Mesure de la salinité avec une carte arduino - Partie 2

A lire avant Mesure de la salinité - partie 1

Mesure de La conductivité ( méthode à partir de rien )

L'idée consiste à faire passer un courant dans l'eau et de mesurer son impédance (résistance). Quelques pièges sont à éviter :

le courant doit être alternatif pour éviter les effets d'électrolyse.

Avec un courant continue, même bref, les cations et les anions s'accumulent sur les différentes électrodes et rendent toute mesure impossible;

Les électrodes ne doivent pas s'oxyder avec le temps, sinon il se forme une couche d'oxyde qui a une résistance importante et qui rend aussi toute mesure impossible. On élimine donc l'acier, même inoxydable, l'aluminium, le cuivre (doublement car toxique pour les poissons)

Au vu de ces contraintes, j'ai opté pour des mines de crayon. c'est conducteur et ça ne s'oxyde pas, et surtout c'est pas cher, mais rien n'empêche de prendre du platine, de l'or...

Schémas de principe :

Ordre de grandeur

La conductivité de l'eau de mer est d'environ 50 mS/cm. Si l'on prend deux électrodes de 1cm2 distantes de 1cm, alors la conductance de la solution est de 0.050 S, ce qui correspond à une résistance de 20 Ohm. 

Avec une carte Arduino, on traite des signaux qui ont une amplitude de 5V ( crête à crête ), cela correspond à un signal de 250 mA ($ I=\frac {U}{R} $) crête à crête, ce qui représente un courant trop fort pour nos mesures. Il faudrait une puissance $ P=RI^2\le à 0.25W $. 

Le courant doit être le plus petit possible pour des raisons de puissance dissipée dans les résistances, de consommation, et peut être de sécurité tout en restant mesurable...

J'ai choisit courant de 25mA serait plus approprié, ce qui revient à diviser notre signal par 10, soit 0.5V (crête à crête)

Pour la fréquence, il faut la choisir suffisamment élevée pour que les ions dans l'eau soient statiques le temps de la mesure, tout en respectant les performances de l'Arduino qui ne peut pas générer des signaux à trop haute fréquence. Une fréquence de 1000 Hertz semble convenir.

Explications

Dans le schéma chaque bloc en rouge correspond à une fonction électronique :

• Génération d'un signal sinusoïdale
C'est le point de départ, l'arduino est capable de générer un signal sinusoïdale à une fréquence de 1Khz, moyennant un filtre passe bas ( condensateur + résistance ). Cela est nécessaire car on ne peut pas mesurer la conductivité avec un courant continu.
• Diviseur de tension
Le diviseur de tension est un montage à base d'amplificateur opérationnel. il ne fait que diminuer l'amplitude du signal en gardant sa fréquence, pour faire en sorte que le courant dans la sonde et la résistance de 20 ohm soit le plus faible possible. Le montage en série résistance + connecteur sert à mesurer la salinité de l'eau. Plus la salinité est importante, plus le courant qui circule dans le connecteur est important.
• Amplificateur de tension
Le couple tension/courant est trop faible pour être mesuré directement, il faut l'amplifier pour le mesurer. Ce montage se fait à base d'amplificateurs opérationnels
• Redresseur ( montage à base d'un pont de diode )
Les entrée analogiques de l'arduino ne peuvent pas mesurer un courant alternatif, il faut redresser le signal avec un pont de diodes
• Lissage ( montage avec une capacité et une résistance = filtre passe bas )
enfin il faut lisser le signal avec un filtre passe bas pour en faire un signal continue qui sera proportionnel à la quantité de sel dans l'eau.

La construction de ces fonctions feront l'objet d'un prochain article,