датчик спиртуозности (емкостной) и чистоты спирта (резистивный) в одном флаконе
Навеяно темой электронного попугая …
Относительная диэлектрическая проницаемость спирта 27
Относительная диэлектрическая проницаемость воды 81 (при 20С)
Вывод – конденсатор, заполненный водой будет иметь емкость в три раза больше чем такой же, но заполненный спиртом.
Например, емкость конденсатора (из фольгинированного текстолита или нержавейки) с пластиной 0,1х0,1 м и расстоянием между пластинами 0,001м будет для спирта 2,39 нФ для воды 7,17 нФ.
Подключаем конденсатор к выходу ардуино через токоограничительный резистор скажем 500кОм и подаем 5В. Через 1 миллисекунду вторым входов ардуино, на котором включен АЦП меряем напряжение. На идеальном спиртовом конденсаторе будет 2,835В а на водяном 1,217В. См. рис. 1.
К сожалению, конденсатор не идеальный, он разряжается через внутреннее сопротивление и тут, неожиданно, подходим к определению головохвостов. Если померять напряжение через время, много большее чем время зарядки конденсатора, скажем через 100мс то можно определить внутреннее сопротивление конденсатора Rc
Rc/R = Uc/(U-Uc). U=5В, R=500кОм (условно), Uc — измеряное напряжение с АЦП.
Внутреннее сопротивление зависит от головохвостов т.е от чистоты спирта, (См. эксперименты руди)
См. рис. 2.
Вот теперь можно выключить напряжение 5В, подождать 1мс , померять остаточное напряжение на конденсаторе и из формулы U = Uc*(1-Exp(-t/T)) (где Uс – начальное напряжение, t — время заряда, Т — постоянная времени, равная R*C найти С. R = 500кОм паралельно Rc = 500кОм х Rc / (500кОм + Rc) ) найти емкость конденсатора. (тут правда вопрос, при (OUTPUT, LOW) соединяет ли ардуина вывод с землей т.е сопротивление близко к нулю ли там отсутствует напряжение и сопротивление бесконечность, мне кажется что ток может втекать в МК т.е первый вариант)
См. рис.3.
Если головохвосты определять не надо то пластинки конденсатора можно покрыть тонким диэлектриком – лак или пленка, тогда резко вырастет внутреннее сопростивление и емкость можно определять как для идеального конденсатора –только по напряжению через фиксированный промежуток времени, без поправки на Rc.
Источник
Электронный спиртометр.Концепция.
Для непрерывного контроля спиртуозности продукта сейчас широко применяются попугаи и спиртометры типа АСП. Уэтой композиции имеется ряд недостатков — громоздкость,хрупкость АСП,большой объем,требуется измерение температуры для коррекции.Эти недостатки мешают ряду применений — автоматика по спиртуозности,ввод спиртуозности в систему автоматики и др.Предлагаю такие решения — замена ареометра на допустим,цилиндр небольшого размера и определенного веса.Цилиндр прикреплен к типа электронным весам ,достаточной точности ,скажем тягой.Как выглядит — коробочка размером 50 х 50 х 30 мм из которой выходит трубка ф15мм длиной 50мм ,тонкостенная ,с отверстием вверху для выхода воздуха.Внутри трубки находится цилиндр и датчик температуры.Сам измеритель веса имеет табло спиртуозности и разъем входа — выхода.Питание внешнее или батарейное.Табло или светодиодное или жк соответственно.Размеры условные.Точность весов позволяет измерять плотность раствора в широких пределах даже при применении небольшого погружного тела с пересчетом в спиртуозность с температурной коррекцией.Устройство вполне можно сделать очень миниатюрным с отделением электронной части,или полностью перенести ее в автоматику.
Эскизик конструкции с системным разъемом для ввода в автоматику или измерительную часть.Термистор — два вывода.Тензодатчик два вывода.
Погружное тело жестко закреплено на тензодатчике.
Добавлено через 16ч. 23мин.:
Сылка на разборку ювелирных весов — ,с 3 минуты показан измерительный тензодатчик.Для нашего случая он может быть раза в два меньше.К сожалению ,сам мало шарю в микроконтроллерах.
Ну и напоследок — спиртометр такого типа прекрасно будет работать внутри ВАКУУМНОЙ инсталяции.
Спиртометр,при массовом производстве не дороже пары АСП и мензурки,имеет табло на три разряда,три кнопки.Вкл.Калибровка — два режима,вес непогруженного цилиндра и вес цилиндра в воде.Третья — спиртуозность,температура раствора,удержание показаний.
Добавлено через 15ч. 37мин.:
Добавлено через 22ч. 44мин.:
По физической формуле определим выталкивающую силу на погруженный в жидкость объем,допустим 1см х 1см х 2см = 0,01 х 0,01 х 0,02 =0.000002 метра кубических.Действующая сила в ньютонах – плотность жидкости х g х объем.Итого для воды – 1000 х 9,8 х 0,000002 =0,0196 Н,для спирта – 0,015484 итого 0,004116 Н.Итого диапазон зменения выталкивающей силы в граммах -0.4116гр.Увеличив объем грузика грубо в 2,5 раза получим 1гр.При разрешающей способности 0,01гр(я думаю она реально больше и зависит от разрядность ацп )получим на один градус – 0,01 гр ,что очень реально,размеры грузика при этом – ф18мм х 20мм.
Выталкивающую силу легко рассчитать по онлайн калькулятору.При диаметре грузика ф16мм х 50мм разница выталкивающей силы при 90гр и 100 гр спиртуозности спирта будет 0,21 гр ,что при разрешении 0,01 гр составляет пол градуса спиртуозности .При разрешении 0,001 гр (как на хороших ювелирных за 900 рублей) количество делений будет 200 ,т е через 0,05 градуса спиртуозности – вполне достаточно даже для онлайн определения (в процессе отбора,автоматически) четкого перехода от голов к телу.Соответственно увеличивая объем погружного тела можно еще более повысить точность.
Посл. ред. 04 Февр. 20, 18:21 от Михал Стаканыч
Источник
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.
При этом схема очень проста, кроме платки Arduino (nano или MiniPro) необходимы
1. дисплей 1602
2. десяток резисторов
3. 5 конденсатор
Сразу замечу: простота схемы потребовала жертв в виде загрубления характеристик и довольно большой нелинейности. Но поскольку прибор проектировался не как кондуктомер общего применения, а сугубо для измерений проводимости в процессе ректификации, где диапазон проводимости спирта в области между головами и телом достаточно узок, это можно считать несущественным.
Поскольку 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
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: 
Conduct_v2. измеритель проводимости спирта на базе ардуино. Приборы и электр(он)ика.
По сборке:
1. номиналы резисторов и конденсаторов надо применять те что указаны.
2. кнопки — опциональны, 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 
CondArduino. измеритель проводимости спирта на базе ардуино. Приборы и электр(он)ика.
Источник
Тестер концентрации алкогольных паров на AVR
Многие знают, что сотрудники автоинспекции в случаях подозрения алкогольного применения используют некий агрегат, про который говорят «дунуть в трубочку». Сегодня попробуем сделать аналог такого устройства на основе датчика MQ-3, только вот не стоит именно в такой ситуации использовать его как эталонный, так как в область его чувствительности находятся не только пары алкоголя, но и пары бензина, метана и гексана, но к этим газам у него чувствительность меньше, максимальный отклик только к алкоголю. Помимо этого есть еще одни грабли — показания датчика также зависимы от внешних факторов, таких как температура, влажность. В случае серьезного подхода в применении алкогольного тестера стоит осуществить компенсацию этих факторов. Вообще же область применения контролем степени алкогольного опьянения не ограничивается, не знаю для чего вообще был разработан этот датчик MQ-3, но их можно применять в местах, где необходим контроль концентрации подобного газа в воздухе, например при перевозке алкогольной продукции такой датчик даст сигнал и повреждении партии продукции (если бутылка разобьется, то алкоголь начнет испаряться и заполнять парами пространство, как только предел будет достигнут — датчик сработает и даст сигнал тревоги водителю или еще кому-то), либо при производстве, требующем расхода спирта, при превышении расхода концентрация в воздухе возрастет и датчик сработает, дав сигнал и снижении расхода и так далее, так алкоголь необходим при производстве парфюмерии. Как обычно применение ограничивается лишь фантазией инженера.
Так вот сам датчик выглядит следующим образом:
Датчик имеет 6 выводов: выводы H — это нить накала (изготовленная из Ni-Cr), пары A и B — это выход сигнала датчика.
Чувствительным слоем для для паров алкоголя в этом датчике является оксид олова, а электроды изготовлены из золота и платины. К слову о цене датчика, этот параметр заметно зависит от материалов, необходимых для изготовления датчика.
- напряжение питания нагревающей катушки — 5 вольт
- напряжение питания датчика — 5 вольт
- мощность нагревающей катушки — до 750 мВт
- сопротивление нагревающей катушки 33 Ом +-5%
- область обнаружения паров датчиком — 0,05 мг/л — 10 мг/л
- потребление тока — примерно 150 мА
Перед полноценным применением датчика в схеме его необходимо прогреть в течении 24 часов, подключив 5 вольт к нагревающей катушке. Это необходимо для стабилизации показаний датчика (видимо стабилизируются химические процессы после процесса изготовления). И таким образом, перед применением датчика, его необходимо немного прогреть. Последующий цикл прогрева после 24 часового периода можно сократить до одной минуты. В процессе работы как раз по причине нагревательного элемента датчик может быть или теплый, или слегка горячий — это нормально.
Конструкция датчика представляет собой некий корпус с выводами снизу и сеточкой сверху. Через сеточку пары алкоголя попадают на чувствительный элемент, где протекает химическая реакция, преобразующая физическую величину в электрическую. По сути чувствительный элемент огражден только сеточкой от внешнего мира, поэтому датчик в целом также чувствителен к физическому загрязнению грязью, пылью и так далее (видимо поэтому приборы а ля «дунуть в трубочку» оснащены как раз трубочкой, чтобы взаимодействовать только с дыханием подопытного, исключая внешние загрязнения, в том числе и газовые).
Датчик MQ-3 можно купить как отдельно только один датчик, так и в виде модуля оснащенного компаратором. Стоимость подобной вещи может варьироваться от 3 долларов и выше в зависимости от настроения продавца. Датчики можно найти на торговых интернет площадках aliexpress и ebay.
Помимо датчика MQ-3 модуль оснащен компаратором, подстроечным резистором для регулирования порога срабатывания компаратора и светодиодом на выходе микросхемы компаратора для индикации достижения порога. Модуль имеет выводы для питания, вывод выхода компаратора и вывод, напрямую подсоединенный к выходу датчика.
Перед началом рассмотрения схемы определителя концентрации необходимо отметить тот факт, что перед использованием показания датчика необходимо обязательно калибровать. Почему? При подключении к питанию датчик в зависимости от содержания алкоголя в воздухе будет давать на выходе пропорциональный уровень сигнала. Так вот чтобы определить как сбалансирована эта пропорция (сколько вольт приходится на концентрацию, скажем в 1 мг/л) необходимо дать датчику именно такую концентрацию (или другую) и определить соотношение. Далее использовать этот коэффициент для преобразования показаний датчика в цифры. Без калибровки точные данные получить можно только наугад или снимать показания характера есть пары алкоголя, их нет, их много, их мало, то есть «на глазок» определить.
Итак, приступим к схеме тестера паров алкоголя:
Схема построена на микроконтроллере Atmega8. Данный микроконтроллер можно использовать как в корпусе DIP-28, так и в SMD исполнении в корпусе TQFP-32. Резистор R4 необходим для предотвращения самопроизвольного перезапускания микроконтроллера в случае появления случайных помех на выводе PC6. Резистор R4 подтягивает плюс питания к этому выводу, надежно создавая потенциал на нем. Для индикации используется жидко кристаллический (ЖК или LCD) дисплей. Мною применен большой дисплей 2004 (4 строки по 20 символов), однако вся информация поместится на дисплее 1602 (2 строки по 16 символов), с этим расчетом была написана прошивка. Переменный резистор R2 необходим для регулировки контраста символов на дисплее. Вращением движка этого резистора добиваемся наиболее четких для нас показаний на экране. Подсветка ЖК дисплея организована через вывод «А» и «К» на плате дисплея. Подсветка включается через резистор, ограничивающий ток — R1. Чем больше номинал, тем более тускло будет подсвечиваться дисплей. Однако пренебрегать этим резистором не стоит во избежание порчи подсветки. Работа схемы предусматривает работу модуля АЦП микроконтроллера, поэтому для его питания необходим дроссель L1 и конденсатор C4 для обеспечения стабильной работы модуля — фильтрации помех по питанию. Резистор R6 необходим для ограничения тока, проходящего через светодиод. К слову, светодиод можно заменить на другой прибор или электрическую цепь срабатывающий при превышении предела концентрации паров алкоголя, установленного посредством кнопок S3 и S5. Интервал регулировки этого параметра составляет плюс или минус 0,05 мг/л за одно нажатие кнопки. Резистор R8 также ограничивает ток, проходящий через нагревательную катушку датчика MQ-3. Это немного снижает максимальный ток через эту катушку и повышает надежность схемы. Сигнал от датчика алкоголя поступает на вход АЦП микроконтроллера, который непрерывно отслеживает потенциал на этом выводе. Далее в микроконтроллере значение АЦП переводится в напряжение и в концентрацию алкоголя с учетом калибровочных коэффициентов (их можно задать кнопками S2 и S4).
Производитель обещает более менее линейную характеристику показаний датчика MQ-3. Это упрощает калибровку, необходимо ввести всего два коэффициента, корректирующих показания. Для этого мы будем использовать простую школьную формулу y=k*x+b, где y — концентрация алкоголя, x — напряжение от датчика, b — смещение рабочего диапазона (при нулевой концентрации напряжение всегда будет больше 0), k — коэффициент перевода напряжения в концентрацию. С коэффициентом k самая большая проблема, потому что его можно задать или придумав из головы, или по сигналу датчика от эталонного источника концентрации. Оба коэффициента можно задать кнопками устройства. Калибровка по b должна происходить при концентрации полностью ноль в состоянии покоя, при нажатии коэффициент b будет сохранен и отниматься от текущего значения, таким образом при нулевой концентрации на экране получится значение ноль, а не какое-либо малое значение (или не очень малое). Коэффициент k задает отношение напряжения к концентрации алкоголя, то есть на сколько вольт придется концентрация в 1 мг/л. Именно при этом значении стоит калибровать устройство (естественно можно и при другой концентрации калибровать, но тогда это нужно предусмотреть в прошивке микроконтроллера).
- текущее значение АЦП микроконтроллера
- напряжение посчитанное с учетом коэффициента b (изначально при включении b=0, необходимо калибровать перед каждым использованием)
- значение предела концентрации, устанавливаемой кнопками устройства
- значение концентрации алкоголя в мг/л пересчитанной через напряжение с учетом коэффициента k
Вся схема будет потреблять около 200 мА или более, поэтому, чтобы не греть воздух предложено использовать импульсный стабилизатор напряжения на микросхеме MC34063. Однако можно применить любой другой стабилизатор или микросхему стабилизатора в соответствии с ее подключением в схему.
Все резисторы в схеме можно применять мощность 0,25 Вт или типоразмера 1206 в СМД исполнении.
Схема была собрана на макетной плате для микроконтроллера Atmega8:
На макете датчик MQ-3 подключен к отдельному источнику питания 5 вольт от другого порта USB компьютера.
Хотя модуль датчика паров алкоголя используется в виде модуля, но используется только вывод, соединенный напрямую с самим датчиком MQ-3. Ничего, кроме него, в модуля больше не используется.
Для программирования микроконтроллера необходимо знать конфигурацию фьюз битов:
К статье прилагается прошивка для микроконтроллера, документация на датчик MQ-3, проект протеус (версия 8) (датчик заменен потенциометром для изменения показаний и их отслеживания), а также небольшое видео, демонстрирующее работу устройства (при поднесении бутылки со спиртом к датчику показания начинают изменяться и при достижении предела загорается светодиод, далее бутылка убирается и показания начинают уменьшаться, однако из-за инерционности датчика показания уменьшаются достаточно медленно, особенно приближаясь к нулю).
Источник