Proponowana przeze mnie konstrukcja jest nadzwyczaj prosta. Sposób wykonania nie wymaga żadnych obliczeń, a jedynie doświadczalnego ustalenia wielkości i rozstawu elektrod. Konstrukcja jest uproszczoną formą konduktometru laboratoryjnego. Ze względu na trudność zdobycia mikro-amperomierza o bardzo rozwartej skali, gdzie wychylenie wskazówki wynosi na przykład 180°, rezygnujemy z konstrukcji wielozakresowej. Równocześnie ze względu na niezbyt duże obciążenie prądowe przypadające na dość dużą powierzchnię elektrod, możemy zrezygnować z prądu o wysokiej częstotliwości. Zakładamy więc wielkości kompromisowe, ale nie dyskwalifikujące przydatności przyrządu do stosowania w akwarystyce. Konstrukcja ta może być wykorzystana przez szklarzy wyrabiających lustra. Do zbudowania przyrządu są potrzebne następujące części: 1) transformatorek dzwonkowy, dający napięcie 3-5-8 V 2) ustrój pomiarowy magnetoelektryczny 3) cztery diody prostownicze 4) naczyńko pomiarowe, lub czujnik po miarowy 5) dwa zaciski laboratoryjne lub gniazd ko dwuwtykowe 6) sztywne pudełko na obudowę 7) elastyczne przewody elektryczne
Transformatorek może mieć inne napięcia wyjściowe, np. tylko 6 V, albo 3 V, nie może to być jednak autotransformator. Autotransformator jest tylko dzielnikiem napięcia i możemy przy jego wy korzystaniu ulec porażeniu. W zwykłym transformatorku niskie napięcie indukuje się w oddzielnym uzwojeniu, a więc uzwojenie wtórne jest oddzielone od pierwotnego i tym samym jest bezpieczne. Ustrój pomiarowy może być miernikiem elektromagnetycznym (zobacz wykaz oznaczeń) ale ze względu na charakterystykę jego pracy jest on mniej przydatny. Do naszego solomierza szukamy więc miernika magnetoelektrycznego o możliwie małym prądzie całkowitego wychylenia wskazówki. Miernikami takimi są mikroamperomierze, miliamperomierze i amperomierze z bocznikami po ich usunięciu. Bocznik amperomierza jest opornikiem o małej rezystancji zamocowanym na zaciskach ustroju pomiarowego wewnątrz obudowy lub zewnątrz obudowy. Boczniki wewnętrzne mają zwykle kształt spirali wykonanej z grubego drutu manganinowego, której końce są przytulone do zacisków miernika. Taki bocznik usuwamy przez ostrożne odcięcie. Należy przy tym bardzo uważać na właściwy ustrój pomiarowy, to znaczy na ruchomą ramkę z uzwojeniem, zamocowaną na nadzwyczaj delikatnych czopach i spiralę nadającą ruch zwrotny ustrojowi. Bocznik zewnętrzny daje się łatwiej usunąć. Zazwyczaj wystarczy odkręcić nakrętki na zaciskach. Bocznik zewnętrzny ma na ogół kształt niewielkiej sztabki. Diody prostownicze kupujemy w sklepie z częściami radiowymi. Przy kupnie trzeba podać maksymalny prąd i napięcie w układzie. Otrzymamy wtedy diody najbardziej przydatne. Maksymalny prąd układu jest równy prądowi przy którym uzyskamy całkowite wychylenie wskazówki ustroju pomiarowego. Prąd ten można zmierzyć na przykład przyrządem uniwersalnym (proponuję skorzystać z pomocy elektryka lub elektronika) lub odczytać z tarczy miernika. Jeżeli jest to mikro- lub miliamperomierz, to odczytujemy końcową wartość podaną na skali. Jeżeli jest to amperomierz z odjętym bocznikiem, to wartość tę odczytujemy z tarczy w miejscu gdzie podane są informacje o ustroju pomiarowym. Naczyńko pomiarowe wykonujemy z U-rurki, sklejamy z szybek, robimy ze słoika lub w inny, dowolny sposób. Musi ono spełnić dwa wymagania: być jak najmniejsze najmniejsze i równocześnie swobodnie pomieścić odpowiednio wielkie elektrody pomiarowe. Dla akwarysty lepszy jest czujnik pomiarowy, albowiem pomiaru możemy dokonać szybko i bezpośrednio w akwarium, w wiadrze, a nawet pod kranem.
Boczniki zewnętrzne do amperomierzy
Rysunki A. Niemiec
Czujnik wykonujemy z materiałów najłatwiej dostępnych. Musi on jednak mieć konstrukcję sztywną, gwarantującą powtarzalność pomiarów. Kształt elektrod pomiarowych jest dowolny. Mogą to być płytki, pręty, pierścienie itp. Ważna jest ich wielkość (powierzchnia) i odległość pomiędzy nimi. W swoich doświadczeniach stosowałem różne metale i grafit do wykonania elektrod. Najbardziej przydatna jest wysoko-stopowa stal chromoniklowa, czyli kwasoodporna. Stale te przez niefachowców nazywane są często srebrzankami, kajnerami (od niemieckiego KNR) lub jeszcze inaczej. Stale kwasoodporne nie wykazują korozji w kontakcie z wodą. Drugim materiałem przydatnym do wykonania elektrod mogą być grafitowe pręty z płaskiej, zużytej baterii. Wykorzystujemy pręty wraz z mosiężnymi kapturkami do których można łatwo przylutować przewody. Do prób, celem ustalenia wielkości i rozstawu elektrod, możemy użyć zwykłej blachy uzyskanej z walca puszki konserwowej po jej rozcięciu i wyprostowaniu. Zaoszczędzimy wtedy trudniej dostępną, nierdzewną blachę kwasoodporną. W ostateczności można do wykonania elektrod użyć starej, nierdzewnej łyżki po jej rozklepaniu (rozpłaszczeniu). Zaciski laboratoryjne służą do łatwego włączania w obwód przyrządu naczyńka lub czujnika pomiarowego. Zaciski można zastąpić gniazdkiem elektrycznym. Można też przewody czujnika wlutować bezpośrednio w układ. Jest to czasami jednak niewygodne i uniemożliwia stosowanie czujników wymiennych. Obudowę możemy wykonać ze sklejki, linaksu, blachy itp. Należy przede wszystkim wykorzystać materiały dające się łatwo spajać i obrabiać. Przewody elektryczne do łączenia transformatorka z siecią i czujnikami z przyrządem powinny być elastyczne (giętkie) o niewielkim przekroju linki, np. 0,75 mm2. Elastyczność przewodów stwarza większy komfort pracy. Budowę przyrządu rozpoczynamy od zgromadzenia: transformatorka, ustroju pomiarowego, diod prostowniczych, niewielkiej ilości cienkiego, izolowanego drutu do połączeń wewnętrznych, zacisków laboratoryjnych, przewodu giętkiego i zwykłej blachy do doświadczeń, przy wykonywaniu czujnika pomiarowego. Po rozplanowaniu rozmieszczenia poszczególnych części, wykonujemy lub wykorzystujemy już istniejące pudełko na obudowę przyrządu. Następnie mocujemy wszystkie części w obudowie. Przewód sieciowy transformatorka zaopatrujemy najlepiej we wtyczkę umożliwiającą wkładanie także do gniazdka z bolcem. Miernik mocujemy na górnej lub przedniej ściance obudowy, w zależności od wskazanej na tarczy pozycji jego pracy. Jest to ważne, albowiem nieodpowiednia pozycja może spowodować złe wskazania miernika lub doprowadzić do jego szybkiego zniszczenia. W dalszej kolejności wykonujemy połączenia części według rysunku. Dla ułatwienia zmontowania diod możemy je wstępnie połączyć na osobnej płytce. Po wykonaniu tych prac przystępujemy do doświadczeń z czujnikiem. Istnieją dwie metody zaprojektowania czujnika. Pierwsza za pomocą obliczeń. Jest ona skomplikowana i często zniechęca wykonującego przyrząd. Metody tej można spróbować dla ciekawości, ale wykonać czujnik radzę według drugiej, prostej, choć trochę czasochłonnej metody.
1- miernik tablicowy,
2- miernik tablicowy o kącie odchylenia organu ruchomego 90°,
3- o kącie odchylenia 250°
Postępujemy następująco: 1) ustalamy maksymalny zakres posługując się załączoną tabelą 2) sporządzamy odpowiedni do maksymalnego zakresu roztwór soli, posługując się tabelą 3) odpowiednią ilość roztworu soli wlewamy do podłużnego pojemnika, ale możemy spróbować użyć głębokiego talerza, emaliowanej miski, małego akwarium itp. przy czym do prób możemy użyć nawet dość zanieczyszczonej soli, ale zawsze destylowanej wody. 4) przylutowujemy do przewodów blaszki wycięte z puszki. Mogą to być również pręty metalowe itp. 5) mierzymy temperaturę roztworu która powinna oscylować wokół 20 C 6) wtyczkę od transformatorka włączamy do sieci. 7) powoli i ostrożnie zanurzamy do roztworu podłączone do zacisków przyrządu blaszki. Zachowujemy przy tym jak największy rozstaw pomiędzy blaszkami i obserwujemy wskazania miernika. Zbliżając blaszki do siebie uzyskujemy większe wychylenie wskazówki. Dla ustalenia odległości pomiędzy blaszkami, przy której uzyskujemy pełne wychylenie wskazówki, możemy posłużyć się położoną na naczyniu długą linijką. Jeżeli odległość pomiędzy blaszkami przy całkowitym wychyleniu wskazówki wynosi więcej niż 50 mm, to należy zmniejszyć napięcie uzyskane z transformatorka, a jeżeli to nie pomoże, to należy zmniejszyć powierzchnię elektrod (blaszek) przez ich obcięcie. Elektrody przy pełnym wychyleniu wskazówki powinny być całkowicie zanurzone w cieczy. Przy prawidłowym doborze, napięcie zasilania powinno być jak najniższe, odległość między elektrodami powinna być nie większa niż 50 mm i nie mniejsza niż 8 mm, a maksymalna powierzchnia jednej elektrody nie powinna przekraczać 20 cm2. Najmniejsza powierzchnia nie powinna być mniejsza od 20 mm2. W razie konieczności należy postarać się o transformatorek z którego można będzie odwinąć część uzwojenia wtórnego, aby zmniejszać napięcie zasilania. Ustroje pomiarowe potrzebujące do pełnego wychylenia więcej niż 50 mA (0,05 A) są mało przydatne do zbudowania solomierza. Ustroje potrzebujące więcej niż 250 mA (0,25 A) w ogóle się nie nadają, ze względu na duże obciążenie powierzchni elektrod. Po wykonaniu wstępnych ustaleń mocujemy prowizorycznie elektrody (blaszki) na dowolnym materiale nie przewodzącym prądu celem dokładniejszego ustalenia ich rozstawu i powierzchni. W dalszej pracy nad wykonaniem przyrządu szukamy materiału do wykonania właściwego czujnika. Czujnik musi być tak wykonany, by był bardzo trwały. W związku z tym elektrody muszą być sztywne, a obudowa musi być solidna. W wypadku lekkiego tylko zgięcia elektrod uzyskamy zupełnie inne wskazania! Mały czujnik można wykonać następująco: blaszki (elektrody) ze stali nierdzewnej mocujemy z jednego końca na kawałku linaksu lub innego tworzywa uważając, by nie doszło do zwarcia pomiędzy nimi. Uprzednio lutujemy (albo przykręcamy) do blaszek, czyli elektrod, przewody. Do bakelitowej obudowy oprawki od normalnej żarówki wkręcamy kilkunastocentymetrowy kawałek rurki z gwintem M 10X1- Od strony obudowy oprawki wkładamy do rurki przewód i wciągamy do obudowy zmontowane elektrody. Wylot rurki z przewodem uszczelniamy w taki sposób, by wlany do obudowy oprawki epidian nie mógł wycieknąć. Całość odwracamy elektrodami do góry i zalewamy epidianem. Można ewentualnie użyć masy kablowej, ale sposobu tego należy unikać. Elektrody muszą być o tyle dłuższe, by po zalaniu epidianem wystająca część była nieco większa od ustalonej podczas doświadczalnego ustalania ich wielkości. Po stwardnięciu żywicy przystępujemy do wykończenia czujnika. Polega to na dolaniu żywicy w przypadku wklęśnięć, oczyszczeniu wystających elektrod i ostatecznym dopasowaniu ich wielkości, które to czynności wykonujemy następująco: 1) przygotowujemy naczynie z roztworem dającym nam maksymalny zakres po miarowy uprzednio przez nas wybrany 2) sprawdzamy temperaturę roztworu i korygujemy ją do 20°C. 3) powoli wkładamy do roztworu czujnik i obserwujemy wychylanie wskazówki miernika, by przy całkowitym wychyleniu przerwać dalsze zanurzanie 4) sprawdzamy jaka część elektrod nie została zanurzona i o taką część zmniejszamy elektrody przez ich ob cięcie, przy czym czynność tę lepiej powtarzać, obcinając mniejsze części, aby nie obciąć za dużo. Podczas obcinania elektrod, czujnik absolutnie nie może znajdować się pod napięciem, gdyż przypadkowe zwarcie elektrod narzędziem może spowodować spalenie cewki ustroju pomiarowego, To samo może się zdarzyć w wypadku włożenia czujnika do roztworu gęstszego od ustalonego przez nas maksymalnego stężenia. Na gotowy czujnik należy założyć osłonę pokazaną na rysunku. Spełnia ona dwa zadania, a mianowicie zabezpiecza elektrody przed przypadkowym zwarciem przedmiotami metalowymi i odgranicza przestrzeń wokół nich do stałej wielkości. Pomiar czujnikiem bez osłony musi być dokonywany z dala od ścianek zbiornika w wolnej toni. Po wykonaniu tych czynności przystępujemy do cechowania przyrządu. W tym celu przygotowujemy roztwory według podanej tabeli. Jeżeli czujnik jest przeznaczony do pomiaru większych stężeń (większego zasolenia) to nie przygotowujemy roztworów o najmniejszych stężeniach. Do cechowania przyrządu sporządzamy obowiązkowo roztwory z dobrej, destylowanej wody i soli przeznaczonej do analiz. Jeżeli nie możemy zdobyć czystej soli do analiz, to można użyć zwykłej soli kuchennej, pod warunkiem, że nie da ona nierozpuszczalnego osadu (podobnego do piasku) i w minimalnym stopniu zabarwi wodę. Naważkę odważamy na wadze laboratoryjnej. Możemy zwrócić się z prośbą o odważenie do pani magister z apteki sporządzającej leki. Naważkę długo i starannie rozpuszczamy. Roztwory muszą być dobrze wymieszane. Roztwory o mniejszych stężeniach uzyskujemy przez odpowiednie rozcieńczenie, posługując się tabelą. Jeżeli potrzebujemy większą ilość roztworu, to po prostu zwielokrotniamy podane ilości. Odmierzać należy starannie. Odmierzone ilości mieszamy przez parokrotne przelewanie. Jako naczyń laboratoryjnych używamy słoików, szklanek lub innych szklanych albo porcelanowych naczyń. Do odmierzania objętości roztworów potrzebna jest pipeta, biureta, ewentualnie cylinder miarowy (menzurka) lub inne skalowane naczynie. Od dokładności przygotowania roztworów zależy dokładność cechowania przyrządu, a w efekcie dokładność pomiarów. Chcąc zwiększyć zakres pomiarów budowanym solomierzem, robimy kilka czujników o różnych wielkościach i rozstawie elektrod. Posiadacze mikroamperomierzy o długiej skali mogą zamiast kilku czujników zastosować boczniki wykonane z drutu manganinowego wyłączane przełącznikiem wielopozycyjnym. Radioamatorzy posiadający mikroamperomierze mogą, wzorując się na opisie solomierza laboratoryjnego, zbudować przyrząd identyczny. Na zakończenie przypominam, że na wskazania opisanego przyrządu bezpośredni wpływ mają wahania napięcia w sieci. Z tego powodu skalowanie należy przeprowadzić przy pełnym napięciu. Także dokładniejsze pomiary należy przeprowadzać poza „szczytem”, lub stosować regulator napięcia. Informacje dodatkowe 1) Jon jest atomem lub zespołem atomów obdarzonych dodatnim, lub ujemnym ładunkiem elektrycznym. Jon dodatni nazywamy kationem, a jon ujemny nazywamy anionem. 2) Dokonując pomiaru konduktywności w akwarium należy wskazanie solomierza przeliczyć na dwadzieścia stopni, używając poniższego wzoru: K =Kt:[1 +0,02(t-20)] Przykład: z pomiaru otrzymaliśmy 260uS. Temperatura w akwarium wynosi 27°C. Korzystając z wzoru podstawiamy do niego wartość Kt, czyli wartość odczytaną z solomierza oraz t, czyli temperaturę wody w akwarium. K = 260 :[1 + 0,02(27-20)] K = 260 :(1 + 0,02X7) K = 260:(1 + 0,14) K = 260:1,14 K = 228, Konduktywność przeliczona na 20°C wynosi 228uS. 20°C jest temperaturą przewodnictw podanych w załączonej tabeli. Jeżeli temperatura wskazana obok podanej konduktywności jest inna w czytanej literaturze akwarystycznej, to zamiast liczby 20 we wzorze stawiamy liczbę równą temperaturze podanej obok danej konduktywności. 3) Chcąc przeliczyć podaną konduktywność przy temperaturze niższej na temperaturę wyższą, używamy wzoru: Kt = Kx[1 + 0,02(t- x)] przy czym Kt jest konduktywnością przy danej podwyższonej temperaturze, Kx jest konduktywnością którą chcemy przeliczyć, ł jest temperaturą do której przeliczamy konduktywność, x jest temperaturą podaną d!a przeliczanej konduktywności. Przykład: w literaturze jest podana konduktywność dla 18°C. W akwarium będziemy mieć temperaturę 24°C. Podana konduktywność wynosi 17 nS. Kt = K>[1 + 0,02(t- x)] Kt = 17[1 + 0,02(24-18)] Kt = 17(1 + 0,02X6) Kt = 17(1 + 0,12) Kt = I7X’,12 Kt = 19,04 Przeliczona konduktywność z 18°C na 24°C wynosi 19,04 uS. Dla wyjaśnienia podaję, że przyjęto określone temperatury przy których dokonuje się pomiaru. Temperatury te są różne od temperatury danego środowiska wodnego w którym żyją określone ryby. Konduktywność zmienia się w ciągu dnia wraz ze zmianą temperatury wody (np. – dzień i noc, pogoda bardzo pochmurna i silne nasłonecznienie) i tylko w ramach tych naturalnych różnic ryby wykazują całkowitą tolerancję na wielkość konduktywności. Większe różnice mogą powodować złe samopoczucie ryb, a nawet mogą być przyczyną ich padnięcia. 4) W wypadku wychylania się wskazówki ustroju magnetoelektrycznego w kierunku odwrotnym, należy zamienić miejscami przewody na zaciskach ustroju biegnącego do układu Graetza. Zmieniamy przez to biegunowość zasilania. 5) Zamiast cechowania miernika można sporządzić sobie tabelę wskazując ile działek miernika odpowiada określonej konduktywności. Jest to wy godne jeżeli chcemy posługiwać się kilkoma czujnikami celem poszerzenia zakresu pomiarowego solomierza. 6) Elektrolitem w pojęciu akwarystycznym jest woda, a dokładniej wodny roztwór rozmaitych soli, kwasów i zasad, albowiem te. składniki znaj dują się w wodach. 7) Ustrojem pomiarowym jest konstrukcja powodująca na przykład wychylanie wskazówki podczas przepływu prądu. Ustrój pomiarowy potocznie na zwany je-st miernikiem, ale nazwą tą określa się także cały układ (urządzenie) służący do pomiaru. 8) Solomierz w miarę możliwości należy zasilać ze stabilizatora prądu przemiennego. Zwiększa to dokładność wskazań.