苺栽培マシーンで養液栽培している苺の第一号が順調に育って、いよいよ収穫直前という感じになってきました。12/28 に花が咲いたので、大体40日くらいでここまで来た感じです。我ながらなかなか順調じゃないかなと思います。

隣にも実が写っているように他の花や実も順調で、現時点で50個ほど花と実ができてきています。これから続々と赤い実がなっていくかと思うと楽しみです。

ECメータを作る(1)交流電圧を作るで交流電圧を作るところまではできましたが、このままではウィーンブリッジ発振回路の先に繋げる回路によっては出力が安定しません。こういう時には出力を強化するためにエミッタフォロワ回路を挟みます。

エミッタフォロワ回路にも各種あり、オーディオ用途などのように信号の歪を極力減らしたいような場合はプッシュプル型のものを作成したりしますが、今回は電圧を測りたいだけなので簡単に実現できる方法を採用します。

注意点としては現時点ではVddが+5Vと想定しているので、正弦波の振幅が5V(実際はもう少し狭い)を超えると信号が大きく歪んでしまうことです。作成した交流電圧は±4Vくらいあるのでこのままではダメですね。この場合はエミッタフォロワ回路に与える電圧を上げるか交流電圧の振幅を狭める必要があります。今回は、値の測定に問題が無さそうなら振幅を狭める方向で対応しようかと思っています。

回路の設計ができたので、ブレッドボード上に実装して計測してみます。

入力と出力を比較した結果は以下の通りです。上が入力波形、下が出力波形です。入力と全く同じ波形が出力できています。

ちなみに、入力波形はPCのヘッドホン出力から1KHzの正弦波を出力して使用しています。矩形波だと高周波が削られてあまり良い出力が得られないですが、これくらいのものであれば十分使えます。

ヘッドホン出力から正弦波が取れるなら、負電源とかウィーンブリッジ回路とかいらないんじゃ・・・?と思ったアナタ。するどいですね～。ヘッドホン出力をECメータのために使用して良いのであればこれで十分なんじゃないかと思っています。

苺栽培マシーンで苺を効率よく成長させるためには肥料の濃度を適切に保つ必要があります。この管理に使用されるのがECメータです。ECメータを使用することで養液の中にどの程度の不純物が溶け込んでいるかを測ることができます。ただし、ECメータは溶液の抵抗値を見ているだけなのでどのような成分がどのような割合で溶けているのかということまでは確認することはできないです。

養液の抵抗値を測るだけなので、溶液中に電極を配置して電気を流せば値を取得できます。このとき、単純に直流電圧をかけると片側の電極に溶液中のイオンが引き寄せられて結晶化してしまい、センサーの性能が低下してしまいます。これを避けるために電極には交流電圧をかけます。

交流電圧をつくる

オペアンプを使用したウィーンブリッジ回路を使用して交流電圧を作ることができます。オペアンプを使用するためには負電圧が必要になりますが、”オペアンプ用に負電圧を作る“で作成しているのでそれを使います。

ウィーンブリッジ回路についてはCQ出版社の”ウィーン・ブリッジ発振回路が適切に発振する抵抗値はいくら？“を参考にしました。

設計ができたらブレッドボード上に回路を組んで動作確認します。写真の右側が負電圧の生成回路で真ん中がウィーンブリッジ回路です。

手元の環境では回路図のままではいい感じに発振してくれなかったのでR2の部分に可変抵抗を挟んでいい感じの波形が出るように調整が必要でした。調整して得られた波形は下図の通りです。

綺麗な正弦波が出力されています。

元の電源が5Vなので±5Vの正弦波が欲しいところですがそれは難しそうです。また、0.15Vくらいマイナス寄りになっているのがちょっと気になります。うーん。これは何なんでしょうね?とりあえず今のところはヨシとしておきます。

色々雑なところはあるものの、これで計測に必要な交流電圧を得ることができました。