Dans ce blog, nous avons discuté de nombreux composants eléctricos pour les projets de bricolage. Certains sont liés à l'eau, comme certaines vannes, débitmètres, pompes, etc., cependant, les fabricants ont peut-être besoin de quelque chose de plus, comme capteur de turbidité.
Grâce à ce type de capteur, vous pouvez mesurer la turbidité d'un liquide, comme l'eau, ou encore pour bien d'autres applications comme nous le verrons plus tard...
Turbidité des liquides
La turbidité est une mesure de la diffusion de la lumière provoquée par des particules en suspension dans un fluide, c'est un paramètre crucial dans diverses industries, du traitement de l'eau à la production d'aliments et de boissons. Par exemple, mesurer la turbidité ou les particules en suspension présentes dans l'eau peut déterminer le degré de pureté ou si elle est contaminée par des solides d'un certain type. Il peut également être utilisé pour contrôler des processus industriels avec des mélanges liquides de produits chimiques, ou pour la fermentation de la bière et d'autres boissons, ou pour contrôler la décantation de particules ou de précipités, pour calculer l'efficacité des floculants. Il peut également être intéressant pour des tâches de recherche environnementale, de surveillance des eaux des lacs, des rivières, des mers, et même des puits souterrains... Les applications sont très diverses, comme nous le verrons plus loin.
Qu'est-ce qu'un capteur de turbidité ?
Les capteurs de turbidité ou turbidimètres, sont des appareils conçus pour quantifier cette propriété, ont considérablement évolué, offrant une précision et une fiabilité toujours plus grandes. Vous pouvez les trouver en grand format, pour vérifier l'efficacité des systèmes d'eau potable avec filtration par osmose inverse, même dans d'autres processus industriels contrôlés par logiciel SCADA, jusqu'aux petits capteurs de turbidité pour les projets de bricolage. Si vous êtes un maker, sachez qu'il en existe au format module, vous pourrez donc facilement les inclure dans vos projets, comme beaucoup d'autres modules pour Arduino.
La étalonnage régulier des capteurs de turbidité est essentiel pour garantir la précision des mesures, ainsi qu'un bon nettoyage de la cellule de mesure ou du détecteur. Pour ce faire, je vous recommande de lire les fiches techniques du modèle que vous avez choisi, puisque des étalons de turbidité certifiés servent à établir une courbe d'étalonnage. Sinon, cela pourrait non seulement réduire sa durée de vie, mais également entraîner des mesures incorrectes. De même, selon le type de fluide à tester, cela pourrait provoquer d'autres dommages au capteur, comme de la corrosion s'il s'agit d'un liquide acide, ou générer du calcaire s'il s'agit d'une eau dure, une formation d'algues, etc...
Veuillez noter qu'il existe certains d'autres facteurs qui peuvent également modifier la mesure, même si l'entretien du capteur est bon :
- Longueur d'onde de la lumière : Le choix de la longueur d'onde influence la sensibilité du capteur aux différentes tailles de particules.
- Angle de détection: L'angle auquel la lumière diffusée est mesurée détermine la plage de tailles de particules pouvant être détectées.
- Matériau de la cellule de mesure : Il doit être transparent et résistant aux produits chimiques à analyser.
- Température: peut affecter la densité des particules et donc la turbidité.
- Échantillon de couleur: Les échantillons colorés peuvent interférer avec la mesure de la turbidité.
- Précision et tolérance du capteur: Il peut exister différents modèles avec des précisions et des tolérances différentes, et cela est important pour choisir le bon. Il y en aura également avec des limites sur la taille des particules détectables.
Fonctionnement du turbidimètre
Un capteur de turbiditéEssentiellement, il s'agit d'un instrument optique qui mesure l'intensité de la lumière diffusée par les particules présentes dans un fluide. Le principe fondamental repose sur loi de Rayleigh, qui stipule que l'intensité de la lumière diffusée est proportionnelle à la puissance quatre du diamètre des particules et au carré de la longueur d'onde de la lumière incidente.
Par conséquent, le capteur de turbidité comportera certains éléments clés, tels que :
- Source de lumière: généralement une lampe halogène, LED ou laser, émet un faisceau de lumière d'une longueur d'onde spécifique à travers l'échantillon.
- Détecteur: Un photodétecteur (photodiode, photomultiplicateur) mesure l'intensité de la lumière diffusée sous un angle donné.
- Cellule de mesure- Contient l'échantillon et fournit un chemin optique défini pour la lumière.
- Électronique: Ils traitent le signal du détecteur et le convertissent en lecture de turbidité.
D'autre part, parmi les différents types de turbidimètres, on trouve plusieurs façons de mesurer la présence de ces particules en suspension :
- Néphélémétrie: mesure la lumière diffusée selon un angle de 90 degrés par rapport au faisceau incident. C'est la méthode la plus courante pour mesurer la turbidité faible et modérée.
- transmission: Dans ce cas, il est basé sur la mesure de la lumière qui traverse l’échantillon. Il est utilisé pour mesurer une turbidité élevée.
- absorbance: se concentre sur la spécification de la lumière absorbée par les particules. Il est appliqué dans des cas spécifiques où la dispersion est minime.
En plus de garder tout cela à l'esprit, vérifiez également les tensions, la consommation, l'intensité du travail, les plages de températures de fonctionnement ou encore la compatibilité avec votre projet...
Où acheter et prix d'un capteur de turbidité
Vous pouvez trouver des capteurs de turbidité à bon prix sur de nombreuses plateformes spécialisées en électronique, et également sur des magasins comme Aliexpress ou Amazon. Sur ces sites, vous pouvez obtenir des prix abordables et une grande variété de modèles pour satisfaire vos besoins. Je vous montre ici quelques recommandations, deux formats avec un module basé sur l'effet Tyndall, et un compteur plus industriel utilisé pour mesurer la qualité de l'eau dans des projets plus avancés, comme dans les stations d'épuration, les usines de traitement d'eau, etc.
Applications pratiques
Vous connaissez déjà certains des utilisations ou applications possibles d'un capteur de turbidité, puisque j'en ai cité quelques-uns dans le texte précédemment. Cependant, voici une liste de quelques-unes des utilisations les plus populaires, pour vous inspirer dans vos futurs projets :
- Traitement de l'eau: surveillance de la qualité de l'eau potable, des eaux usées et des eaux de process. Il peut également être utilisé pour des projets environnementaux, en mesurant la qualité de l’eau des rivières, des réservoirs, des lacs, des mers, des eaux souterraines, etc. Vous pouvez même l'utiliser chez vous si vous comptez installer un système d'épuration pour réutiliser les eaux grises pour arroser les usines, les usines de dessalement, etc.
- Industrie agroalimentaire: contrôle qualité des produits tels que les jus, la bière et les vins. Les boissons alcoolisées et encore distillées peuvent être sensibles à ce type de particules en suspension, et il est nécessaire de surveiller et de contrôler ces paramètres pendant la production.
- Pharmaceutique: Ce secteur peut également avoir besoin de capteurs de turbidité pour garantir la qualité des produits injectables et des solutions ophtalmiques, ainsi que des sérums, sirops, etc.
- Chimie: Bien entendu, une autre option consiste à surveiller les processus de filtration et de séparation, les mélanges chimiques, etc.
Exemple pratique d'utilisation d'un turbidimètre
Par exemple, si l'on utilise comme base l'un des Capteurs de turbidité de type module basés sur l'effet Tyndall, qui sont basés sur la dispersion de la lumière projetée sur un liquide en raison de la présence de particules en suspension, généreront des mesures d'une valeur ou d'une autre en fonction du nombre de particules présentes. Ce type de module est assez efficace, et s'intègre parfaitement à Arduino UNO, et vous permet d'écrire des croquis dans l'IDE Arduino pour un contrôle facile.
Dans ce cas, nous aurons une plage de détection comprise entre 0% et 3.5% (0 et 4550 NTU ou unité de turbidité néphélométrique ou unités de turbidité néphélométrique), avec une tolérance de ±0.5%. De plus, nous disposons de deux modes de fonctionnement, puisqu'il permet son utilisation en sortie analogique et numérique. En mode analogique (position du commutateur en A), la turbidité est calculée en mesurant le niveau de tension de sortie du capteur, tandis qu'en mode numérique (position du commutateur en D), elle est mesurée numériquement, avec un code binaire qui oscillera entre deux valeurs.
D'un autre côté, si vous regardez la fiche technique de ce capteur de turbidité, on voit que le modèle a les spécifications techniques suivantes :
- Tension d'alimentation: 5 V CC
- Consommation: 11mA environ
- Portée de détection: 0 % à -3.5 % (0-4550 XNUMX NTU)
- Température de travail: -30℃ et 80℃
- Température de stockage:-10 ℃ et 80 ℃
- Tolérance ou marge d'erreur: ± 0.5%
Dans la fiche technique, vous pouvez également voir le courbes ou graphiques reliant la turbidité mesurée à la tension généré à la sortie du capteur, ainsi que le brochage cela nous aidera à connecter correctement le module à notre carte Arduino :
Vous verrez également deux LED, une qui indique qu'il fonctionne comme un PWR et une autre pour le Dout ou la sortie de données. Maintenant, une fois que nous aurons connecté le module à notre carte Arduino, ce sera aussi simple que de connecter VIN à 5V et GND à GND de notre carte, puis S se connecte à l'endroit où nous voulons vérifier le signal, comme A0 pour l'analogique, ou D13 si nous voulons des mesures numériques. De plus, dans cet exemple, une LED connectée à une sortie numérique peut éventuellement être utilisée pour l'étalonnage…
Une fois terminé, les codes que vous devez écrire dans l'IDE Arduino sont les suivants:
- Configuration numérique :
/* Prueba del sensor de turbidez en modo D */ #define Turbidy_sensor 2 //Pin digital 2 const int ledPin = 13; //LED asociado al 13 void setup() { pinMode(ledPin, OUTPUT); //Configuramos pin 13 como salida pinMode(Turbidy_sensor, INPUT); //Configuramos el pin del sensor de turbidez como entrada } void loop() { if(digitalRead(Turbidy_sensor)==LOW){ //Lectura de la señal del sensor digitalWrite(ledPin, HIGH); //Si el sensor indica nivel bajo (LOW) encendemos el LED, es decir, agua más pura } else{ digitalWrite(ledPin, LOW); //Si el sensor indica nivel alto (HIGH) apagamos el LED, es decir, agua sucia o turbia } }
- Configuration analogique :
/* Prueba del sensor de turbidez modo A*/ #define Turbidy_sensor A0 int TurbidySensorValue = 0; float Tension = 0.0; void setup() { //Monitorización por el puerto serial para ver valores en pantalla Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación Serial.println("Prueba de lectura del sensor de turbidez"); Serial.println("========================================"); Serial.println(" "); Serial.println("Lectura analógica\tTension"); Serial.println("-----------------\t-------"); } void loop() { TurbidySensorValue = analogRead(Turbidy_sensor); // Lectura del pin analógico 0 Tension = TurbidySensorValue * (5.0 / 1024.0); // Mapeo de la lectura analógica //Envio de valores y textos al terminal serie Serial.print(TurbidySensorValue); Serial.print("\t\t\t"); Serial.print(Tensión); Serial.println(" V"); delay(3000); }
- Si vous souhaitez mesurer en unités NTU en mode analogique, utilisez :
/* Prueba del sensor de turbidez en modo A y mediciones en NTU */ #define Turbidy_sensor A0 float Tension = 0.0; float NTU = 0.0; void setup() { //Medición a través del monitor serie Serial.begin(9600); // Velocidad de comunicación Serial.println("Lectura del sensor de turbidez en NTUs"); Serial.println("==================================================================================="); Serial.println(" "); Serial.println("Tensión\tNTU"); Serial.println("-------\t---"); } void loop() { Tension = 0; Tension = analogRead(Turbidy_sensor)/1024*5; // Mapeo de la lectura analógica //Para compensar el ruido producido en el sensor tomamos 500 muestras y obtenemos la media for(int i=0; i<500; i++) { Tension += ((float)analogRead(Turbidy_sensor)/1024)*5; } Tension = Tension/500; Tension = redondeo(Tension,1); //Para ajustarnos a la gráfica de la derecha if(Tension < 2.5){ NTU = 3000; }else{ NTU = -1120.4*square(Tension)+5742.3*Tension-4352.9; } //Envio de valores y textos al terminal serie Serial.print(Tension); Serial.print(" V"); Serial.print("\t"); Serial.print(NTU); Serial.println(" NTU"); delay(5000); } float redondeo(float p_entera, int p_decimal) { float multiplicador = powf( 10.0f, p_decimal); //redondeo a 2 decimales p_entera = roundf(p_entera * multiplicador) / multiplicador; return p_entera; }
N'oubliez pas que vous pouvez toujours modifier le code pour l'adapter à vos projets, ce ne sont que des exemples d'utilisation...