Fernando Valcarce Codes
Físico, exProfesor del Laboratorio de Electrónica de la
FACULTAD de C. FÍSICAS. U. COMPLUTENSE, MADRID. ESPAÑA.
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Junio de 2023
Muchos fluidos, en especial los que tienen agua como disolvente y algunas sales disueltas, se comportan como electrolitos capaces de conducir la corriente eléctrica y la cantidad de corriente que son capaces de conducir nos informa sobre la concentración de dichas sales en el agua. .
Desde las pequeñas cantidades de sales presentes en las aguas potables de consumo humano, hasta las grandes concentraciones presentes en el agua de mar o en aguas de vertidos y desechos, existe toda una gama de posibles concentraciones cuyo nivel es muy importante conocer cuando tenemos que caracterizar algún tipo de agua para algún uso concreto.
Las medidas de conductividad eléctrica pueden dar información sobre el contenido en sales de un fluido, pero necesitan ciertos requisitos porque no se puede utilizar una tensión de corriente continua para hacer la medida debido al efecto de electrolisis y es necesario disponer de una célula para medida de conductividad en fluidos o un electrodo de medida con dimensiones fijas para introducirlo en el mismo.
Lo mas sencillo y mas habitual es utilizar un electrodo que consta de dos contactos de un metal que no se oxide fácilmente, tal como el latón, aislados entre sí y embutidos en un material aislante y resistente a fluidos, de forma que los contactos metálicos están sumergidos en el fluido y desde los cuales se conecta con el circuito electrónico que maneja las señales eléctricas externas.
Tal y como se ha dicho, no es posible utilizar tensiones de corriente continua y por ello se necesitan señales oscilantes de frecuencia suficiente, mayor o igual a 1000 Hz, para evitar los fenómenos de electrolisis en los electrodos y poder aplicar la ley de Ohm también en el caso de los fluidos.
Después de circular por el fluido, hay que detectar la corriente transmitida a la salida del electrodo y para ello se necesita un circuito como el que se muestra en la figura siguiente y cuyo funcionamiento se describe a continuación.
El circuito se construye alrededor del integrado LF347 que contiene 4 amplificadores operacionales con entradas FET, dos de los cuales se dedican al oscilador de 1KHz que genera la señal oscilante que atravesará el fluido y los otros dos a un amplificador que actúa además como filtro a la citada frecuencia de 1KHz y que obtiene un voltaje de contínua a la salida, proporcional a la conductividad del fluido bajo ensayo.
En el primer operacional se utiliza una T-puenteada, integrada por las resistencias R1, R3 y los condensadores C2, C1, que se coloca como realimentación negativa entre la entrada negativa y la salida del operacional y es la que proporciona la selectividad en la frecuencia de oscilación, viniendo ésta dada por : f = 1/2pR1 R3 [C2 C1]1/2.
La realimentación positiva en el oscilador se consigue llevando parte de la señal de salida a la entrada positiva del operacional por medio del divisor formado por la resistencia variable, R6 , y la resistencia de canal del transistor FET , Q1 , del tipo BF244, resistencia que se controla a través de la tensión aplicada a su compuerta y que se obtiene de la tensión de salida desde la resistencia variable R8 y el diodo D1 que rectifica la señal de salida filtrándola posteriormente en el paralelo de R9 y C5.
Una fracción de esta tensión mixta entre la salida y su amplitud máxima rectificada es la que se aplica a la compuerta del transistor FET y consigue el efecto de estabilizar la amplitud de la oscilación frente a variaciones inducidas por cambios de frecuencia, temperatura, tensión de alimentación y otros.
La salida del oscilador se lleva al segundo amplificador, cuya función es aislar al oscilador de las posibles variaciones en la carga y ofrecer una onda de salida de 4v p.p. con baja impedancia, de unos 100 ohmios @ 1KHz, lo que hará que la amplitud de oscilación no se vea alterada por las distintas cargas que se pongan en su salida. Si éstas son menores de 10K se sustituye el condensador C6 de 1uF por uno de 10uF.
Esta tensión de salida es la que se lleva a uno de los contactos del electrodo de medida y la que se recoge, después de atravesar el fluido, en el otro contacto que se conecta a la entrada del tercer amplificador que actúa como filtro sintonizado a 1KHz, con un ancho de banda de 200Hz y una ganancia de 9 para la frecuencia central.
Se introduce a traves del condensador C8 y la resistencia R13, de 820 ohmios y se refiere a tierra por medio del condensador C7, de 82 pF, aunque éste último puede ser sustituido por una resistencia de menor impedancia en caso de medir conductividades muy altas que produzcan la saturación de la señal de salida.
La salida del tercer amplificador se introduce mediante el rectificador formado por D2, D3 y C10 en el cuarto amplificador que la amplifica y filtra adicionalmente, el cual tiene su entrada negativa conectada al potenciómetro, R16, conectado a través de R15 y R17 a las tensiones de alimentación de -15v y +15v, con objeto de poder fijar el nivel de "cero" de la salida que se obtiene filtrada, rectificada y limitada por el diodo Zenner D4 a un valor máximo de 4.7 v.
La lectura de la tensión continua de salida se puede realizar en un voltímetro de aguja o en uno digital, con las escalas convenientemente graduadas.
Todos los componentes utilizados son de uso corriente, las resistencias de 1/4 de watio, los condensadores cerámicos, de poliester y electrolíticos y el circuito se alimenta con una fuente de corriente continua dual de ± 15 v .
Para construir el medidor se realizará un circuito impreso sobre una placa de fibra de vidrio con lámina de cobre por una de sus caras, teniendo cuidado al montar los componentes de respetar las polaridades y esquemas de conexión de los elementos que lo requieran.
Para su puesta a punto es conveniente utilizar un material de referencia, como puede ser una disolución patrón de KCl 0.01 M, cuyo valor de conductividad a 20ºC es 1278 us.cm-1 y un electrodo adecuado al tipo de fluidos que se van a medir, asi como un osciloscopio para visualizar la onda generada por el oscilador.
Hay que tener precaución, al hacer funcionar el circuito, pues puede haber tensiones en él que supongan un riesgo para la salud de las personas.fvcgg@cienciaenpoesia.es Ir arriba Componentes