Калибровка ЕС

Калибровка ЕС выполняется на стороне WEGA-SERVER в разделе ПАРАМЕТРЫ / КАЛИБРОВКА ЕС

Что необходимо

Перед калибровкой ЕС нам понадобится:

• Иметь запущенный и настроенный WEGA-SERVER
• Изготовить электрод и подключить его к WEGABOX
• Откалибровать датчик термокомпенсации
• Изготовить калибровочные растворы (минимум 2), но лучше три и более для разных значений ЕС от минимальных до максимально возможных в гидропонике

Выполнение калибровки

Краткое описание процесса

• Запускаем WEGABOX в работу и проверяем в WEGA-SERVER что данные поступают в базу (ПАРАМЕТРЫ->БАЗА)
• Сопоставляем поля в базе данных

• Помещаем электрод на некоторое время в разные калибровочные растворы
• Сводим расчетные сопротивления R2 в единую линию
• Устанавливаем даты и время контрольных точек
• Задаем 2 точки калибровки (какое значение R2 соответствует заданному ЕС)
• Через некоторое время (5-10 дней) уточняем значение коэффициента термокомпенсации

Процесс калибровки может происходить постфактум по данным накопленным в базе и может быть выполнен в любое время позднее, а не только в момент самого физического процесса

Работа с электродом

Перед помещением электрода в калибровочный раствор желательно снять верхний чехол, контакты из игл протереть салфеткой с ортофосфорной кислотой для снятия окисла. Затем промыть его дистиллятом и по возможности просушить. Это нужно для того, чтобы снизить влияние остатков жидкости на поверхности на реальный ЕС калибровочного раствора.

Помещаем подготовленный электрод в первый раствор (обычно с низким ЕС), хорошенько перемешиваем и оставляем на некоторое время.

Для того, чтобы понять, когда можно перейти к калибровке следующей точки, смотрим на график, дожидаясь времени стабилизации измерений.

Повторяем процесс для всех калибровочных растворов

Сведение расчетного сопротивления R2

В этой части необходимо, управляя коэффициентами EC_Rx1, EC_Rx2 свести все линии сопротивления R2 за период калибровки на графике "Расчетное сопротивление R2" в одну единую линию, а в графике погрешности поляризации добиться расхождений в пределах не выше 1-2%

Тут регулируем:

• EC_Rx1 и EC_Rx2 - это значения связанные с внутренней схемотехникой измерительного контура контроллера выраженных в виде влияния их на сопротивление контура измерения в разных фазах полярности. Их и нужно подбирать вручную или воспользоваться инструментом "Расчет значений Rx1 и Rx2"
• EC_R1 - это значение сопротивления резистора делителя в измерительном контуре ЕС, см: Схема WEGABOX

EC_R1 это значение резистора R7 на схеме. Его номинал 510 Ом. Его номинал подобран таким образом, чтобы при измерении раствора с ЕС=2 мСм/см электродом используемой конструкции, значения RAW АЦП, измеренные при разных фазах полярности сходились или были максимально близки по значению, что дает в этом месте наивысшую точность определения сопротивления измерительным делителем напряжения

Тут видно, что значения RAW ацп пересекаются при значениях ЕС около 2 мСм/см

• Dr - значение максимальной дискретизации аналогового преобразователя контроллера и равно числу 2 в степени битности АЦП $2^{12}=4096$ (В ESP32 12 битный АЦП)

Выполняем сведение по графикам:

• 

  Примерный вид графика до сведения

• 

  Примерный вид графика после сведения

• 

  График поляризации после сведения графиков R2

Краткая теория:

Измерение сопротивления раствора с помощью пропускания электрического тока через него вызывает некоторые проблемы. При постоянном токе на электродах начинается процессы электролиза которые разрушают электроды и ухудшают контакт. Потому при измерении сопротивления важно постоянно менять полярность с высокой частотой в десятки кГц.

Кроме того на электроды действует гальванический эффект. Он вызывает выработку на электродах дополнительной составляющей которая для одной из фаз измерения добавляет сопротивление, а для другой снижает. Для того, чтобы заменить данный эффект и свести его к нулю необходимо выполнять измерения в разной полярности. Среднее значение и будет истинным значением.

Так же измерение в разных полярностях позволяет свести электромагнитные наводки к минимуму. Это происходит за счет того, что помехи наводятся в обоих проводах одновременно и измеряя среднее в разных полярностях значения наводок становятся взаимно противоположны и обнуляют друг друга. Это значительно повышает помехоустойчивость и точность измерений.

Пример того, как измерение сопротивления в разной полярности позволяет удалить наводки от электромагнитных шумов

Установка контрольных точек

Контрольные точки представляют из себя сохраненные значение даты и времени с описанием того, в каком калибровочном растворе лежал электрод в это время и позволяющие оценить правильность работы расчетной модели калибровки и проверить качество самих калибровочных растворов.

Заполняем даты для EC_date1, EC_date2, EC_date3

как это настраивается

• Мы положили электрод в калибровочный раствор с ЕС = 3.888 мСм/см изготовленный путем растворения 2 грамма пищевой соли в литре воды и примерно 10:30 значения стабилизировались
  

  пример заполнения контрольной точки
• Задаем дату и время момента, когда значение максимально стабилизировалось и узнаем значение R2 в этот момент, которое нам далее потребуется для калибровки ЕС.
• Повторяем для всех трех калибровочных растворов.

При указании времени контрольной точки происходит определение расчетного значения R2 и ЕС в этот момент.

Пример отображения контрольных точек до момента, когда калибровка завершена. Видны несоответствия ожидаемого и полученного значения, что говорит о необходимости выполнения калибровки.

Контрольные точки

• показывают правильность калибровки, и демонстрируют то насколько ожидание отличается от реальности. Если изменить параметры, то контрольные точки покажут расхождение.
• позволяют оценить, как давно выполнялась калибровка
• позволяют более точно задавать значения R2 с учетом изменений температурной компенсации а так же проверить верность изготовления самих калибровочных растворов.

Так как калибровка осуществляется по двум точкам, а калибровочных растворов обычно 3 мы можем оценить, насколько верно изготовлены эти растворы. Если все контрольные точки сходятся то и растворы приготовлены верно и качеству измерений можно доверять.

Надо понимать, что всегда можно идеально свести две точки на любых двух неправильных растворах но не 3 сразу!

Установка точек калибровки EC

Калибровка ЕС осуществляется по двум точкам. Мы указываем значение электропроводности и соответствующее ему значение R2

Пример калибровки ЕС по значению R2

Начальные значения R2 удобно брать из контрольных точек для нужного момента калибровки.

Надо понимать, что температура сильно влияет на реальную электропроводность, а ЕС является приведенной к 25 градусам электропроводностью. Это значит, что фактическое соответствие R2 и ЕС всегда будет отличаться, если температура  не соответствует 25 градусов и желательно вручную менять значения EC_val до тех пор пока не будет полного или приемлемого соответствия контрольным точкам.

Температурная компенсация

Теория

Температурная компенсация очень важный но при этом наиболее сложный момент во всей концепции измерения ЕС.

Дело в том, что значение электропроводности помимо концентрации солей довольно сильно зависит от температуры раствора и в среднем влияние температуры на показания EC составляет от 1% до 3% на каждый градус температуры. Все усугубляется тем, что температурное влияние зависит от конкретного состава раствора но эта зависимость настолько сложная, что учитывать ее математически не представляется возможным, да и о знании точного текущего состава раствора говорить не приходится.

А значит почти единственный вариант подобрать значение коэффициента термокомпенсации kT можно лишь отслеживанием изменений при нагреве и охлаждении раствора, что удобно делать наблюдая за совместными графиками ЕС с компенсацией и ЕС без термокомпенсации, а также температурой раствора.

Практика

Для управления термокомпенсацией ЕС используется коэффициент tK. Для начальных измерений значение задается равным 0.02 как наиболее среднестатистическое, что означает 2% на 1 градус температуры. Чем раствор горячее тем выше его фактический ЕС и тем сильнее надо его занижать для приведения к 25 стандартным градусам.

Уточняем калибровку и термокомпенсацию по прошествии первой недели после смены раствора на новый профиль.

Смотрим совместные графики ЕС с компенсацией и без и подбираем значение tK так, чтобы линия ЕС визуально перестала коррелировать с температурой. Обычно становясь более ровной линией.

После того, как корреляция убрана, необходимо вновь поработать с калибровочными значениями ЕС так, что-бы значния в контрольных точках стали снова соответствовать фактическим на момент калибровки.