Giới thiệu thiết bị Thiết bị đo pH- hô hấp sau đây gọi là BOD-pH sản phẩm được phát triển, chế tạo trong đề tài “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng hệ thiết bị đo pH/đo hô hấp và thiết b
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
THIẾT BỊ ĐO pH / ĐO HÔ HẤP HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG THIẾT BỊ
Đề tài: Nghiên cứu phát triển và ứng dụng hệ thiết bị đo pH/ đo hô hấp
và thiết bị đo khả năng sinh khí metan
từ chất thải công nghiệp chế biến thực phẩm
Mã số: QG.17.18
Hà Nội, 2020
Trang 2MỤC LỤC
I TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO BOD-pH 3
1.1 Giới thiệu thiết bị 3
1.2 Thông số kỹ thuật 3
1.3 Cấu tạo của thiết bị đo BOD-pH 3
1.3.1 Bình phản ứng 4
1.3.2 Bộ điều khiển điện tử 5
II QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ 6
III CÀI ĐẶT THIẾT BỊ 7
3.1 Thiết lập kết nối với cảm biến đo áp suất 7
3.2 Kết nối cảm biến đo pH 8
3.3 Kết nối USB với bộ chuyển đổi COM 9
IV HIỆU CHUẨN pH 11
V HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM GHI DỮ LIỆU 14
Trang 33
I TỔNG QUAN THIẾT BỊ ĐO BOD-pH
1.1 Giới thiệu thiết bị
Thiết bị đo pH- hô hấp (sau đây gọi là BOD-pH) sản phẩm được phát triển, chế tạo trong đề tài “Nghiên cứu phát triển và ứng dụng hệ thiết bị đo pH/đo hô hấp và thiết bị đo khả năng sinh khí metan từ chất thải công nghiệp chế biến thực phẩm” Thiết bị đo BOD-pH có khả năng theo dõi đồng thời hai thông số BOD và
pH trong quá trình phân hủy hiếu khí với khả năng hoạt động liên tục trong thời gian dài
1.2 Thông số kỹ thuật
Điện thế áp dụng: 9-30 VDC
Cảm biến:
LCD: 8x2 characters
Lưu trữ dữ liệu: ROM 64K
Cổng kết nối: RS232/USB
1.3 Cấu tạo của thiết bị đo BOD-pH
Thiết bị đo BOD-pH có cấu tạo gồm 2 phần chính: bình phản ứng và bộ điều khiển điện tử (Hình 1)
Trang 44
1.3.1 Bình phản ứng
Bình phản ứng là bình nơi diễn ra quá trình phân hủy hiếu khí đối với thiết
bị đo BOD-pH Bình được làm từ thủy tinh, có dung tích 1 L (dung tích thực 1,32 L) Nắp bình được thiết kế bằng chất liệu POM, có các vị trí để kết nối: đầu đo pH
và cảm biến đo áp suất đối với thiết bị đo BOD-pH (Hình 2)
Hình 1 Cấu trúc phần cứng của thiết bị BOD
Trang 55
Hình 2 Cấu tạo của nắp bình thiết bị đo BOD-pH
1.3.2 Bộ điều khiển điện tử
Bộ điều khiển điện tử được sử dụng để thu thập dữ liệu cảm biến và kiểm soát quá trình đo Bộ điều khiển điện tử gồm các thành phần chính: cảm biến đo áp suất (được tích hợp trực tiếp trên bo mạch), vị trí kết nối đầu đo pH, vị trí kết nối cảm biến đo nhiệt độ, mà hình LCD, vị trí kết nối nguồn điện
Hình 3 Bộ điều khiển của thiết bị đo BOD-pH
Trang 66
II QUY TRÌNH SỬ DỤNG THIẾT BỊ
Thiết bị được vận hành theo các bước sau:
- Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm
- Kết nối cảm biến đo pH và cảm biến đo áp suất theo hướng dẫn mục 3.1 và 3.2
- Kết nối USB với bộ chuyển đổi COM theo hướng dẫn mục 3.3
- Mở van khí đối chứng
- Cấp nguồn cho thiết bị bằng bộ chuyển đổi AC/DC 12V
- Đợi 3 phút để ổn định thiết bị, đóng van khí đối chứng
- Hiệu chuẩn pH theo hướng dẫn trong mục V
- Mở phần mềm ghi dữ liệu theo hướng dẫn mục IV
Trang 77
III CÀI ĐẶT THIẾT BỊ
3.1 Thiết lập kết nối với cảm biến đo áp suất
Hình 4 Cảm biến đo áp suất trong thiết bị
Cảm biến đo áp suất trong thiết bị có 2 đầu:
- Đầu đo mẫu: nối với ống dẫn khí từ bình phản ứng, có nhiệm vụ đo áp suất bên trong bình
- Đầu đo đối chứng: kết nối với van khí nhằm giữ ổn định áp suất khí quyển Đầu đo mẫu được nối với đầu dẫn khí từ bình bằng ống dẫn khí Cắm chặt một đầu ống dẫn khí nhựa vào đầu của cảm biến đo áp suất để đảm bảo tính kín khí
Trang 88
Hình 5 Kết nối khí
Lúc đầu, van khí được mở để cân bằng với áp suất trong dây đo Khi bắt đầu thí nghiệm, van khí được đóng lại để việc áp suất không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi áp suất khí quyển
3.2 Kết nối cảm biến đo pH
Giao diện của cảm biến pH bao gồm 3 pin: VCC, Tín hiệu tương tự và
GND Các kết nối trong cảm biến đo pH được đánh màu cho từng tín hiệu
Cảm biến đo pH phải được kết nối với giao diện cảm biến đo pH trong bộ điều khiển BOD theo đúng thứ tự như trong Hình 6
Trang 99
Hình 6 Kết nối cảm biến đo pH 3.3 Kết nối USB với bộ chuyển đổi COM
Thiết bị này được sử dụng để kết nối giữa máy tính và thiết bị BOD Kết nối một đầu USB với cổng USB của máy tính Ở đầu kia, chọn 3 đầu để kết nối với thiết bị: TX, RX và GND
Kết nối USB/bộ chuyển đổi COM Kết nối với thiết bị
Trang 1010
Hình 7 Dây nối USB với bộ chuyển đổi COM
Lưu ý rằng sự kết nối theo trình tự là loại kết nối chéo, điều đó có nghĩa là TX, RX của thiết bị USB với COM sẽ được kết nối với RX, TX của thiết
bị theo trình tự
Hình 8 Kết nối USB với bộ chuyển đổi COM
Màu đỏ: 5V
Màu đen: GND Màu trắng: RXD Màu xanh lá: TXD
Màu vàng: RTS
Màu xanh da trời: CTS
Trang 1111
IV HIỆU CHUẨN pH
Trước và sau thí nghiệm, cần kiểm tra lại cảm biến đo pH Việc này đảm bảo
độ chính xác của phép đo pH và có thể sẽ hữu ích trong bước hiệu chỉnh pH nếu cần Để hiệu chỉnh cảm biến đo pH, chúng ta cần dung dịc đệm pH: pH 4.01, pH 7.01 pH và pH 10.01 pH Ngoài ra, cần phần mềm Termests.exe để kết nối với thiết bị từ máy tính Phần mềm thiết bị Terminals có thể được tải xuống miễn phí
dễ dàng từ internet Bạn có thể sử dụng một phần mềm giao tiếp serial để thực hiện công việc này
Hình 9 Phần mềm Terminals
Kết nối máy tính và thiết bị BOD bằng kết nối USB với bộ chuyển đổi COM như hướng dẫn trong mục 3.3 Mở phần mềm Terminals, chọn cổng COM phù hợp
và nhấp vào nút Connect
Trang 1212
trường hợp Cổng COM thích hợp là cổng sáng trong danh sách
Làm sạch và khô đầu dò pH Đặt đầu dò vào dung dịch đệm pH 4.01 Đợi khoảng 1 phút
Trong phần mềm Terminals, trong mục “send”, nhập $PHC000# sau đó
nhấn nút “send” Lúc này, màn hình LCD sẽ hiển thị thông báo “Bắt đầu hiệu
chuẩn pH” Thiết bị BOD ở chế độ hiệu chỉnh pH
Từ phần mềm Terminals, “send $PHC001#” bắt đầu thu thập dữ liệu dung
dịch đệm pH 4.01 Lúc này, LCD sẽ hiển thị “Get pH4…” Khi tiến trình kết thúc, màn hình LCD sẽ hiển thị “value pH4: xxx”, trong đó xxx là giá trị số của phép đo
pH 4 Đồng thời, thiết bị sẽ gửi giá trị xxx này đến máy tính Chúng ta có thể thấy trong phần mềm Terminals
Làm sạch và làm khô đầu dò pH sau đó lặp lại công việc với dung dịch đệm
pH 7.01 và 10.01
Sau khi nhận được tất cả dữ liệu dung dịch đệm, từ phần mềm Terminals, gửi lời nhắn $PHC100#, thiết bị sẽ tính toán đường chuẩn mới cho đầu dò pH Các
hệ số a, b cũng sẽ được gửi trở lại máy tính Lưu các thông số này để hiệu chỉnh
Trang 1313 nếu cần Sau đó gửi lời nhắn $PHC101# để hoàn tất quá trình hiệu chuẩn pH Thiết
bị sẽ trở về chế độ đo với quá trình hiệu chuẩn pH mới
Trang 1414
V HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM GHI DỮ LIỆU
Phần mềm ghi dữ liệu (data logger) cho hệ thiết bị đo BOD-pH được xây dựng dựa trên ngôn ngữ C#, sử dụng nền tảng Windows Form trên phần mềm Microsoft Visual Stuido 2019 Giao diện chính của phần mềm như sau:
Giao diện phần mềm gồm 2 phần chính:
- Phần khung màu xanh bên trái là nơi cài đặt các thông tin về số lượng thiết
bị được sử dụng cũng như đường dẫn để lưu file txt chứa kết quả Đối với cài đặt số lượng thiết bị, người dùng có thể lựa chọn từ 2 đến 6 thiết bị
Trang 1515
Ví dụ, khi lựa chọn 2 thiết bị, chỉ 2 thẻ tab Device 1 và Device 2 được hiển thị
Trong phiên bản này, việc lựa chọn thiết bị là không thể hoàn tác (sau khi lựa chọn xong không thể thay đổi)
Phía dưới là nơi để cài đặt vị trí lưu file kết quả Người dùng cần click vào nút Browse và lựa chọn thư mục lưu
Trang 1616
Đường dẫn của thu mục sẽ được hiển thị ở textbox phía dưới
- Phần khung màu đỏ bên phải là nơi khai báo các thông tin về thiết bị như các kết quả thu nhận được từ thiết bị Đối với mỗi thẻ, phần khai báo và hiển thị gồm có 4 chức năng thành phần: khai báo kết nối của thiết bị với máy tính (khung Get ID), khai báo thông số hiệu chuẩn pH (khung pH Calibration), khai báo thông tin về mẫu đo (khung Information) và hiển thị các dữ liệu về độ giảm áp suất, pH cũng như nhiệt độ (khung Data)
Để khai báo kết nối với máy tính, lựa chọn cổng COM tương ứng trong combo box Trong trường hợp không thấy cổng COM phù hợp, kiểm tra lại kết nối và click vào nút Refresh
Sau khi lựa chọn được cổng COM phù hợp, click vào nút Get ID để lấy ID của thiết bị
Trong trường hợp cần thay đổi ID, xóa ID hiện thời, nhập ID mới và nhấn Change ID Ví dụ, trong hình trên ID thiết bị đang là ID1, muốn thay đổi thành ID4, người dùng cần sửa ID1 thành ID4 trong ô textbox
Trang 1717
Sau đó nhấn Change ID, một thông báo hiện ra cho biết ID thiết bị đã được thay đổi
Sau khi khai báo kết nối, người dùng cần khai báo các thông tin về mẫu đo
Sau khi khai báo xong, click nút Apply, sau đó Save để tạo file dữ liệu File .txt sẽ được tạo tự động trong thư mục đã lựa chọn trước đó và có tên file dưới dạng
“Sample ID”-“Sample Name”-YYYY-MM-dd-hh-mm
Trang 1818
Trong đó Sample ID và Sample Name là các thông tin người dùng đã khai báo ở trên, YYYY-MM-dd-hh-mm là thời gian năm-tháng-ngày-giờ-phút khi tạo file
Sau khi hoàn tất khai báo, click Start để bắt đầu ghi nhận dữ liệu
