Le nouveau Yocto-milliVolt-Rx et la mesure de pH

Le nouveau Yocto-milliVolt-Rx et la mesure de pH

Après le Yocto-Volt et le Yocto-0-10V-Rx, nous complétons aujourd'hui notre famille des capteurs de tension électriquement isolés par le Yocto-milliVolt-Rx, destiné tout particulièrement aux mesures de précision de signaux électriques faibles, de moins d'un milliVolt à 2V au maximum. Sa conception permet la mesure directe de potentiels très fragiles, comme une sonde pH par exemple.




Particularités du Yocto-milliVolt-Rx

Le Yocto-milliVolt-Rx existe en deux variantes, qui ne diffèrent que par le connecteur utilisé pour la mesure: soit un simple bornier à cage, soit un connecteur BNC pour raccorder directement un câble coaxial blindé. En effet, lorsqu'il s'agit de mesurer des signaux de très faible intensité, il peut y avoir un intérêt à protéger le signal à mesurer des perturbations électromagnétiques ambiantes.

Les deux variantes du Yocto-milliVolt-Rx
Les deux variantes du Yocto-milliVolt-Rx


Comme ses grands frères, le Yocto-milliVolt-Rx est un capteur électriquement isolé. Cela permet non seulement de mesurer des potentiels qui ne sont pas en terre commune avec l'ordinateur auquel le capteur est connecté, mais cela offre aussi une précision accrue en évitant les perturbations électriques conduites dues aux retours de masse intempestifs à travers les fils de mesure (la ronflette à 50Hz qu'on perçoit typiquement dans les appareils audio bas de gamme).

Une particularité essentielle du Yocto-milliVolt-Rx et du Yocto-milliVolt-Rx-BNC par rapport aux autres capteurs de tension est l'utilisation en entrée d'un amplificateur opérationnel à très faible biais de courant. En français courant, cela signifie qu'il est capable d'effectuer sa mesure de tension en ne détournant qu'une infime partie du courant du phénomène observé: moins de 1 picoAmpère, soit à peine quelques électrons par microseconde...

Comparaison

Comme des chiffres en disent souvent plus que des phrases, voici un petit tableau comparatif de nos capteurs de tension à ce jour:

 Yocto-VoltYocto-0-10V-RxYocto-milliVolt-Rx
Plage de mesure: -250...250V DC
0...250V AC
0...10V DC-1V...2V DC
Sensibilité:10 mV1 mVjusqu'à 0.01 mV
Rafraîchissement: 10 Hz (DC)50 Hz100 Hz
Canaux de mesure: 121
Impédance d'entrée: 331 KΩ11.2 KΩ> 1000 GΩ
ParticularitésMesure AC
intégrée
Alimentation 23V
intégrée
Ultra-haute
impédance



Autre particularité du Yocto-milliVolt-Rx: tout comme le Yocto-0-10V-Rx, c'est un capteur générique capable d'effectuer implicitement une conversion linéaire entre le signal mesuré en milliVolt et une grandeur physique correspondante, telle que par exemple une valeur de pH.

Exemple d'application: le capteur de pH

On nous a plusieurs fois demandé si nous comptions faire un capteur de pH. Or un capteur de pH n'est que la combinaison d'une électrode pH et d'un capteur de tension ultra-sensible, comme le Yocto-milliVolt-Rx-BNC. Nous n'allons pas commercialiser d'électrode pH puisque ce n'est pas notre rayon, mais nous allons néanmoins vous montrer ici comment utiliser une électrode pH avec un Yocto-milliVolt-Rx-BNC.

Yocto-milliVolt-Rx-BNC + sonde de pH = pH-mètre USB
Yocto-milliVolt-Rx-BNC + sonde de pH = pH-mètre USB


Vous pourrez vous procurer votre électrode pH (équipée d'un connecteur BNC) chez divers vendeurs sérieux, pour environ $100. Nous avons aussi testé la version à $25 une achetée sur Aliexpress (sur le shop de Gain Express Holdings Ltd, à Hong Kong), avec des résultats acceptables bien que les caractéristiques de la sonde soient un peu aux limites.

En théorie, à 25°C, une sonde de pH idéale donne une différence de potentielle de 59.16mV par degré pH, et un potentiel de 0mV au pH neutre (7). Il suffit donc de configurer le Yocto-milliVolt-Rx-BNC pour faire correspondre l'intervalle [-500mV...+500mV] à [15.45°pH...-1.45°pH] pour en faire un pH-mètre approximatif.

Dans la vraie vie, les électrodes pH ont des caractéristiques spécifiques, et en particulier un potentiel de référence au pH neutre qui peut varier jusqu'à +/-30mV. Si vous voulez une précision supérieure à 0.5°pH, il faudra donc utiliser une solution tampon de pH neutre pour centrer correctement l'intervalle de pH en fonction de la tension. Et ce n'est pas tout: la différence de potentiel par °pH va aussi faiblir au fur et à mesure que l'électrode vieillit. En pratique, on fait donc en général une calibration linéaire à 2 points, en utilisant deux solutions tampons de pH différents. Voyons comment procéder:

1. On mesure la tension de l'électrode, dans les deux solutions tampons, à température ambiante, en prenant soin de rincer la sonde entre les deux solutions et de laisser la tension se stabiliser.
- 1ère mesure: solution tampon pH 10.01: -145 mV
- 2ème mesure: solution tampon pH 4.003: 195 mV

2. On calcule les caractéristiques de la sonde
- la pente est de (195 + 145) / (10.01 - 4.003) = 56.6mV / °pH
- le potentiel au pH neutre est de 195 - (7 - 4.003) * 56.6 = 25.37mV

3. On calcule l'intervalle de pH correspondant à la plage de mesure -500mV...+500mV:
- Pour -500mV: pH = 7 + (25.37 - -500) / 56.6 = 16.282 °pH
- Pour +500mV: pH = 7 - (500 - 25.37) / 56.6 = -1.386 °pH

Pour vous faciliter la tâche, nous ajouterons prochainement dans diverses librairies Yoctopuce une petite application qui fera ces calculs pour vous.

Et voici le résultat démontré en expérience:

  



Si vous voulez en savoir plus sur les électrodes pH, nous vous avons trouvé un excellent guide sur la mesure de pH. En particulier, il est aussi possible de compenser les différences de températures pour augmenter encore la précision (l'erreur est environ d'environ 3 pour mille par °C). Mais dans ce domaine, la réalité des électrode à aussi tendance à s'éloigner de la théorie, donc le meilleur conseil est en général d'utiliser des solutions tampon à peu près à la même température que l'échantillon à mesurer, c'est le plus simple et le plus fiable :-)

Pour conclure

Un détail qui a son importance: pour l'instant, il n'y a pas de boîtier officiellement recommandé pour le Yocto-milliVolt-Rx-BNC. Le module est conçu pour entrer dans un YoctoBox-Long-Thick-Transp, mais il faut faire soi-même le trou pour le connecteur BNC dans la face du boîtier. Dès que nous aurons fabriqué les outils pour industrialiser cela, nous mettrons en vente le boîtier dédié.

Le Yocto-milliVolt-rx-BNC tient dans un boîtier long et épais... .. mais il va falloir jouer du Dremel
Le Yocto-milliVolt-Rx-BNC tient dans un boîtier long et épais, mais il va falloir jouer du Dremel.


La semaine prochaine, on vous montre comment utiliser le Yocto-milliVolt-Rx comme ampèremètre de précision...

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