Мутность - международно признанный критерий оценки качества воды. Мутномеры (нефелометры, турбидиметры) используются в системах водоподготовки и водоочистки, на пищевых и химических предприятиях, для мониторинга водоёмов, а также и в бытовой технике - в стиральных и посудомоечных машинах, для проверки водопроводной питьевой воды ("из-под крана") и т. д. Мутномер представляет собой оптоэлектронный прибор, который оценивает мутность путём измерения рассеяния света, проходящего через пробу воды, содержащую коллоидные частицы, кстати, в том числе и патогенные.
Чаще всего мутность количественно определяется с помощью нефелометрической единицы мутности (NTU) или эквивалентной формазиновой нефелометрической единицы (FNU) [1]. Нефелометрия относится к процессу направления луча света на образец жидкости и измерения интенсивности света после прохождения через жидкость. Таким образом, в измерителе мутности имеется один источник света, направленный в камеру, где находится проба воды, и один или несколько фотодетекторов, расположенных вокруг камеры. Обычный "однолучевой" мутномер отслеживает только свет, рассеянный частицами, взвешенными в воде, для создания выходного напряжения, пропорционального мутности или взвешенным в воде веществам. Измеритель мутности работает по принципу, согласно которому количество света, прошедшего через образец воды, зависит от количества взвешенных частиц в воде. По мере увеличения общего количества взвешенных твёрдых частиц количество проходящего света уменьшается и соответственно изменяется выходное напряжение датчика, которое пропорционально количеству света.
Рис. 1. Схема прибора для измерения мутности воды
Рис. 2. Датчик мутности TSW-10
Схема прибора для измерения мутности воды, а правильнее сказать, для оценки мутности, изображена на рис. 1. В основе прибора применяется широко распространённый датчик мутности TSW-10 [2], который показан на рис. 2. Этот датчик в основном применяется в стиральных и посудомоечных машинах. Датчик - относительно недорогой и легкодоступный. С увеличением мутности выходное напряжение датчика уменьшается с 4,7 В до 2,7 В, что соответствует мутности 0...2000 NTU [2]. По информации из Интернета, при мутности 5 NTU вода считается чистой. Дифференциальный усилитель DA2.1 убирает постоянную составляющую +2,2 В из выходного сигнала датчика, а усилитель DA2.2 "вычитает" напряжение с выхода DA2.1 из 2,5 В и инвертирует его. Напряжение +2,2 В формирует резистивный делитель R3R4. После такого преобразования интервалу выходного напряжения датчика 4700...2700 мВ соответствует напряжение на выходе усилителя DA2.2 0...2000 мВ, что будет соответствовать мутности 0.2000 NTU.
Встраиваемый милливольтметр PV1 измеряет выходное напряжение усилителя DA2.2, значение которого в милливольтах соответствует мутности воды в NTU. Характеристика преобразования датчика в середине интервала измерения (примерно 1000 NTU) имеет нелинейность до 10% [2], что определяет точность показаний прибора, поэтому мутномер - больше оценочный, чем измерительный прибор. Но для бытовых условий этого вполне достаточно.
Прибор питается от одного гальванического элемента или аккумулятора с номинальным напряжением 1,2...1,5 В. Преобразователь DC-DC DA1 повышает это напряжение до 5 В, которое используется для питания мутномера. Питание дифференциального усилителя - однополярное. Для получения напряжения 10 В, которое используется для питания милливольтметра, служит цепь VD1C2C6, подключённая к повышающему преобразователю DA1 [3]. Милливольтметр PV1 имеет функцию определения разрядки гальванического элемента. При напряжении питания милливольтметра меньше 8 В на дисплее высвечивается слово LOBAT.
Резисторы R3, R4 должны быть с допуском по номиналу 0,5 %, остальные - с допуском 5 %, блокировочные конденсаторы С4, С5, С7 - керамические, оксидные конденсаторы - танталовые.
Поскольку прибор оценочный, то регулировка не требуется.
Литература
1.Единицы измерения мутности. - URL: https://www.ecoinstrument.ru/service/ public/edinitsy_izmereniya_mutnosti/ (02.12.22).
2.TSW-10 Turbidity Sensor. - URL: https:// f.hubspotusercontent40.net/hubfs/ 9035299/AAS-920-479C-Thermometrics-TSW-10-100919-web.pdf (02.12.22).
3.Дабуров Е. Конденсаторные преобразователи напряжения. - Электронные компоненты, 2020, № 3, с. 40-43.
Автор: А. Корнев, г. Одесса, Украина