Automatisk mätning av dKH, mitt projekt..

[jonasroman]

Rubriken avslöjar vad jag försöker konstruera. Jag har tänkt tidigare på detta men slagit det ur hågen pgr av komplexiteten att mäta CO2(aq) i vatten, då jag tidigare mest funderat i att mha kontinuerlig mätning av pH och CO2(aq) räkna ut dKH. Det blir alltså för dyrt, samt mätnoggrannheten på inte minst på pH-sidan kommer tveksamt räcka för en större noggrannhet än +- 0.5 dKH.Och två sensorer att kalibrera osv. Nej

 

Inspirerad då att 1-2 personer redan på vårt jordklot (samt säkert nån mer som ej gett sig till känna) konstruerat en sådan maskin som ej bygger på mätning av CO2, samt det faktum att vi vet inte om, eller ens om det nånsin, kommer bli en produkt på butikshyllorna, kunde det vara kul att prova själv.

 

Två sätt att mäta eller räkna ut KH kvarstår om  man inte tillämpar ovanstående med CO2-mätning

1) Titrera ner vattenprovet till ett pH-värde till 4.2 som är den sk ändtitreringspunkten där alla alkalinitetsbidragande joner pgr av tillförd syra gått över till sina syraformer, dvs ingen alkalinitet finns kvar...tex har all HCO3 och CO3 gått över till H2CO3, Borat till borsyra osv. Varför detta pH värde råkar va just 4.2  är ngt jag ej tänkte ta upp..det är bara så, men de är inte samma ändtitreringsph i sötvatten, och ändtitreringsph`t ändrar sig faktiskt lite lite grann beroende på urspungsKH, men det försummar vi, noggrannheten räcker. Vi kan kan dock ej försumma att vi måste hålla oss till saltvatten....vill vi göra samma sak med sötvatten har man en ändtitreringspunkt runt pH 5.5. 

Mängden syra (dvs antalet vätejoner som tillförts) blir ett direkt mått på vattnets alkalinitet innan man startade titreringen. Rak o enkel matematik mellan dessa samband. Tex har jag mätt fram att Saliferts titreringsvätska (som jag ej vet säkert men tror det är antingen fosforsyra eller svavelsyra) har en syrahalt på cirka 22mmol/l. Det ger ett utgångs på den syran på pH 1.66. Om tex halva sprutan på 1 ml går åt för att komma ner till pH 4.2 ( det är då färgreagensen som alltså är en vanlig pH indikator, slår om till rött ) så har det alltså gått åt 0.011 mmol H-joner för att  konsumera upp alkalinitet i vattenprovet på 4ml. Då vet vi koncentrationen av alkaliniteten innan titrering varit 0.011/0.004=2.75 meq/l. 2.75meq/l är samma som 7.7dKH. Titta i er saliferttabell så ser ni att det stämmer;-). Så väljer vi att göra en maskin som titrerar så här och stannar titreringsprocessen när pH i lösningen är 4.2, så är matematiken mkt enkel. Det svåra med denna lösning är den mekaniska biten: det behövs rätt avancerad programmering som förhindrar att pH elektroden läses av direkt, och en process som gör titreringen långsam så pH elektroden hinner med. Tex att det doserar 0.1 ml och sen väntar stegmotorn 10 sek, osv...så elektroden hinner med. Oavsett det kan det bli svårt att vara säker på att elektroden inte släpar efter, och stannar stegmotorn för sent och man passerar ändtitreringsläget av misstag. Sen gäller det att kunna programmer så mikroprocessorn läser av sedan hur många steg motorn tog när den får signal att stanna för gott. Får mig som inte kan Arduino eller programmering överhuvudtaget kommer det kräva många timmar med snedsteg, samt en stor portion Stesolid...

 

2) Det andra sättet är att inte stanna syratillförseln vid pH 4.2 utan tillsätta en fast mängs syra som är av den halt så man oavsett urspungsKH kommer ner till ett pH när vätskorna blandar sig, under 4.2. Det fiffiga med detta är att när vi ligger så lågt i pH, dvs aldrig gör över 4.2 oavsett KH på vätskan, kan vi försumma CO2(aq) påverkan på pH. Inget av CO2 (eller andra syror heller) kommer vid så lågt ph att dissociera och avger alltså inga vätejoner. Om man tex tar ett vatten med pH 2.5, och tillsätter CO2 till det vattnet, så kommer inte pH värdet ändras. 

Så vid denna metid kan man tänka så här: Först går det år en viss mängs tillsatt syra för att driva ner provet till pH 4.2(ändtitreringsläget), därefter kommer det finnas kvar, bli över, en del vätejoner av syran, som ej gått åt att konsumera alkaliniteten...denna mängd vätejoner som blir kvar kommer bestämma pH på vätskan. Dvs har man ett höge utgångsKH blir det förre vätejoner kvar o pH kommer ligga lite närmare 4.2, fast fortfarande under. Här gäller det bara att dosera tillräckligt mkt syra så man tex även vid ett dKH på 12, inte hamnar över 4.2. Exakt 4.2 är inte noga, 4.5 kan säkert räcka det med, särskilt eftersom vi oftast inte har dKH så högt som 12. Jag tänkte till att börja med experimentera med mängden syra så man vid ett dKH på 10 konsumerar all syra...det betyder att den blir lite mer noggrann inom det område de flesta ligger, 6-9, men kanske tappar lite precision runt 10 o uppåt. 

 

Om vi tex tillsätter som i exemplet ovan en hel ml av saluförts syra, så tillför vi till provet 0.022mmol H. Om vi har ett dKH på 7.7 som jag hade i exemplet ovan så går det år som vi sa 0.011mmol H för att driva ner pH till 4.2, ändpunkten. Nu är det 0.011mmol kvar av syran, som är utspädd i totalt 5 ml vätska(4 ml vatten från karet o 1 ml syra). Då blir pH i den slutlösningen om dKH från början var dKH7.7: -lg(0.011/0.005)/1000=2.66. Alltså blir pH värdet 2.66 ett direkt mått på alkaliniteten. Genom att lösa ut formeln o räkna baklänges, så har vi ju istället en viss pH -mätning, känd volym på vattnet o känd halt av syran...detta ger ett ingångs på 7.7. Formeln har jag idag klurat ut, och det är bara att mata in pH så ramlar dKH ut. Det jag måste labbs med lite till är hur mkt syra jag skall ha i lösningen, så jag helst aldrig kommer över pH 4.2 som sagt även vid rätt höga KH.

 

Om jag kör på denna andra metod slipper jag programmeringen med att räkna doserad mängd...så är den alltid fast. Då återstår "bara" programmering" att få 3 pumpar varav två stegmotorsryrda, att jobba enligt ett schema, tömma, fylla på, vänta, läsa av etc...sen en klocka så man kan bestämma hur ofta man vill läsa av.

 

Det dKH som faller ut är baserat på en mätning av pH elektroden, så den kommer isåfall gå att koppla in på pH ingången på vilken dator som helst, o därmed kan man styra andra processer utifrån sitt dKH-värde.

 

Jag har beställt en del elektroni, Arduino, styrkort, ph-kort, labgrejer, mätglas, syra, pipetter, precisionsvåg, ph datorn kan jag använd använda min apex när jag testar men ny elektrod behöver jag också, lcd display, knappar, slangpump....kommer om det funkar bli mer att beställa...det ovan är bara smått o gott för o se om jag kan lära mig Arduino.

 

Finns nån här som kan programmera sådant, får ni väldigt gärna hjälpa mig:-)

 

Allt gott

Jonas Roman

 

 

Ändrat 28 september 2016 av jonasroman

[redina]

Tänker du skriva öppet här om dina fram och baksteg?

Jag kan programmera. Har programmerat massa olika saker. Köpte en aurdino för några PR sedan men jag gjorde bara något test med min son. Typ få en diod och sånt att lysa.

Det som kan vara svårt är att prata med de olika hårdvarorna. Har väl listat ut det så är den övriga programmeringen ingen större problem skulle jag tro.

Display kan man vänta med till sist. Det kan man se på datorn som man kopplat aurdinon till.

Vad är det exakt för hårdvara du har köpt eller tänkt dig?

[jonasroman]

On 2016-09-28 at 14:38, redina sa:

Tänker du skriva öppet här om dina fram och baksteg?

Jag kan programmera. Har programmerat massa olika saker. Köpte en aurdino för några PR sedan men jag gjorde bara något test med min son. Typ få en diod och sånt att lysa.

Det som kan vara svårt är att prata med de olika hårdvarorna. Har väl listat ut det så är den övriga programmeringen ingen större problem skulle jag tro.

Display kan man vänta med till sist. Det kan man se på datorn som man kopplat aurdinon till.

Vad är det exakt för hårdvara du har köpt eller tänkt dig?

Tusen tack:-) ja all hjälp är värd att få. 

Alexander W i Göteborg skall hjälpa mig genom den första basala stegen men alltid bra att ha fler  kunniga människor till hands. 

Kommer ej skriva öppet ngn detaljinfo så mer detaljerad problemlösning blir på mail och inom det slutna rummet:-)

hör gärna av mig vb om det kommer behövas?

 

min förhoppning är att jag lär mig till sist så mkt så jag kan själv kan finlira med programmeringen. Det kommer behövas;-)

Ändrat 1 oktober 2016 av jonasroman

[jonasroman]

Steg 1:

 

[Lasse]

Fattar jag dig rätt så kommer pH elektroden att ge ett slut pH efter syratillsatsen. Säg då att KH blir 3. Hur får du det över till DKH och till din dator? Tar du och mäter pH direkt så kommer du ju att läsa av pH 3 på din dator (funkar tyvärr inte på GHL eftersom lägsta där är 3,5) Du måste då ha en omvandlingstabell. Eller har du tänkt att omvandla till en annan millivoltsignal så att det pH du läser av blir samma som KH?

 

MVH Lasse

Ändrat 4 december 2016 av Lasse
Meningen Säg då att pH blir 3 är ändrad till vad som skulle stå - Säg då att KH är 3

[stigigemla]

Om pH är 3 i stället för 4,3 har man tillsatt 10^-3 - 10^-4,3 mol för mycket syra. 0,95 mmol lägre kH än vad syratillsatsen motsvarar.

 

[wrang]

Såg detta inlägget på en annan sida. Bästa slangpumpen enligt han är ACT DC PUMP

http://aptinstruments.com/Merchant2/merchant.mvc?Screen=PROD&Store_Code=AI&Product_Code=SP100VO&Category_Code=SP100

I'm sorry its taking so long to get the write up posted, I have a lot going on at the moment. For anyone interested in this project, please send me a PM, I'm more than happy to answer any questions, and help in anyway possible.

In the mean time, here is a basic list of what you need.

1. Particle Photon (particle.io)

2. Relay shield - Particle makes a mechanical 4 channel shield. For additional options please contact me directly.

3. Simpledoser firmware - Contact me directly

4. Peristaltic Pumps - Please note, you get what you pay for with pumps. Here is a list of pumps I have tested.

I HIGHLY recommend the APT DC Pumps, they are well built and incredibly precise. However, here is a list of other pumps I've tested.

APT Instruments - THE BEST!

http://aptinstruments.com/Merchant2...e=AI&Product_Code=SP100VO&Category_Code=SP100

Basic 12v Pump - Cheap, does the job, but have extras around and plan on calibrating more often.

http://www.ebay.com/itm/12V-DC-Dosi...613819?hash=item258e71d17b:g:NCgAAOSwzrxUzx5c

Better than the basic pump, but large and loud. These are more accurate than the one listed above, but quite large.

http://www.ebay.com/itm/DC12V-Peris...03474bb7e52ee082062b47&pid=100642&rk=1&rkt=1&

Another good pump, but these are larger as well, very long in fact, and quite loud. Better built than the basic though.

http://www.ebay.com/itm/Top-Selling...ash=item3a96574500:g:WqcAAOxy7nNTTpZb&vxp=mtr

5. Last, contact me to get an account on Simpledoser.com. The site is designed around the firmware for the photon and will only work if you are using this setup. The site is free for anyone using a photon with the simpledoser firmware.

[Bygert]

Intressant prototyp som vi fick se. en fundering fick jag, skulle inte manicken kunna mäta och registrera pH på mätvattnet som den tar in också? Så att man gör två flugor på smällen samtidigt, får ut både pH och alkalinitet?
 

[jonasroman]

Absolut helt möjligt o enkelt:-) man kan isåfall bara avvakta med titreringen i tex 30 sek o låta maskinen känna av pH först. Bra ide:-)

[Lasse]

On ‎2016‎-‎10‎-‎04 at 23:53, stigigemla sa:

Om pH är 3 i stället för 4,3 har man tillsatt 10^-3 - 10^-4,3 mol för mycket syra. 0,95 mmol lägre kH än vad syratillsatsen motsvarar.

 

Fel av mig i texten - skulle stå KH är 3 - inte pH är 3. Redigerat nu

 

MVH Lasse

[jonasroman]

On 2016-10-04 at 23:53, stigigemla sa:

Om pH är 3 i stället för 4,3 har man tillsatt 10^-3 - 10^-4,3 mol för mycket syra. 0,95 mmol lägre kH än vad syratillsatsen motsvarar.

 

ja, grejen är att programmera titreringsalgoritmen så att den stannar mjuk o fint så nära 4.2 som möjlighet. Min maskin är klar nu, och den stannar aldrig under 4.17. Dessa 0.03 är betydelselöst, det ger ungefär en skillnad bara i dKH på 0.025, så som det ser ut nu mäter min maskin med en accuracy runt +- 0.025dKH...skall jag tona ner min positivism lite så säger jag i alla fall 0.056, vilket är mkt bra. KH-Guardian från kina, har endast en accuarcy på +-0.33dKH...alltså kan värdena där på samma vatten skilja 0.66dKH! Ganska meningslöst o mäta då, särskilt när deras maskin kostar 10000kr.....

Jag skall ev göra ngr ändringar i min maskin så jag (förhoppningsvis) slipper de där enstaka felmätnignarna. Fortfarande kan maskinen 1 gång på 20 mäta ett fel på upp till 0.1..men 19/20 ligger inom 0.05. Men jag har ett besked jag måste invänta först, det kan bli nåt helt annat o större detta, vilket ni kommer isåfall få veta inom en vecka.

Ändrat 8 december 2016 av jonasroman

[jonasroman]

Se här så intressant: Backar mig bakåt i nattens mätserie...tydlig stegring av dKH under natten. Inget jag hade fått se utan en automatisk mätning;-)

Kalkreaktorn stänger av inför natten..men kanske skall förskjuta dess arbetstid en aning...till mer en som liknar min;-)

IMG_2260.MOV

[MagnusJ]

Otroligt imponerande Jonas!

[jonasroman]

2 timmar sedan, MagnusJ sa:

Otroligt imponerande Jonas!

tusen tack:-)

 

[jonasroman]

Ganska betydande Uppdatering:

 

Ny prototyp, en del hård och mjukvaru-justeringar. Mkt lovande resultat med ännu högre precision. +- 0.05 eller bättre trots nu bara halva mätvolymen(50ml)! 

också adderat funktioner som kan korrigera lågt KH med dosering av HCO3 samt vid högt stänga av en socket till kalkreaktorn.

 

Bilder kan tyvärr ej läggas ut då jag ligger i utvecklingsstadiet. Håll ögonen öppna, så kanske det kommer mer info såväl här som där.

 

Målet är att få ut detta till en kommersiell produkt, med vettig prisbild, hög noggrannhet samt reglerande funktioner, ej bara mätande. På god väg.

 

 

 

/Jonas Roman

 

 

 

Ändrat 9 januari 2017 av jonasroman