Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Podejście do pomiaru PH gleby na stałe

05 Kwi 2017 21:15 960 5
  • Poziom 18  
    Witam,
    mam oto taki projekt pomiaru PH oraz wilgotności gleby w czujniku,który zamierzam zamontować na stałe . To drugie mierzę za pomocą pomiaru pojemności przy zmianie wilgotności gleby i to działa idealnie (pomiar bezdotykowy, wiec i temat żywotności elektrod odpadł). Potencjalny problem widzę w pomiarze PH. Otóż klasyczny pomiar wygląda tak, że mamy dwie elektrody z próbką referencyjną.
    Obecne rozwiązanie mam oparte o:
    - elektroda złota
    - elektroda cynkowa
    - pomiar na wzmacniaczy wysokoimpedencyjnym >1GOHm

    Dla np wody wartość napięcia na wyjściu to 0.550V
    Dla wodorotlenku sodu ok 0.660V
    Dla kwasu cytrynowego 0.350V
    Pomiar w roztworze wodnym jest nieco niestabilny i wartości często się zmieniaja.
    Zastanawiam się czy jednak zmniejszenie rezystancji wejściowej nie spowoduje większej stabilizacji, ale również większe ryzyko korozji elektrod.

    Co do referencji, to zakładam, że użytkownik zrobi pierwszy pomiar w glebie o ph np 7.4, a następne pomiary będą się do tego odnosiły. Przy pomiarach będę uwzględniał wilgotność gleby, tak aby uwzględniać jedynie odczyty przy zblizonym zawilgoceniu jak podczas pomiaru referencyjnego.


    Co o tym myslicie i czy takie rozwiązanie ma sens?
  • Poziom 31  
    Witam.

    Z tego co wiem to czujniki pH chodzą w zakresach GOMm około 100.
    A co będzie z czujnikiem pH w zimie?

    Czujniki pH stosują miłośnicy morskich akwariów. Poszukaj na ich forach.
    Są tam też ludzie którzy takie tematy przerabiają samodzielnie.
  • Poziom 18  
    Użyłem MCP6L01 i wg. noty to różnicowa impedacja to około 10^13 Ohm.
    W zimie pewnie z racji temperatury można pomiar wyłączyć, cokolwiek się wymyśli.

    Tu temat jest nieco inny bo gleba to nie woda. Zastanawia mnie odporność na korozje, referencja, stabilność.
  • Poziom 21  
    W największym skrócie: To wszystko nie tak i nie ma prawa działać.
    A teraz bardziej szczegółowo:

    1. Powinno być pH, a nie PH, nie ma też takiej jednostki jak GOHm, tylko GΩ (lub słownie gigaom, jeśli nie możesz wstawić Ω) Pewnie to tylko literówki, ale w przypadku jednostek miary to istotne.

    2. Wynik wyrażony w jednostkach pH jest proporcjonalny do logarytmu stężenia jonów wodorowych w mierzonej próbce. Sam pomiar napięcia to nie wszystko, trzeba jeszcze wyznaczyc logarytm.

    3. Te jony wymagają odpowiedniego środowiska, w którym mogą się poruszać. Istnieje powiedzenie, że bez wody nie ma życia. W tym wypadku bez cieczy nie ma pomiaru pH. Gleba musi być choć trochę wilgotna.

    4. To nie tak, że „Otóż klasyczny pomiar wygląda tak, że mamy dwie elektrody z próbką referencyjną”. Klasyczny układ pomiarowy składa się z elektrody pomiarowej i elektrody odniesienia. Obecnie znane są różne konstrukcje elektrod pH (łącznie z czujnikami FET), ale najczęściej stosuje się elektrody kombinowane, w których obie „klasyczne” elektrody są zintegrowane we wspólnej obudowie. Są to na ogól elektrody ze złączem Ag/AgCl z elektrolitem w postaci wodnego roztworu KCl.

    5. Napięcie które mierzysz opisaną przez ciebie metodą ma niewiele wspólnego z pH gleby. Po prostu tworzysz sobie jakieś ogniwo elektrochemiczne i mierzysz jego SEM.

    6. Podczas pomiaru elektrolit z elektrody dyfunduje do mierzonego ośrodka, co powoduje powstawanie wokół elektrody strefy niereprezentatywnej dla pH całej próbki. Z tego powodu w warunkach laboratoryjnych próbka musi być podczas pomiaru cały czas mieszana.

    8. Z opisanego powyżej powodu nie można zostawić elektrody w glebie, żeby mierzyła stale. Istnieją specjalne elektrody do pomiaru pH gleby, o odpowiednio solidnej konstrukcji, z metalową osłoną umożliwiającą wbijanie w ziemię. Wkłuwa się je w glebę, robi pomiar i wyjmuje.

    9. Pomiar napięcia związanego z pH silnie zależy od temperatury (ze względu na zmianę ruchliwości jonów). Z tego powodu pomiar pH wymaga kompensacji temperaturowej i przeliczania wyniku pomiaru do umownej temperatury odniesienia (typowo 20 lub 25 º C, zależnie od przyjętej normy).

    Posumowanie:
    Pomiar pH wymaga odpowiedniego układu (pehametru) z elektrodą pH, ze wzmacniaczem wysokoimpedancyjnym, z przeliczaniem napięcia na jednostki pH według wprowadzonej kalibracji (typowo dwu- lub trzypunktowej) i z kompensacją temperaturową.
    To co zbudowałeś nie ma związku z pomiarem pH.
  • Poziom 18  
    Ad. 2 Chyba nie masz racji, to pH to właśnie już jest logarytm ze stężenia jonów wodorowych i nie trzeba zmierzonego SEM logarytmować. Wykorzystuje równianie Nernsta.

    Ad. 3 Owszem, dlatego pomiar jest uruchamiany jedynie wtedy kiedy czujnik wilgotności wykryje odpowiednio dużą wartość wilgotności.

    Ad. 4 To nic nie wnosi. Budowa może być różna, natomiast nie rozumiem, dlaczego nie można (lub jak to zrobć poprawnie)SEM elektrody referencyjnej zastąpić w obliczeniach. Obecnie wymyśliłem, na podstawie wzoru Nernsta aby zrobić pomiar kalibracyjny w danej temperaturze i pH, a następnie uwzględnić to w pomiarach docelowych (różnica SEM dla pomiaru odniesienie i SEM pomiary docelowego podzielony przez 0.059 - to jest jeszcze korygowane o temperaturę).

    Ad. 5. Wydaje mi się, że się mylisz:
    - mamy dwie elektrody: złotą oraz cynkową - sa to elektrody ogniwa
    - pomiar SEM realizowany przez pomiar napięcia jest jak najbardziej poprawny i wygląda podobnie dla każdego urządzenia; u mnie różnica jest taka, że korekcję temperaturę robie programowo a nie nie w sprzęcie.
    (przykład: http://www.linear.com/solutions/1191)

    Ad. 6. Zauważyłem chyba ten efekt. Na początku wartość napięcia na wyjściu znacznie dryfuje, a po jakimś czasie pozostaje całkiem stała. Dobrałem elektrody odporne na korozje dzięki czemu ten pomiar po początkowych wahaniach jest stały. Co do porównywania roztworu do gleby, to w glebie chyba efekty o którym piszesz jest znacznie mniej odczuwalny.

    Ad. 8. Czy można określić jak długo elektroda (zbudowana jak powyżej opisałem) może przebywać w glebie, aby pomiar był jeszcze przydatny?

    Ad. 9. O to zadbałem.


    Co do podsumowanie, to chyba te wszystkie elementy o których piszesz zostały wykonane. Ale dzięki za opinię.
  • Poziom 21  
    ad 2.
    To skutki nocnego. pisania. Masz rację, SEM jest już proporcjonalna do logarytmu.

    ad. 3.
    Przestrzeń pomiędzy elektrodami ma być wypełniona ośrodkiem przewodzącym, więc trzeba sporo wody.
    W przypadku "prawdziwej" elektrody pH (takiej z elektrolitem) nie znosi ona zbytniego wysuszenia.

    ad. 4 i 5.
    Nie neguje poprawności Twojego pomiaru SEM. Ale to co zbudowałeś jest jakimś ogniwem elektrochemicznym, ale jego SEM zależy od wielu czynników, a tylko częściowo od pH.
    Zastosowanie elektrody odniesienia (w układzie z oddzielną elektrodą pomiarową i odniesienia) lub złącza odniesienia (w przypadku elektrody kombinowanej) ma spowodować, że (w przypadku braku istotnych czynników zakłócających) mierzona SEM ma zależeć tylko od pH. Gdybyś chciał to kompensować programowo to musiałbyś mierzyć wiele parametrów i uwzględniać ich wpływ. W obwodzie z elektrodą odniesienia częściowo "robi się to samo".

    ad. 6.
    U Ciebie nie ma dyfuzji elektrolitu, więc raczej dzieje się coś innego, np. tworzenie się w niejednorodnej glebie przewodzących "kanałów", może elektroliza i pewnie jeszcze wiele innych zjawisk.

    ad. 8.
    Będę konsekwentny i napiszę, że moim zdaniem ten pomiar jet od początku nieprzydatny (bo jego wynik zależy nie tylko od pH).

    I jeszcze sprawa kalibracji elektrody:
    Pehametry laboratoryjne kalibruje się zazwyczaj raz dziennie przed rozpoczęciem pracy.
    Pehamtery przemysłowe pracujące on-line co kilka dnie lub tydzień (w mniej odpowiedzialnych zastosowaniach nawet i rzadziej), a te z automatycznym uzupełnianiem elektrolitu np. raz na miesiąc.
    Pomiary elektrochemiczne na elektrodzie (pH, jonoselektywne, ORP) kiepsko się nadają do prowadzenia ciągłego pomiaru bez częstego wyjmowana elektrody do kalibracji.

    Może nie potrafię Ci tego dostatecznie jasno uzasadnić (nie jetem chemikiem), ale pomiar pH wymaga odpowiedniej elektrody zapewniającej zależność mierzonej SEM od pH (przy możliwie dużym uniezależnieniu do pozostałych parametrów roztworu). Gdyby to było takie proste, jak uważasz, to po co producenci elektrod z całego świata męczyliby się z elektrodami elektrochemicznymi, jeśli wystarczyłoby użyć dwóch elektrod metalowych?