Прибор для контроля уровня pH водной среды в аквапонической установке

Актуальность

В настоящее время в школе № 2097 ведутся работы по созданию учебной аквапонической установки. На первом этапе с целью изучения основ технологии аквапоники создаётся экспериментальная установка со сверхмалой производительностью. В экспериментальной установке используется обычный аквариум ёмкостью 70 литров, населённый аквариумными рыбками, и миниатюрная подсистема гидропоники, в которой выращивается несколько растений салата.

Несмотря на простоту экспериментальной установки, необходимо обеспечить точное управление всеми процессами, протекающими в биосистеме. Иначе рыбки и даже растения не выживут. Одним из самых важных параметров воды в аквапонической установке является кислотность воды, что и определило выбор темы данного проекта – разработка прибора pH-метра, не дорогого, но пригодного для контроля за кислотно-щелочным балансом водной среды в аквапонической установке с целью обеспечения нормальной жизнедеятельности рыбок и растений.

Цель

Разработать макет лабораторного прибора pH-метра, предназначенного для регулярного контроля качества воды в установке, основанного на доступных компонентах и обеспечивающего необходимую точность измерений.

Задачи

1. Изучить поставленную проблему с точки зрения биологии. В частности, определить границы диапазона измерения pH и необходимую точность измерений.

2. Изучить устройство и принцип действия существующих рН-метров.

3. Разработать, собрать и отрегулировать макет рН-метра.

4. Выполнить регулировку и калибровку рН-метра.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Макетная плата и различные радиодетали

• Набор из шести калибровочных (эталонных) растворов для регулировки и калибровки прибора и проверки его работоспособности

• Дистиллированная вода для промывки электрода и датчика температуры в ходе работы с прибором

• Набор инструментов радиомонтажника

• Мультиметр

Описание

Автор изучил основы предметной области аквапоники, определил требования по точности измерения pH воды в аквариуме, освоил стандартизированную методику измерения pH водных растворов приборами потенциометрического типа, принял участие в изготовлении макета прибора, выполнил большой объём работы на этапе отработки программного обеспечения микроконтроллера прибора, выполнил работы по регулировке прибора, освоил методику калибровки прибора и измерения pH, провёл ряд успешных экспериментов, в ходе которых были получены результаты, позволяющие говорить о том, что разработанный прибор по точности измерений не уступает приборам, серийно выпускаемым отечественными и зарубежными предприятиями.

Результаты работы/выводы

Полученные результаты доказывают, что разработанный pH-метр обладает линейной передаточной характеристикой в диапазоне от 1,65 до 12,43 pH при температуре +23±2 ℃. При проведении экспериментов абсолютная погрешность в указанных диапазонах значений pH и температур не превышала ±0,01 pH, в то время как допустимая погрешность измерений составляет ±0,05 pH. По точности измерения уровня pH разработанный pH-метр сравним с существующими лабораторными иономерами, но дешевле.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем необходимо определить приборную погрешность разработанного pH-метра во всём допустимом диапазоне температур и изготовить корпус прибора. Также следует разработать инструкцию пользователя для практического применения прибора в школьной лаборатории аквапоники. Прибор создавался для использования в школьной лаборатории аквапоники. Там он будет активно применяться с нового учебного года.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Мытищинский филиал МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Мнение автора

«Передо мной была поставлена сложная, многогранная задача. Чтобы справиться с ней, пришлось многому научиться, чего нет в школьной программе. На всех этапах было нелегко, но чрезвычайно интересно. В итоге получился полезный для школы прибор. Но останавливаться на достигнутом не намерен. Собираюсь продолжать работать в этом направлении и с помощью моего научного руководителя совершенствовать схему прибора и алгоритм его микроконтроллера. Благодаря проекту «Инженерный класс в московской школе» мне удалось получить представление об инженерной работе и о том, что такое информационно-измерительные системы, приборостроение и схемотехника»