Sensore per la torbidita dell'acqua tipo SEN0189

Ecco il circuito semplificato e stabilizzato

Aggiornamenti del 21 Settembre 2018
Corretto il valore di RSens1 a 150 ohm e le note relative a Rsens1 (per alimentare il LED a 3.3 oppure 5 volt).

Particolari dello schema
– Eliminati i diodi 1N4004 delle precedenti versioni, che provocherebbero intollerabile sensibilità alla temperatura.
– Non è necessario utilizzare due sezioni dell’integrato, perché la corrente che si preleva in uscita è irrisoria.
– In questo schema il foto-transistor appare come un generatore di corrente (I1)
– Le correnti usate nella simulazione sono quelle indicate nel data-sheet del sensore SEN0189
– Da un sensore all’altro queste correnti potrebbero variare anche di molto, per cui saranno necessari dei test e delle tarature sul circuito reale.

Alimentazione
– Lo schema è studiato per poterlo alimentare con i 5 volt in arrivo dal Master.
– La parte sinistra del circuito va alimentata con tensione di 3.3 volt molto stabile.
– Quindi si deriverà il 3.3 volt con un regolatore lineare (ad esempio un MCP1700-3300) e due condensatori ceramici da 1 uF.
– La parte destra va alimentata con 5 volt, altrimenti non si potrebbe utilizzare tutto il range degli ADC che va fino a 3.3 volt.
– Non si deve alimentare lo LM358 con tensione maggiore di 5 volt, altrimenti potrebbe succedere di inviare troppa tensione all’ADC e la comunicazione USB si interromperebbe.
– Non si deve alimentare lo LM358 con tensione minore di 5 volt, altrimenti non si potrebbe arrivare a 3.3 volt in uscita e si perderebbe parte del range dell’ADC
– La resistenza R2 di uscita deve essere da 10k, e non da 1k come nel circuito originale. Altrimenti, se si superano i 3.6 volt per sbaglio, si invia troppa corrente al Master e la comunicazione USB si interrompe.

Possibile variante
Se non si ricava il 5 volt dal Master (quindi dalla USB), ma si crea il 5 volt con un regolatore (ad esempio 78L05), allora si disporrebbe di un 5 volt molto stabile, e si potrebbe utilizzarlo per alimentare anche la parte sinistra del circuito.
Con questa variante si avrebbe il vantaggio di non dover aggiungere un regolatore da 3.3 volt.
Però si avrebbe lo svantaggio di non poter utilizzare i comodi 5 volt forniti dal Master e di dover utilizzare un alimentatore esterno. Inoltre gli alimentatori esterni hanno la spiacevole abitudine di produrre forti scariche quando li si collega al 220. Scariche che possono anche interrompere la comunicazione USB.
Se si utilizza il 5 volt per la parte sinistra allora si deve sostituire Rsens2 con 4.7k e, come vedremo nelle prossime righe, controllare la tensione sul TP1.

Test iniziale
– Prima di tutto si controlla (senza acqua) che la tensione sul TP1 sia tra 0.5 e 0.9 volt. Se non lo fosse si cambia Rsens2 fino a portarla nel range. Questo punto è importante altrimenti potrebbe succedere di lavorare con il transistor parzialmente saturato e perdere totalmente la linearità delle misure.
– Si può anche regolare Rsens1, ma non va mai abbassata troppo per non aumentare la corrente di pilotaggio del LED.
– Se si alimenta il gruppo LED-Fototransistor a 5 volt allora Rsens1 va alzata a 470 ohm.
– Bisogna tenere bassa la corrente del LED (intorno ai 5 mA) altrimenti tende a scaldarsi e quando si scalda diminuisce la emissione luminosa, modificando la taratura.

Taratura
– Per mezzo dei due trimmer si regolano lo zero e il guadagno.
– Il trimmer “Zero” va regolato senza acqua per avere in uscita una tensione di qualche centinaio di millivolt.
– Il trimmer “Gain” va regolato per avere 3.3 volt con il campione della massima torbidità.
– I due trimmer si interferiscono parzialmente per cui si deve ripetere la regolazione più volte.
– E’ bene che i trimmer siano multigiri.