Po dvou minulých dílech máme v epoxidu zalité uhlíky z baterky alias konduktometrickou celu a sadu kalibračních roztoků vyrobených rozpouštěním NaCl nebo KCl ve vodě, nebo alepoň ocet z Kauflandu, který by teda měl mít 1700 us/cm.
Zbývá poslední věc a to je samotná elektronika. Musím přiznat, že za svou vidláckou kariéru jsem vyrobil několik konduktometrů od úplně prasáckých - kde střídavý signál generovala NE555 a ani mi nevadilo že nemá přesně 50% střídu a tím nulový DC offset - po pokusy o "vědu elektronickou" a tedy různé monstrózní konstrukce s "DC servem" aby ten offset byl nulový.
![](../../nd06.jxs.cz/115/908/92d2edb544_99543504_o2.png)
Konduktometr na obrázku je "přistroj střední složitosti", který za málo peněz poskytne dostatečné množství muziky. Takže postupujeme zleva první operační zesilovač je oscilátor, který vyrábí pravoúhlý signál na frekvenci kolem 5 kHz - konduktometrie střídavým proudem se obvykle dělá na jedné ze 3 frekvencí 1, 2, nebo 5 kHZ - z důvodu rychlé odezvy pro připadnou digitalizaci procesorem jsem vždy používal 5 kHz.
Amplitudu oscilátoru omezují a vlastně celou přesnost přístroje garantují dvě diody 1N4148 - které zajišťují, že rozkmit výstupního napětí je asi od +750 mV do -750 mV. Zdánlivě se toto řešení jeví jako hrubě nespolehlivé, protože napěťový spád na diodě klesá o 2 mV na stupeň celsia. Ve skutečnosti konduktivita roztoků se mění ještě rychleji u většiny iontů o 2% na stupeň - takže měření mimo "referenční teplotu" 25 stupňů je stejně hrubě orientační a diody za to nemohou. Jenom taková poznámka - jelikož jsou 1N4148 ve skleněném pouzdře - je výhodné umístit je do tmy a navíc do míst kde nesálá zdroj, nejdou horké dráty a tak....
Pak už je celé zapojení jednoduché jako facka. OZ 2 je předzesilovač a OZ3a 4 jsou "precizní dvoucestný usměrňovač" na konci je nějaká ta ochrana a filtrace před digitalizací pinem MCU. Jako obvykle zbývá pár otázek - proč není elektroda oddělena od zbytků DC offsetu generátoru kondenzátorem ? V nad minulým článkem se rozvinula diskuse jestli než konduktometrická cela z baterek by nebylo lepší rozloupnout kondenzátor a ten použít jako elektrodu.
Tedy asi nikoliv - moje zkušenosti s kondenzátory "před" nebo "za" měřící celou - jsou vyloženě špatné - pokud vezmete dostatečně velkou kapacitu - má takový kondenzátor nezanedbatelný svod a pokud vezmete keramiku malé kapacity - měl jsem často nepříjemný pocit že v rámci ferroelektrických vlastností hmoty kondenzátoru byl tento sám zdrojem DC offsetu většího než offset operačního zesilovače.
Zbývá poslední avšak nejsložitější část konduktometru - a to je volba odporů označených R5, 6, 13. Volba tohoto odporu souvisí s kalibrací konduktometru a tím souvisí i s tím jaký chceme mít výstup. Osobně jsem vždy jako výstup používal multimetr kde 0-1999 mV napěťového rozsahu bylo 0-1999 uS/cm. Takže nejednodušší způsob jak "kalibrovat" konduktometr - je ponořit vaši celu do octa a měnit odpor ve zpětné vazbě tak až multimetr ukazuje 1,7V.
Tento postup je však příliš vidlácký i na vidláka - takže mám nutkání rozebrat otázku kalibrace podrobněji. Pro naši úvahu nyní ignorujme, že jsem tam nakreslil více přepínacích rozsahů a soustřeďme se jenom na hodnotu R5.
Napětí na výstupu je dáno vztahem
U_out = 0,75V * R5 * G_cell
kde G_cell je vodivost konduktometrické cely. Jak už jsme zmiňovali v minulých dílech - vodivost roztoku se zjistí podle vzorečku
g = G_cell * l / S
Kde tedy S je plocha elektrod a l je vzdálenost elektrod. Jelikož konstrukce celly není tak jednoduhá aby se S nebo l dalo měřit pravítkem - výrobci to většinou řeší tak, že dodávají cely, ke kterým udávají podíl l/S jako tzv "konstantnu konduktometrické cely" obvyklé hodnoty jsou samozřejmě pěkně kulaté 1 cm-1, 0,1 cm-1 atd...
Vtip je v tom, že cela s nejoblíbenější konstantou 1 cm-1 má při 1 uS/cm odpor 1 megaohm. Takže nejjednodušší je tento postup - místo cely zapojit "nasucho" odpor známé hodnoty třeba 100 K což odpovídá 10 us/cm. Jako R5 dát taky 100k a pozorovat jestli na výstupu bude přibližně 0,75 V (spád na diodách diodového limiteru)
Pokud tento "suchý test" projde je vhodné připravit si roztok té vodivosti, kterou budete nejčastěji měřit (podle tabulek z minula) - namočit do něj celu a zkusmo měnit R5 až nás hodnota napětí na výstupu uspokojuje - pokud bude vaše cela mít -+ autobus taky -cm-1 a budete při této vodivosti chtít mít na výstupu 1mV - bude R5 přibližně 1K2 - což je hodnota od které se můžete odrazit při ladění vašeho konduktometru.
Při přechodu od méně vodvého roztoku k vodivějšímu - stačí celu nechat okapat. Pokud ale postupujete opačně je třeba celu velice pečlivě a mnohokrát oplachovat super-čistou destilovanou vodou jinak vám zbytky koncentrovaného roztoku zkazí nízkou vodivost méně koncentrovaného.
Nepatrná poznámka na závěr - toto je zapojení, které přímo prosí o použití záporného napájení operačních zesilovačů - generovaných třeba nábojovou pumpou - nikoliv o podvod s "virtuálními zeměmi".
To by pro dnešek bylo vše - jako obvykle si vyhrazuju právo na 2-3 méně závažné a 1 hrubou chybu - zejména ve vzorečcích. Zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - našla jste v šuplíku robotické pracovny rozestavěný konduktometr ? Udělala jste scénu, že platina na elektrody se kupovat nebude ? Divíte se, že místo 4 platinových prstenů jste dostala 4 zinkouhlíkové velké monočlánky na domácí výrobu konduktometrické cely ?