| PiosOne |
| Při přebírání knihovničky jsem narazil na knihu "Akvaristická technika" od K.Krčka. Jedná se sice o starší publikaci, ale to nic nemění na následujícím přínosném návodu na stavbu pH metru: |
|
|
| PiosOne |
Měření hodnoty pH
Velice jednoduché a pro orientační akvaristickou praxi postačující je kolorimetrické stanovení hodnoty pH pomocí indikátorových papírků. Indikátorové papírky se vyrábějí impregnací vhodného savého neklíženého papíru roztokem indikátorového barviva. Indikátorových papírků se vyrábějí různé druhy (lakmusový, fenolftaleinový, kurkumový, univerzální atp.) a pro akvaristiku jsou vhodné takové, které jsou napuštěné směsí indikátorových barviv a které vykazují plynulé a nápadné barevné změny v širokém rozsahu stupnice pH s přijatelnou rozlišitelností pH 5 až 8,5. Všechny indikátorové papírky se musí uchovávat v dobrých (nejlépe původních) obalech na suchém místě nepřístupném světlu. Ve vlhkém prostředí akvaristické pěstírny dlouho nevydrží, ale jsou-li dobře zabaleny a v suchu, jsou použitelné 2 až 4 roky.
Běžné univerzální indikátorové papírky jsou pro akvaristiku příliš „hrubé". Odstupňování pH po 1,0 nepostačuje; minimální rozlišitelnost by měla být alespoň po 0,3 lépe po 0,2.
Lachema, n. p., Brno vyrábí mj. indikátorové papírky s označením „Phan" a „Multiphan", které jsou pro měření pH akvarijní vody vyhovující.
Papírky Phan jsou pásky papíru napuštěné napříč na středním pruhu roztokem příslušného indikátoru a po obou stranách indikátorového pruhu mají natištěnou barevnou stupnici pro okamžité srovnání. Vhodně vybraný papírek (podle rozmezí pH, které nás zajímá) ponoříme do prověřované vody (na 2 sekundy), a to tak, aby byly navlhčeny i všechny natištěné srovnávací proužky. Po vyjmutí z vody položíme vlhký papírek na suchou bílou porcelánovou desku nebo misku a porovnáme zabarvení indikátorového proužku s barevnými tóny srovnávacích proužků. Na stupnici, pro každý druh papírku přiložené v obalu, vyhledáme hodnotu pH odpovídající výslednému zabarvení. Průměrná přesnost měření je ±0,15 pH.
Pro široké rozmezí praktické potřeby byla uvedena do prodeje sada osmi indikátorových papírků Phan pod označením Multiphan. Sada je určena pro rozmezí pH od 1,0 do 13,1, což je pro akvaristické aplikace nadbytečné. Ze sady Multiphan si proto vybereme pouze proužky, které odpovídají našim potřebám.
Přesněji se hodnota pH stanoví dalšími kolorimetrickými metodami. Kolorimetrické stanovení koncentrace vodíkových iontů je založeno na tom principu, že acidobazické indikátory (vesměs organická barviva) mění v určitých oblastech pH své zabarvení, a to právě se změnou koncentrace vodíkových iontů v roztoku. Vhodnou volbou indikátorů i pracovního postupu lze pak poměrně jednoduše, rychle a dostatečně přesně určit hodnotu pH.
V běžné praxi se používá tzv. vizuální kolorimetrie (na rozdíl od vysoce objektivních fotometrických metod), která spočívá ve srovnání zabarvení zkoumaného roztoku s roztokem, kterému říkáme standard. Nejjednodušším zařízením pro vizuální kolorimetrickou metodu je sada zkumavek stejného průměru a z téhož druhu skla, umístěná ve stojánku. Roztoky se pozorují a hodnotí proti bílému podkladu v procházejícím nebo dopadajícím světle. Srovnává se zabarvení vyšetřované kapaliny vzniklé přísadou vhodného indikátoru, se zabarvením stejného objemu roztoku o známém pH (sada zkumavek). Jako srovnávací roztoky mohou sloužit tzv. „pufry"*1), jejichž pH bylo zjištěno pečlivým elektrometrickým měřením (v podrobnostech odkazujeme na odbornou literaturu).
*1
V praxi je možné vytvořit roztoky, které se „brání" změnám pH, které by za normálních okolnosti vyvolávalo přidáni silné zásady nebo kyseliny. Pro roztoky, které mají tuto vlastnost, se začalo v literatuře používat názvu „tlumič" (tlumí výkyvy pH), nebo „regulátor" (změnou složeni lze regulovat pH), nebo „ústojný roztok" (pH je ustáleno na konstantní hodnotě). V laboratořích se jim však běžné říká „pufr" (z buffer solution).
Kromě jednotlivých acidobazických indikátorů lze používat i jejich směsi. Patří sem tzv. univerzální indikátory, z nichž je u nás nejpoužívanější indikátor, který navrhl F. Čůta a K. Kámen (proto název „Čůta-Kámen"). Příprava indikátoru je relativně náročná, a proto roztok zakoupíme (výrobce Lachema, n. p., Brno). Barevný sled tohoto univerzálního indikátoru přechází z tmavě červené přes červenou, oranžovou, žlutou, zelenou, zelenomodrou, modrofialovou a červenofialovou až do tmavě červené (s pH rostoucím od 1,2 do 12,2). K roztoku indikátoru je dodávána srovnávací tabulka, která obsahuje 30 barevných proužků s připojenými hodnotami pH. Porovnáním měřeného roztoku (např. akvarijní vody zbarvené univerzálním indikátorem) s odpovídající barvou na stupnici zjistíme hledané pH. V praxi se většinou na 10 ml vyšetřovaného roztoku přidává 0,2 ml univerzálního indikátoru. Odečtená přesnost hodnoty pH je 0,1 až 0,2 jednotky pH.
Různé univerzální a směsné indikátory používá řada výrobců pro výrobu jednoduchých souprav, sloužících k rychlému stanovení hodnoty pH. Soupravy vždy obsahují lahvičku s indikátorem, kapátko (může být nahrazeno uzávěrem lahvičky), odměrnou nádobku (zkumavka nebo plastová nádobka s označením objemu) a porovnávací barevnou stupnici. Na obrázku 79 je čs. souprava Terra Test; na obr. 80 testovací soupravy fy Tetra Werke (souprava pro měření pH je vpravo). Na závěr ještě připomínku: indikační roztok v lahvičce dobře uzavíráme, aby se neodpařovalo rozpouštědlo (např. methanol) - jen tak zajistíme jeho stálost.
Indikační roztoky a jejich aplikace v akvaristice jsou dobrým pomocníkem, ale ten, kdo určuje hodnotu pH vody mimořádně měkké, destilované nebo demineralizované (např. o vodivosti pouze 5 až 10 μS - viz dále), může se při použití výše uvedených metod dopustit chyby ve výsledku. Tyto „panenské" vody jsou již velice snadno ovlivnitelné nakapáním roztoku indikátoru, který v tomto případě působí jako ústojný roztok (pufr) a tím může zkreslit výsledek měření. Při určování hodno ty pH „zaběhnuté" akvarijní vody je však tato připomínka bezpředmětná.
Výhodné a optimální je měření hodnoty pH tzv. acidometrem, neboli elektronickým měřicím přístrojem koncentrace vodíkových iontů. Za normálních okolností jsou tato zařízení obtížně získatelná, drahá a těžko přenosná. V dalším textu však uvedeme návod na zhotovení zcela dostupného a relativně dobrého elektronického pH-metru.
Když jsme definovali hodnotu pH, zmínili jsme se o tom, že čím je roztok kyselejší, tím více vodíkových iontů obsahuje, a naopak. Ponoříme-li do tohoto roztoku speciálně upravenou elektrodu, vzniká „tlakem" iontů mezi elektrodou a roztokem napětí, jehož velikost je úměrná koncentraci vodíkových iontů, vzniklých disociací roztoku. Toto napětí označíme UM (napětí měřící elektrody) a jeho vznik si ověříme na obr.81 a.
Vzhledem k tomu, že UM vzniká jako rozdíl elektrických potenciálů mezi měřící elektrodou a daným roztokem, měla by se pro měření do roztoku ponořit ještě jedna vztažná elektroda s nulovým potenciálem. To se však v praxi obtížně provádí, a proto se místo elektrody s nulovým potenciálem používá normálová (referenční) elektroda, která má stálé (konstantní) napětí (označené UK), a to při jakékoli kyselosti (zásaditě) měřeného roztoku. Napětí UK se tedy nemění a výsledné napětí (změřené mezi neponořenými konci obou elektrod) má pak velikost
U=UM-UK
Toto napětí je měřitelné stejnosměrným voltmetrem s malým měřicím vstupním rozsahem, ale s vysokým vstupním odporem. Celá situace je znázorněna na obr. 81b, kde výstupní napětí obou elektrod U je zavedeno na vstupní svorky stejnosměrného voltmetru V a tvoří tak současně vstupní měřené napětí, interně voltmetrem snímané ze svého vstupního odporu RiV. Měřené napětí U pak postačí zesílit v zesilovacím stupni Z, na který navazuje měřicí přístroj MP, ocejchovaný v hodnotách pH. Tím jsme v podstatě vytvořili elektronický pH-metr.
Zmínili jsme se již, že stejnosměrný voltmetr, který nám při vhodném komplexním uspořádání poslouží jako pH-metr, musí mít vysoký vstupní odpor.
Důvod je prostý:
-vnitřní odpor měřící elektrody (zvolíme tzv. skleněnou elektrodu) je 100 až 150 megaohmů; jedná se tedy o vysokoohmovou elektrodu s RiM = (1 až 1,5) * 10^8 Ω;
-vnitřní odpor referenční elektrody (zvolíme tzv. kalomelovou elektrodu) je řádově 10^1 Ω; jedná se tedy o nízkoohmovou elektrodu, jejíž vnitřní odpor RiK je vzhledem k velikosti RiM zanedbatelný (elektrody jsou zapojeny sériově);
-s ohledem na požadovanou přesnost měření (teoreticky 1 %, tj. 1/100 úbytku měřeného signálu z titulu jeho zatížení) musí být vstupní odpor voltmetru RiV nejméně o dva řády (tj. o 10^2) větší, než je celkový vnitřní odpor zdroje signálu RiM + RiK);
-protože RiK lze zanedbat, jelikož RiM = (1 až 1,5) * 10^8 a protože RiV musí být nejméně o 10^2 vyšší než RiM + RiK, vychází RiV nejméně 10^10 Ω.
Vytvoření vysoké vstupní impedance (vysokého vstupního odporu RiV) stejnosměrného voltmetru je nejnáročnějším požadavkem na konstrukci pH-metru. Teoreticky je možné osadit vstup měřicího přístroje kvalitními integrovanými obvody (např. západoněmeckým operačním zesilovačem typu XJZT-723 nebo některým z tuzemských hybridních integrovaných obvodů řady WSH), ale tyto součástky nejsou u nás běžně dostupné a navíc jejich vstupní impedance dosahuje až 10^15 Ω, což je pro daný účel zbytečné.
Proto byl při návrhu prezentovaného přístroje vstup zesilovače osazen dvojicí MOS polem řízených tranzistorů s kanálem P (typové označení KF 552). Protože je to choulostivá součástka, věnujeme zvýšenou pozornost jejímu zapojení a nejdříve si prostudujeme tab. 11.
Běžné tranzistory jsou tzv. bipolárního typu, což kromě jiného znamená, že proudy všech tří elektrod jsou navzájem galvanicky spojeny a každý z nich má vliv na oba zbývající. Naproti tomu u tranzistoru unipolárního je proud mezi dvěma elektrodami ovládán prostřednictvím napětí elektrody třetí a je tvořen jen nosiči jednoho typu. Srovnatelná situace je u elektronek - v případě unipolárního tranzistoru neexistuje galvanické spojení mezi ovládací mřížkou a ostatními elektrodami. Jedná se o tranzistor řízený elektrickým polem (Field Effect Tranzistor), který krátce označujeme FET. Různé typy tranzistorů FET se liší nejen mechanickým uspořádáním, ale i způsobem funkce. Důležité je, jakým způsobem je odděleno hradlo od základní destičky. Je-li odděleno izolační vrstvou (IGFET), je vstupní odpor hradla řádu 10^14 Ω i více a je-li izolační vrstva zhotovena z oxidu, jde o tzv. MOSFET. Podle způsobu funkce rozlišujeme tranzistory FET s vodivým kanálem typu P nebo N.
Tranzistory FET se ve výrobě ukládají do pouzdra podobně jako běžné tranzistory bipolární. Při koupi FET tranzistoru si však všimneme snímatelného kovového kroužku, který navzájem zkratuje všechny vývody a chrání tak izolační vrstvu hradla před průrazem elektrostatickým nábojem nebo špatně izolovanou pájecí pistolí. Tento kroužek se smí odstranit až po zapájení (po zasunutí do soklu) tranzistoru FET do obvodu. Hradlo chráníme proti přepětí i za provozu tranzistoru různými zapojeními (diodami, Zenerovými diodami, miniaturními doutnavkami), ale tato zapojení většinou snižují výsledný vstupní odpor MOSFET, což je při použití těchto tranzistorů ve vstupních obvodech měřicích přístrojů nepříjemné.
Na tabulce 11 si všimneme zapojení součástky, která sdružuje dva MOS polem řízené tranzistory s kanálem P. Prostudujeme si označení jednotlivých vývodů (v obrázku vnitřního zapojení) a porovnáme je se souvisejícím obrázkem (pouzdro a uspořádáni vývodů). Tabulka dále obsahuje vybrané provozní a mezní hodnoty. Podrobný přehled není nadbytečný, je nutné si uvědomit, že jde o velmi choulostivý vstupní obvod našeho budoucího mořicího přístroje a při zanedbání některých zdánlivých maličkostí se celé naše snažení rozplyne vniveč.
Z tabulky 11 vyplývá, že maximální závěrné napětí kolektoru proti emitoru (- UCEM) Je 10 voltů s vazbou na kolektorový proud (ICE) 10 µA. Tento údaj je nutno brát s rezervou, protože při ICE = 10 µA může být UCE vyšší než 10 V. Výrobce tranzistoru MOSFET KF552 si samozřejmě ponechává v údajích určitou rezervu, ale než začneme stavět elektronický pH-metr, necháme si pro jistotu přeměřit závěrné napětí UCE u obou vestavěných tranzistorů. V každé součástkové základně existuje určitý rozptyl hodnot a v našem případě by se mohlo stát, že právě námi použitý prvek by pracoval na hranici svých závěrných parametrů a nemusel by vydržet předpokládaný provoz. Nemáme-li sami dostatek zkušeností, požádáme o pomoc zkušeného odborníka - elektronika.
Nyní již budeme věnovat pozornost vlastnímu zapojení elektronického pH-metru, a to v souladu s obr. 82a.
Na vidlici („samečka") rozebíratelného radioamatérského konektoru K připojíme tenkým stíněným kabelem skleněnou elektrodu (SE) a kalomelovou elektrodu (KE). Skleněná elektroda je připojena na vnitřní lanko; kalomelová elektroda je připojena na stínící měděné opletení kabelu. Konektorovou vidlici si zakoupíme ještě jednu a pro potřeby budoucího nastavení přístroje k ní připájíme odpor Rx o hodnotě 10^5 Ω (obr. 82a vlevo dole).
Vlastní milivoltmetr pracuje jako stejnosměrný zesilovač v můstkovém zapojení (vstup tvoří KF 552). Integrovaný obvod 10 je zapojen jako diferenční zesilovač. Zapojení jako celek se vyznačuje velkým vstupním odporem (větším než 10^11 Ω), což pro náš případ plně vyhovuje.
Zpětná vazba je zavedena z výstupu IO (uzel mezi rezistorem R13 a trimrem P3) do řídicí mřížky G1II, a to přes odporový dělič R14 a R15, který určuje celkové zesílení (samozřejmě počítáme s dobrou stabilitou sdruženého tranzistoru KF 552).
Rezerva v zesílení zesilovače je značná, takže citlivost přístroje lze měnit v širokých mezích odporovými trimry P3 a P4. Tyto trimry současně slouží ke kalibraci přístroje na použitou stupnici pH. Z toho vyplývá, že měřicí přístroj MP nemusí být určitého typu, ale je možné použít jakýkoli přístroj pro měření malých proudů v rozmezí ±25 µA až 0,5 mA (500 µA). Znaménka ± znamenají, že ideální přístroj je s nulou uprostřed, kteroužto polohu v budoucnu s výhodou použijeme pro neutrální hodnotu pH (pH 7).
Napětí kalomelové elektrody je nutno kompenzovat úměrným rozvážením symetrie IO, což provádíme odporovým trimrem P2. V praxi to znamená, že při přepnuti tlačítka na panelu přístroje do polohy „měření" se souvisejícím přepínacím kontaktem Př 1b poruší symetrie IO právě o tolik, o kolik je porušena symetrie (ale v opačném smyslu) napětím kalomelové elektrody (typické napětí kalomelové srovnávací elektrody je 245 mV). Protože Př 1a a Př 1b jsou mechanicky spojeny, zruší se současně rozpojením kontaktu Př 1a uzemnění G 1I (přes rezistor R4), kterým je chráněn vstupní tranzistor součástky KF 552 před náhodným zničením při poloze „nulování" (zničení vstupního tranzistoru může způsobit elektrostatický náboj).
Celý systém je napájen symetrickým stejnosměrným stabilizovaným zdrojem 2 x 15 V. Vytváří jej kompenzovaný systém Zenerových diod (D5, D6) se zemí uprostřed. Jejich pracovní rezistory (R1, R2) jsou připojeny na napájecí svorky (A, B).
Součástí schématu na obr. 82a je klasický napájecí zdroj sestávající z transformátoru (Tr), usměrňovače (Dl až D4) a z filtračního kondenzátoru (C1). Protože ne každému je dostupný asi pětiwattový transformátor s převodem 220 V na 45 až 50 V (podle následné filtrace), uvádíme na obr. 82b další typ napájecího zdroje, který vychází z běžného zvonkového transformátoru s napěťovým převodem 220/8/5 V (např. typ 0156). Jedná se o zapojení, kterému se říká „napěťová násobička" a které je realizováno řetězcem diod a elektrolytických kondenzátorů ve speciálním zapojení (C101 až C104 a D101 až D104). Tento další typ napájecího zdroje má svůj výstup o úrovni asi 50 V stejnosměrných opět připojen k napájecím svorkám pH-metru (viz svorky A, B).
Konstrukce pH-metru je optimálně proveditelná na dvou deskách s plošnými spoji. Na jednu desku doporučujeme soustředit součástkovou základnu zdroje; na druhou obvody vlastního pH-metru. Deska zdroje má připojovací místa pro síťové napájení a pro výstupní napájecí svorky A a B. Napájecí svorky A a B jsou spojeny dvoužilovým kabelem se svými protějšky (A, B) na desce pH-metru. Tato druhá deska musí mít připojovací místa, která se stíněným lankem spojí s konektorem K a tím se zajistí budoucí připojení skleněné a kalomelové elektrody (kalomelová elektroda je připojena na rozvod „země" celé desky pH-metru). Dalších osm připojovacích míst desky pH-metru slouží k připojení návazné součástkové základny, která není umístěná na této desce. Jsou to: potenciometr P l (tři připojovací místa), přepínače Isostat Př 1 a Př 2 v kombinaci s měřicím přístrojem MP, na kterém může být přímo naleto-ván kondenzátor C2 (celkem pět připojovacích míst). Pro výše uvedené vývody se výborně hodí čtyřkolíkový a osmikolíkový konektor „Modeta". Desky s plošnými spoji jsou zabudovány do vhodné skříňky pro radioamatéry. Na zadní panel skříňky umístíme síťovou (tzv. přístrojovou) zásuvku, pojistkové pouzdro pro tavnou trubičkovou pojistku Po a tříkolíkový konektor pro připojení elektrod K. Do předního panelu skříňky zabudujeme síťový hlavní vypínač HV (může patřit do tlačítkové kombinace), signálku S, nulovací potenciometr P 1 s otočným knoflíkem, měřicí přístroj MP a tlačítkovou soupravu ISOSTAT Př 1 a Př 2. Má-li celé zařízení pomocné napájení z baterie, musíme na přední nebo zadní panel skříňky ještě instalovat pomocný přepínač pro výběr napájecího napětí (ze sítě nebo z baterie), a to v zapojení, které vylučuje současnou činnost obou zdrojů.
K osazování desek s plošnými spoji a k práci s rezistory, kondenzátory, potenciometry a s polovodičovými součástkami se již nebudeme vracet. Jsou dostatečně popsány v řadě odborných i populárních příruček a m.j. spolu s uspořádáním vývodů lineárního zesilovače MAA 502 v publ. Krček: Akvaristická elektrotechnika.
Použijeme-li měřicí přístroj MP příkladného typu MP 80 s nulou uprostřed, přelepíme jeho stupnici novou stupnicí, kterou zhotovíme podle obr. 83. Stupnici měření hodnoty pH uděláme záměrně dvourozsahovou (pro hrubší a jemnější měření). Čelní panel (zejména u tlačítkové soupravy) opatříme popisovými symboly, které provedeme např. z obtisků „Propisot". Je důležité správně označit zejména hlavní vypínač HV (popř. přepínač síť-baterie), tlačítko ovládající Př l a a současně Př 1b (např. symbolem Tl 1, nebo „Nulování — měření") a tlačítko ovládající přepínač Př 2 (např. symbolem Tl 2 nebo „Rozsah").
K celému zařízení si pořídíme přesné schéma, které si pečlivě uschováme.
Nastavení elektronického pH-metru:
-Nejdříve oživíme desku napájecího zdroje. Na napájecích svorkách musí být asi 50 V stejnosměrných (na svorce A plus), transformátor Tr nesmí hřát a kontrolujeme-li odběrový proud zdroje ze sítě, musí to být minimální proud, daný činností nezatíženého zdroje.
-Propojíme desku zdroje s úplně osazenou deskou vlastní elektroniky pH-metru.
-Činnost zesilovače prověříme nejprve v režimu „Nulování" (dáno polohou tlačítka Tl 1 a kontaktů Př 1a a Př 1b). Odporové trimry P3 a P4 nastavíme na největší odpor (minimální citlivost přístroje), přerušíme spoj Př 1b-P2, stiskneme tlačítko Tl 1 (kontakt Př 1a je sepnut a chrání tak vstup KF 552 - poloha „Nulování") a nulovacím potenciometrem P1 zkusíme vynulovat měřicí přístroj (hodnota pH 7).
-Po úspěšném vynulování přístroje zasuneme do konektoru K pomocný protikus s naletovaným rezistorem Rx (řádově 10^5 Ω). Dále rozpojíme kontakty ovládané tlačítkem Tl 1 (poloha „Měření") a na vstupní svorky pH-metru (konektor K-svorky 1, 3) přivedeme z pomocného zdroje (např. baterie, odporový dělič s potenciometrem a milivoltmetr pro kontrolu napětí - postačí Avomet II) kalibrační napětí. Velikost tohoto kalibračního napětí je dána maximální výchylkou měř. přístroje MP, a to na citlivějším rozsahu přístroje.
Protože závislost napětí měřicí skleněné elektrody na velikosti pH při dané teplotě je dána tab. 12, snadno stanovíme velikost kalibračního napětí pro výchylku přístroje z pH 7 na pH 9 pro nejobvyklejší teplotu 20 °C:
pro pH 9 .... potenciál 523,44 m V,
pro pH 7 .... potenciál 407,12 m V,
„zdvih" o pH 2 . potenciál 116,32 mV
Napětí 116,32 mV přivedené na svorky konektoru K tedy způsobí výchylku měřicího přístroje. Tlačítko Tl 2 („Rozsah") je stisknuto do polohy citlivějšího rozsahu (Př 2 je v této poloze sepnut a zkratem přemostí trimr P4). Citlivost přístroje lze v této situaci ovlivnit trimrem P3, který nastavíme tak, aby se ručička na stupnici měřicího přístroje kryla s číslem 9 (pH 9 na pravé spodní stupnici).
-Přepnutím tlačítka Tl 2 („Rozsah") na hrubší měření (bude platit horní stupnice o rozmezí pH 2 až 12) se rozpojí Př2 a odpor trimru P4 se uplatní jako další předřadný odpor měřícího přístroje. Snižováním odporu trimru P4 nastavíme ručičku měřícího přístroje na číslo 9, ale na horní stupnici. Měř. přístroj má v této situaci přesně poloviční citlivost.
-Po dílčím nastavení citlivosti měřicího přístroje ještě musíme respektovat vliv kalomelové elektrody na systém měření, tedy musíme nastavit kompenzaci kalomelové elektrody (o této záležitosti jsme se již zmínili). V první fázi odstraníme z konektoru K kalibrační napětí. V další propojíme spoj mezi Př 1b a trimrem P2, kterým se v poloze tlačítka Tl 1 pro „Měření" rozváží zesilovač, a to změnou poměrů odporů na svém nulovacím vstupu.
Protože je nám známo, že typické napětí kalomelové elektrody je 245 mV, musíme korigovat posun hodnoty pH o 4,2. Znamená to, že trimrem P2 musíme při výše uvedené situaci otáčet tak dlouho, až výchylka stupnice na hrubším rozsahu (Př 2 je rozpojen) zaznamená číselnou hodnotu pH 7+4,2 = 11,2.
Tímto postupem je ukončeno přednastavení elektronického pH-metru. Pro zvýšení přesnosti následných měření doporučujeme porovnat a donastavit námi zhotovený přístroj podle spolehlivého laboratorního pH-metru. Můžeme též přístroj kalibrovat pomocí přesných „pufrů". V obou případech náš přístroj kalibrujeme alespoň při třech různých hodnotách pH.
Skleněnou ani kalomelovou elektrodu sami nesestavujeme, ale koupíme je. Nikdy nekupujeme tzv. kombinované elektrody, protože jsou velice drahé a pro naše použití bohatě postačí individuální základní elektrody.
Skleněná elektroda (indikační k elektrodě kalomelové) je naplněna fosfátovým „pufrem" o hodnotě pH 5,9, který je uvnitř skleněné baňky z elektrometrického skla. Mírné, částečky nerozpuštěného chloridu stříbrného v „pufru" nejsou na závadu měření.
Skleněnou elektrodu je třeba chránit před nárazy, protože její baňka je tenkostěnná. Před prvním měřením odstraníme z baňky ochrannou vrstvu parafínu např. tak, že ji krátce ponoříme do acetonu a převedeme do destilované vody přes alkohol. Pak ponoříme novou, ještě nepoužitou elektrodu v části její baňky asi 30 mm hluboko do destilované vody a podle doporučení výrobce ji tam ponecháme 12 až 24 hodiny. Teprve takto ošetřená elektroda je schopna měření. Elektroda již nikdy nesmí oschnout, znehodnotila by se a nebyla by již použitelná k dalšímu měření. Ideálním roztokem k jejímu přechovávání je destilovaná voda.
Kalomelová elektroda se používá ke skleněné elektrodě jako referenční (vztažná). Oblast měření je v rozsahu pH 0 až 14; závislost na teplotě je 0,55 mV/1 °C.
Před měřením je třeba z kalomelové elektrody sejmout ochrannou čepičku z plastu. Náplň KCl (nasycený roztok při 20 °C) musí být vždy v dotyku s kalomelem, který je ve skleněné trubičce přibližně uprostřed celé elektrody. Pokud KCl vykrystalizuje na povrchu elektrody, není to ničemu na závadu. Stačí povlak krystalů opláchnout nebo otřít navlhčeným hadříkem a elektroda si nadále uchová svou funkci. Důležité je, aby KCl stále zaplavoval kalomel.
Při měření mimořádně teplých roztoků (což za normálních okolností v akvaristice nepřichází v úvahu) může měřená kapalina vzlínat do elektrody a znehodnotit náplň KCl. Proto je zapotřebí stav náplně občas kontrolovat, případně ji doplnit nebo vyměnit. Slouží k tomu otvor v horní části elektrody, překrytý pryžovou hadičkou. Jakost náplně kontrolujeme běžným změřením známého, např. standardního roztoku.
Abychom chránili obě elektrody potřebné k měření hodnoty pH před poškozením a abychom jim zajistili správné podmínky pro přechovávání, zhotovíme si pro ně pouzdro podle obr. 84. Velikost pouzdra je dána konkrétním typem elektrod, ale provedení zůstává pro všechny případy stejné. Vycházíme z toho, že měřicí část skleněné elektrody musí být trvale ponořena do destilované vody a nesmí nikdy oschnout, zatímco kalomelovou elektrodu je vhodné přechovávat suchou nebo v nasyceném roztoku KCl.
Pouzdro je vytvořeno dvěma soustřednými trubkami z plastu, nalepenými na kruhovou základovou desku. Horní vnější část širší trubky je opatřena závitem. Závitovým protikusem je kruhová deska s osazením. Tato deska tvoří víko pouzdra a jsou v ní provrtány dva otvory: jeden v ose - slouží pro těsný úchyt skleněné elektrody, druhý orientovaný na prostor mezi trubkami pouzdra (půdorysně mezikruží) - slouží k těsnému uchycení kalomelové elektrody. Střední prostor pouzdra je naplněn destilovanou vodou; meziprostor je buď prázdný, nebo je naplněn nasyceným roztokem KCl. Elektrody se nedotýkají dna pouzdra a lze jimi spolu s víkem volně otáčet.
Při měření je nutné s elektrodami zacházet velice opatrně. Zvláště skleněná elektroda má tak tenkou baňku, že ji nelze postavit ani do nádobky, o které předpokládáme, že je naprosto čistá. Elektrodu znehodnotí i její poškrábání.
Aby se elektrody nepoškodily při měření, vkládají se do košíčku z plastu, který umožňuje jejich styk s měřenou vodou a současně elektrody chrání. Elektrody lze mezi sebou vzájemně a i ve vazbě na košíček fixovat např. pryžovými kroužky.
Skleněná a kalomelová elektroda tuzemské výroby jsou na obr. 85.
Závěrem ještě několik důležitých skutečností, na které bychom neměli při práci s naším elektronickým pH-metrem zapomenout:
-I když je pH-metr vypnutý (není k němu připojeno pracovní napětí), ponecháváme tlačítko Tl 1 v poloze „Nulování". Vstupní tranzistor tím chráníme před poškozením.
-Elektrody ponořujeme do měřené vody jen tehdy, je-li tlačítko Tl 1 v poloze „Nulování". Nikdy nevíme, není-li mezi měřeným vzorkem a přístrojem rozdíl nábojů, který by při tlačítku Tl 1 v poloze „Měření" mohl ohrozit vstupní tranzistor.
-S měřením nepospícháme. Přístroj necháme po připojení k pracovnímu napětí tepelně ustálit. Postačí k tomu doba chodu přístroje asi 15 minut, teprve potom ho vynulujeme (nastavíme hodnotu pH 7) a měříme.
-Po přepnutí tlačítka Tl 1 z polohy „Nulování" do polohy „Měřeni" odečítáme údaj hodnoty pH na stupnici přístroje až po uplynutí několika desítek sekund. Elektrody mají setrvačnost (zvláště starší elektrody) a s tím je nutno počítat.
-Před měřením i po měření obě elektrody opláchneme destilovanou vodou.
-A nyní to nejdůležitější: vzorek akvarijní vody měříme v čisté nádobce bez přítomnosti dalších zařízení. Nikdy neměříme hodnotu pH vody přímým ponořením elektrod do akvária. Kapacitní nebo odporová vazba síťového napětí a akvarijní vody (jinak zcela neškodná) uskutečněná např. prostřednictvím topného tělíska může spolehlivě zničit vstupní tranzistor pH-metru. |
|
|
| PiosOne |
| Tabulka 10. Vliv reakce vody na akvarijní ryby |
|
|
| PiosOne |
Obr. 81. Elektronický pH-metr
a) vznik napěti na měřicí elektrodě (UM);
b) blokové uspořádání pH-metru (UM - napěti na měřicí elektrodě; UK – konstantní napěti na referenční elektrodě; RiM - vnitřní odpor měřici elektrody jako zdroje napětíi UM; RiK - vnitřní odpor referenční elektrody jako zdroje napětí UK; V - voltmetr; RiV - vstupní odpor voltmetru; Z - zesilovací stupeň; MP - měřicí přistroj; U - vstupní napěti voltmetru)
|
|
|
| PiosOne |
| Tabulka 11. Důležité údaje dvojice MOS polem řízených tranzistorů s kanálem P. Materiál: křemík - typ KF 552 |
|
|
| PiosOne |
| Obr. 82a. Schéma zapojení elektronického pH-metru |
|
|
| PiosOne |
| Obr. 82b. Napájecí zdroj pro elektronický pH-metr zhotovený ze zvonkového trabsformátoru a násobičky napětí |
|
|
| PiosOne |
| Obr. 83. Návrh stupnice elektronického pH-metru |
|
|
| PiosOne |
| Tabulka 12. Závislost napětí měřící skleněné elektrody na velikosti pH při dané teplotě |
|
|
| PiosOne |
| Obr. 84. Pouzdro pro přechovávání skleněné a kalomelové elektrody |
|
|
| deno |
| hmmm, tak tohle už teda jako ANI NAHODOU nepostavim... |
|
|
| PiosOne |
| to je nás více, ale třeba se někdo najde a udělá jich více kusů, kdoví |
|
|
| PiosOne |
| realist: díky. snažím se :) |
|
|
| Malafon |
| No konečně je tady jednoduchý - primitivní návod jak si i dítě může doma z merkuru vyrobit pH metr :D |
|
|
| Myšak |
| tož to je mazec K+ Vyčerpavajici navod ale ja jsem z toho stejne porad blbej zdarec |
|
|
| R0[kEt |
| nice reknu strejcovi(elektrikar) at mi to postavi:)k+ |
|
|
| AmOc |
| no tak to je dobra knizka jo a dikec ze ses nami o to podelil hned az dodelam jeden muj projekt tak se snim tez pochlubim jestejednou dik moc dobry :) |
|
|
| PiosOne |
| amoc: jsem rád že jsem se o to mohl podělit. těším se až to budeš mít hotové -> určitě se pochlub, K+ tě nemine |
|
|
| Shadow |
| tjn, já sem to zhulenej ani nedočet, je toho moc, možná kdybys vynechal těch prvních 7695968 odstavců, tak bych měl sílu se podívat na ty plánky a postavit to. |
|
|
| PiosOne |
lucky: no jo no, taky pouštět se do toho zhulený je jenom pro řácké elektrikáře jako Viridis :)
shadow: nic si z toho nedělej, já to sice četl, ale že bych všemu z toho rozuměl, to říct nemůžu |
|
|
| Pesbliz |
| diky za skvely popis a napad |
|
|
| mydena |
| Taky se přidávám a dávám Ti zaslouženou K+ |
|
|
| rajce |
Navod je super, ale stejne tam musis dat sklenenou elektrodu a pokud jimas, tak je mozna jednodussi pozeptat se po spec. bazarech nebo prodejnach po nakym mericim pristroji, ke kterymu to jenom pripojis....... takze to ve vysledku vyde (pocitam ze kupujes vsechny soucastky novy) skoro na stejno.....
Rozhodne je ale radost merit si vlastnim vyrobkem....... ja treba ted spim v posteli, kterou sem si sam udelal (a to nejsem truhlar!!!!) a je mi tam fakt nejlip:D |
|
|
| PiosOne |
| já vím, že to udělat nebude až taková prdel, ale třeba někomu ta elektroda zůstala z porouchanýho phmetru apd. a takovému člověku se návod může hodit. já osobně si phmetr i ecmetr určitě koupím, protože nejsem elektro a bastlit něco na koleně se mi nevyplatí. |
|
|
| Masai_Mara |
iHOLA AMIGOS!
..enom mě tak napadlo: nemohu sehnat půdní test na PH, enom z akvaristiky na vodu, tag estli by nešlo nechat prolít vodu půdou a pak ji zachytit v misce, kde bych z ní změřil ph ..díkec za tipy.. |
|
|
| Paran |
| :rejp: no myslim že je to sqely ale když Ph metr stoji 1700 tah ho nebudu tvořit. No aby se nereklo že jsem škarohlíd tak jsem podle groweru postavil vapolizer, no ale stejně rači používam sklo a jointy :bong: |
|
|
| Paran |
for Masai_Mara:
no teoreticky by mohlo stacit to co jsi psal, ja bych skusil
sondou vytahnout hlinu z prostředku květniku (myslim vejškove),
rozmíchal bych to v kelimku s vodou kterou bych upravil na neutralní ph no a potom bych do toho zapich ph metr
:rolleyes: |
|
|
| CAESAR |
| ako to dopadlo?postavil to niekto? |
|
|
| jestedman |
| Tak jak? byl někdo úspěšný?? |
|
|
| Alik |
| Hledal sem na netu ty elektrody protože to je pro mě asi největší problém a vyplivlo mi to skleněnou elektrodu za cca. 1500kč a kalomelovou sem vubec nenašel... Nevíte někdo kde ty elektrody sehnat? Ten tranzistor vypadá jako pěkná vykopávka nezná někdo modernější alternativu? |
|
|
| aristotele |
| podivej se do katalogu nebo to si to najdi na netu |
|
|
| brávooo |
podle mně by bylo možna lepší to koupit
cele a možna to vyjde levněji jen co sem koukal tak
asi určitě,-))))jinak odemně letí k+ za snahu!!!!!!! |
|
|
|
