• 電源指示燈

電極尺寸圖

電導率計的使用（初級）

連接圖

使用步驟

注意：

• 請使用外接電源，使得EC Meter的供電電壓接近+5.00V，電壓越準，精度越高。
• 每測量不同的溶液前，需要使用清水清洗電導率電極和溫度傳感器，以防止示數不准和溶液污染。建議使用去離子水清洗。
• 測量溶液的電導率時，請務必確保溫度電極插進被測溶液中，並且用電導電極攪拌溶液，使得電導電極的導電部分充分接觸溶液。待溫度值和電導率值穩定後，即可讀取所需的值。受溶液極化影響，測量高電導率的溶液時，電導率示數會出現一定範圍內的抖動。電導率越高，抖動越厲害。

(1)將各個設備按照圖示方式連接，即：電導率電極連接到EC Meter電路板的BNC接口，然後用模擬連接線，將EC Meter電路板連接到Arduino主控器的模擬口1。然後把防水型DS18B20溫度傳感器連接到可插拔傳感器轉接器的接線端子，然後用數字連接線，連接到Arduino主控器的數字口2。對Arduino主控器供電後，可以看到EC Meter電路板的藍色指示燈變亮。
(2)對Arduino主控器燒寫樣例代碼。
(3)打開Arduino IDE的串口監視器，此時能輸出一些參數，如電壓值、溫度值，並且提示沒有溶液。(4)將電導率電極和溫度傳感器插入校準溶液中，可以測量該溶液的電導率值。攪拌溶液，待示數穩定。如果示數接近標準溶液瓶身所標的值，則可以投入使用。 以測試電導率為1413us/cm的電導率溶液為例：

提示：
Gravity: 模擬類比式電導率量測儀組 為了確保測量精度，強烈建議添加溫度傳感器測量溫度，實現自動溫度補償。也可以使用DS18B20防水溫度傳感器。

1. 探頭是實驗室級探頭。不要長時間浸入液體中。否則會縮短探頭的使用壽命。
2. 探針中的金屬板表面附著有鉑黑層。應避免任何物體接觸它。它只能用蒸餾水清洗，否則會損壞鉑黑層，導致測量不准確。

電導率計的使用（高級）

採用以上的步驟，你可以輕鬆測量範圍在1ms/cm到20ms/cm之間的溶液電導率值了，但每個電極的電導池常數不一樣，因此按照上面的方法獲得的結果，精度不會很高。下面將介紹電路的工作原理和校準方案，提高測量精度。這也是儀器分析常用的方法之一。

測量原理

請首先打開原理圖，找到U3B晶片。這是一個反相比例放大電路，傳遞函數為：Vo=R10/R*Vi,其中R10是反饋電阻，在圖中，其阻值為820歐姆；R是電導電極的電阻，當電導電極插在溶液中，就會出現和溶液電導率相關的電阻值。R10/R稱為放大倍數，當R改變時，放大倍數會改變，對輸入的電壓Vi進行放大輸出的Vo會發生變化。反相比例放大電路後面是絕對值電路，傳遞函數為：Vo=|Vi|。ADOUT就是Arduino模擬採樣引腳，因此，測量原理就是電導電極插進不同的溶液中會有不同的電阻值，不同的電阻值會讓反相比例放大電路形成不同的放大倍數，然後通過Arduino採樣電壓值的大小，從而計算出該溶液的電導率值。
下面分析下校準原理。
電阻定義： 式中，ρ為電阻率；L為電阻體長度；A為電阻體截面。在電導電極中，L表示的是兩個導電片之間的間距，A為導電片的面積。 電導率的定義： 根據上面兩個式子，可得： 式中，1/R稱為電導G；L/A稱為電導池常數Q。 測量電路的傳遞函數： 式中，R為電導電極的電阻。 結合以上的式子，可得： 式中，Q為電導池常數，是一個常量，每根電極的電極常數都不同。R10在電路中阻值為820歐姆。|Vin|也是一個常量，取決於信號發生電路，大概200mv左右。因此，電導率和輸出電壓Vout成線性關係。

校準方案

根據上述推導的線性關係，可以以電壓值Vout為x軸，電導率為y軸，建立坐標系。使用校準液1413us/cm和12.88ms/cm，結合採樣得到的電壓值，建立直線的解析式。這條直線適合你當前所用的電極，根據這條直線的解析式，就可以得出1ms/cm到20ms/cm之間的電導率值。建議建立這條直線時，使校準液溫度維持在25℃。
影響電導率的另一個重要因素是溫度，因此需要溫度補償，把非25℃的電導率值換算到25℃的值。公式是：Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)} 
其中：Gt為某一溫度（°C）下的電導率，Gtcal為標準溫度（°C）下的電導率，Tcal為溫度修正值，一般為25℃，α為溶液的溫度係數，一般取0.0185。
由於我們按照建立直線的方法，電導率和輸出電壓成線性關係，因此可以把非25℃的電壓值進行補償，轉換到25℃的電壓值，再帶入直線解析式求電導率值。
樣例代碼是按照這個思路來的，取1.414ms/cm、3ms/cm、10ms/cm、12.88ms/cm建立分段直線解析式，以獲得更好的線性關係。
電導率電極使用一段時間後，電導池常數會發生變化。因此，可以按照以上方法重新建立新的直線解析式或者使用一點校準法：測得的電導率值除以標準溶液的電導率值得到修正因子,再把這個修正因子乘到原先的直線解析式中即可，相當於改變了直線的斜率。

注意事項

• 電導率電極有光亮和鉑黑兩種，鍍鉑黑的目的在於增加電極片的有效面積，減弱電極的極化，測量電導率較大的溶液，使用鉑黑電極比較適宜。
• 鉑黑電極的鉑金片表面附著有疏鬆的鉑黑層，應避免任何物體與其觸碰，只能用去離子水進行沖洗，否則會損傷鉑黑層，導致電極測量不准確。
• 如發覺鉑黑電極使用性能下降，可依次使用無水乙醇和去離子水浸洗鉑金片，特別是用戶對測量精度要求較高時尤為重要。
• 鉑黑電極的鉑金片表面附著有疏鬆的鉑黑層，在測量樣品時有可能會吸附樣品成分，在使用電極測量完畢後一定要及時沖洗電極。
• 電導率電極在放置一段時間或者使用一段時間後，其電極常數有可能發生變化。如用戶對測量準確度要求較高，建議按照儀器說明書定期校正電極常數。

規格

信號轉換板（發射器）V2

• 供電電壓：3.0~5.0V
• 輸出電壓：0~3.4V
• 探頭連接器：BNC
• 信號連接器：PH2.0-3Pin
• 測量精度：±5％FS
• 板尺寸：42mm * 32mm / 1.65in * 1.26in

電導率探頭

• 探頭類型：實驗室級
• 細胞常數：1.0
• 支持檢測範圍：0~20ms / cm
• 推薦檢測範圍：1~15ms / cm
• 溫度範圍：0~40°C
• 探頭壽命：> 0。5年（取決於使用頻率）
• 電纜長度：100厘米

文件教學與資源下載

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發貨清單

• 電導率探頭（K = 1，實驗室級）x1
• 信號轉換板（發射器）V2 x1
• 標準緩衝溶液1413us / cm x2
• 標準緩衝溶液12.88ms / cm x2
• 重力模擬傳感器電纜x1
• 防水墊片x2
• BNC連接器x1的螺帽
• M3 * 10尼龍柱x4
• M3 * 5螺絲x8

Gravity: Analog Electrical Conductivity Sensor /Meter V2 (K=1)

DFRobot Gravity: analog electrical conductivity meter V2 is specially used to measure the electrical conductivity of aqueous solution, and then to evaluate the water quality, which is often used in water culture, aquaculture, environmental water detectionand other fields. You may also check Liquid Sensor Selection Guide to get better familar with our liquid sensor series.

This product, as an upgraded version of electrical conductivity meter V1, greatly improves the user experience and data precision. It supports 3~5v wide voltage input, and is compatible with 5V and 3.3V main control board; The output signal filtered by hardware has low jitters; The excitation source adopts AC signal, which effectively reduces the polarization effect, improves the precision and prolongs the life of the probe; The software library uses two-point calibration method, and can automatically identify standard buffer solution, so simple and convenient.

With this product, main control board (such as Arduino) and the software library, you can quickly build an electrical conductivity meter, plug and play, no welding. DFRobot provides a variety of water quality sensor products, uniform size and interface, not only meet the needs of various water quality testing, but also suitable for the DIY of multi-parameter water quality tester.

Conductivity is the reciprocal of the resistance, which is related to the ability of the material to carry the current. In the liquid, the reciprocal of the resistance, the conductivity, is the measure of its ability to conduct electricity. Conductivity is an important parameter of water quality. It can reflect the extent of electrolytes present in water.