Датчик кислотности жидкости pH с жидкостью

Датчик кислотности жидкости (pH-метр) — это датчик, позволяющий определить pH (potentia Hydrogenii) уровень жидкостей.

У чистой воды (H2O) при температуре 25 °C нейтральный уровень pH = 7. Чем выше кислотность жидкости, тем ниже её уровень pH, а в щелочных растворах уровень pH выше.

Принято считать, что уровень pH определён диапазоном от 0 до 14, но в действительности у сильно агрессивных сред он может выходить за указанный диапазон.

Характеристики

Напряжение питания модуля: 5 В постоянного тока.

Диапазон измерений: 0...14 pH.

Зависимость напряжения на выходе модуля от pH растворов: 1 pH = 2/7 В.

Температура измеряемых растворов: 0...60 ℃.

Точность измерений: ± 0.1 pH (при температуре 25 ℃).

Время измерений: до 1 мин.

pH уровень (водородный показатель) является отрицательным десятичным логарифмом концентрации ионов водорода в жидкости: pH = - lg[H+]. В воде помимо молекул H2O имеются ионы водорода [H+] и гидроксид-ионы [OH−]. Если их количество равно (нейтральная среда), то концентрация ионов водорода [H+] составляет 10−7 моль/л, следовательно pH = -lg[10-7] = 7.

Если в воду добавить кислоту, то концентрация ионов водорода [H+] увеличится, а гидроксид-ионов [OH−] упадет, следовательно уменьшится pH. Например при увеличении концентрации ионов водорода [H+] до 10−6 моль/л (степень отрицательная), pH упадёт до -lg[10-6] = 6.

Если в воду добавить щелочь, то концентрация водорода [H+] упадёт, а гидроксид-ионов [OH−] увеличится, следовательно увеличится pH. Например при уменьшении концентрации ионов водорода [H+] до 10−9 моль/л (степень отрицательная), pH увеличится до -lg[10-9] = 9.

В основу работы pH-метра заложен ионометрический метод определения pH. Этот метод заключается в измерении ЭДС гальванической цепи включающей специальный стеклянный электрод, потенциал которого зависит от концентрации ионов водорода [H+] в окружающем растворе, см таблицу в разделе «примечание».

Калибровка и измерения

При первом включении pH-метра (и в дальнейшем примерно раз в пол года) его нужно откалибровать. Опустите сенсор pH-метра в нейтральный раствор (раствор хлорида калия KCL, его pH = 7.0), который находится в колпачке pH-метра и поворотом многооборотного потенциометра на плате добейтесь напряжения на выходе модуля в 2 В.

Изменение уровня pH исследуемого раствора на 1 pH приводит к изменению напряжения на выходе модуля на 2/7 В. Значит после калибровки напряжение на выходе модуля 2 В соответствует pH = 7, напряжение 0 В соответствует pH = 0, а напряжение 4 В соответствует pH = 14, см. таблицу в разделе «Примечание». Значит для преобразования считанного с модуля уровня напряжения в уровень pH исследуемой жидкости, достаточно разделить это напряжение на 2/7 или умножить на 3,5: U/(2/7) = U*7/2 = U*3,5.

Для измерения pH исследуемого раствора опустите в него сенсор pH-метра и слегка помешайте, подождите стабилизации показаний в течении 30-60 секунд.

Не опускайте сенсор pH-метра в калибровочную жидкость (раствор хлорид калия KCL в колпачке датчика) после проведения измерений щелочных и кислых сред, так как остатки этих жидкостей на сенсоре pH-метра могут изменить pH калибровочной жидкости. Сначала промойте сенсор в проточной воде и стряхните её остатки, после чего оденьте колпачок с калибровочной жидкостью на датчик pH-метра.

В вольтах указано напряжение на выходе модуля (после калибровки) которое подаётся на вход Arduino. В милливольтах указано напряжение на выходе датчика (разъема BNC) который подключается к разъему BNC модуля.