Компьютерное моделирование датчика контроля качества воды

Annotation. A sensor was developed and modeled to determine the concentration of metal ions in the aquatic environment. To achieve this task, the mathematical model of the sensor and the method for determining the concentration of metal ions was studied.

Разрабатываемый датчик состоит из двух электродов, на одном из которых находится ионоселективная ионофорная мембрана. Для измерения определенного вида иона подбирается определённая мембрана. Потенциал мембраны зависит от концентрации определенных ионов по обе стороны мембраны [1-3]. Такой датчик позволяет потенциометрическим методом определять концентрацию ионов металлов и других соединений. Для некоторых ионоселективных мембран большие концентрации ионов жесткости (более 0,1 моль/л) могут снижать порог чувствительности определения ионов. При концентрациях больше 0,001 моль/л ионы Fe3+ снижают порог определения ионов щелочных металлов (чувствительность), а при высоких концентрациях (более 0,01 моль/л) ионы железа вызывают засорение мембраны датчика. Чем больше времени мембрана отравляется и засоряется, тем меньше срок её годности [4-5]. Поэтому время измерения должно быть минимальным. Вследствие чего было предложено автоматизировать процесс измерения концентрации.

Виртуальный датчик, реализующий контроль качества воды, разработан с применением среды LabView [6]. Эта среда имеет удобный интерфейс и проста в использовании. Датчик, разработанный в LabView, состоит из двух панелей:

• •    лицевая панель – это интерактивный интерфейс пользователя. Она представляет собой виртуальную панель пульта управления с размещенными на ней кнопками, индикаторами, диалоговыми объектами, средствами управления, индикации и т.д.;

• •    функциональная панель, в которой производится процесс кодирования моделируемого датчика в виде графических пиктограмм с различными функциями. [7]

Принцип работы виртуального датчика: получаемый при измерениях сигнал с электродов датчика поступает на аппаратный внешний блок LabView Scxi-1300, где полученный сигнал усиливается, а также согласовываются входные сопротивления [8]. Затем усиленный сигнал поступает на плату сопряжения, которая подключена к порту PCI компьютера [9,10]. Далее осуществляется программная обработка сигнала в среде LabView и выдается результат измеряемой концентрации.