PH METAR MA 5701


Danas je nabavljen pH metar proizvođača IEV Ljubljana iz Slovenije oznake MA 5701. PH mjerači (često se i pogrešno zovu i mjerači kiselosti) zapravo mjere koncentaraciju negativnih vodikovih iona u nekoj otopini ili u polukrutim tvarima (sa posebno prilagođenim sondama).

ph_metar_iev_ma_5701_01

ph_metar_iev_ma_5701_02

ph_metar_iev_ma_5701_04

ph_metar_iev_ma_5701_05

U svojem temeljnom obliku pH metar je zapravo osjetljivi voltmetar koji mjeri napon na posebnoj sondi. Napon na sondi pak nastaje kao posljedica aktivnosti vodikovih iona koji se kroz posebni kemijski filtar (membranu) propuštaju na aktivnu supstancu sonde. Na sondi tako nastaje napon od 59,16 mV po jedinici pH. Taj napon je na skali instrumenta izravno prikazan (pretvoren) u pH vrijednosti. PH vrijednosti se iskazuju u rasponu od 0 do 14. Za pH=7 vrijednost napona je nula volti, a krajnje vrijednosti napona su +414,12 mV za pH=0, odnosno -414,12 mV za pH=14.  Otopina sa pH 7 je dakle neutralna, vrijednosti ispod pH 7 ukazuju na kiselost otopine, a otopine sa pH vrijednosti iznad 7 su lužnate (alkalne, bazične).

Na skali instrumenta MA 5701 jasno se uočava neutralna vrijednost pH 7 koja odgovara naponu sonde od nula volti. Prva skala ima pH raspon od 7 do 14 i služi za mjerenje lužnatih otopina. Druga skala ima pH raspon od 7 do 0 i služi za mjerenje kiselih otopina. Analogna skala u milivoltima koristi se prilikom mjerenja drugih elektrokemijskih potencijala. Uočavaju se dva potenciometra za kalibraciju. Jedan je za podešavanje kazaljke na nulu kod kalibracije sa neutralnom tekućinom, a drugi je za korekciju tzv. asimetričnog potencijala (AP) ili razlike napona koji se ponekad može pojaviti na elektrodama pH metra i kod neutralnih tekućina, a uzrokovan je starenjem i kemijskim svojstvima samih materijala upotrijebljenih u pH sondama.

Kao mjerne sonde najčešće se koriste sonde sa staklenom membranom. Radi se o posudici sa tankom staklenom stjenkom posebnog kemijskog sastava koja pod određenim uvjetima (mora biti navlažena) postaje propusna za vodikove ione. Unutar posudice nalazi se elektroda od srebra ili srebro klorida uronjena u otopinu kloridne kiseline stalnog i poznatog pH. Pri određivanju pH uz mjernu (indikatorsku) mora postojati i neka referentna elektroda, a obje ove elektrode se obično kombiniraju u istom kućištu. Na taj način se s obje strane membrane postave identične otopine i referentne elektrode čime bi i napon na njima trebao biti nula. Međutim, zbog određenih faktora može se svejedno pojaviti neki mali asimetrični napon na elektrodama pa je sondu prije svakog mjerenja treba baždariti.

Koncentracija vodikovih iona u otopini ovisna je o temperaturi otopine (veća temperatura, više iona), stoga kod mjerenja pH vrijednosti treba paralelno mjeriti i temperaturu otopine kako bi se tom korekcijom dobilo ispravno očitanje.

Gornji opis dovoljan je da se može relativno dobro zaključiti čemu služe pojedine kontrole na pH metru MA 5701 te način baždarenja i samog mjerenja uređajem. Stoga se mi (više elektroničari nego kemičari) radije posvetimo unutrašnjosti ovog voltmetra 🙂

ph_metar_iev_ma_5701_06

ph_metar_iev_ma_5701_10

ph_metar_iev_ma_5701_09

Skidanjem stražnjeg poklopca otkrivamo da se radi o uređaju s elektronskim cijevima od kojih svaka nosi oznaku “special quality” što znači životni vijek preko 10 000 sati. Ugrađene su ukupno četiri elektronke: dvostruka trioda E80CC i dvije pentode E80F u krugu pojačala te Philipsova dioda OA2 za stabilizaciju napona. Između elektronke OA2 i žičanog otpornika uočava je još jedna komponenta koja jako nalikuje sijalici, posebice jer na sebi ima oznaku OSRAM. Ovdje se zapravo radi o tzv. Urdox otporniku.

Urdox otpornici u početku su se proizvodili kao kapsule ili štapići od uran dioksida zatvoreni u staklene tubice te im otuda i naziv Urdox (skraćeno od Uranium dioxide), a ponašali su se kao otpornici sa negativnim temperaturnim koeficijentom (NTC). Takvim otpornicima je otpor u hladnom stanju najveći, a sa zagrijavanjem pada, te u nekom radnom režimu poprime neku određenu vrijednost koja se zatim više praktički ne mijenja. Kao takvi služili su za ograničenje struje (pojavu velikih strujnih pikova) kod prvog ukapčanja hladnih grijačih niti elektronki na napajanje, odnosno za postepeno i stabilizirano zagrijavanje žarnih niti elektronki spojenih u seriju.

Kasnije (od sredine 30-tih godina prošlog stoljeća) počeli su se izrađivati otpornici od željezne otporne niti zatvorene u stakleni balon napunjen vodikom, a ponašali su se kao otpornici sa pozitivnim temperaturnim koeficijentom (PTC). Ovakvi otpornici nazivali su se “regulatorke” ili “željezo u vodiku”. Loša strana takvih regulatora je to što su toplotno dosta inertni te spoto reagiraju na promjene struje, odnosno s uspjehom djeluju samo onda kad promjene struje nisu nagle. Vodik je služio za sprječavanje oksidacije željezne niti i za pospješivanje zagrijavanja niti kako bi ista imala što brži odziv na promjene struje. Kao takvi ovi otpornici služili su za stabilizaciju velikih fluktuacija napona napajanja koji su tada bili česti u mreži. Sa pravilno izabranim režimom rada ovi otpornici bi uspješno regulirali pogonski napon čak i kod njegovog dvostrukog povišenja, a i u slučaju ako on nešto padne ispod svoje vrijednosti.

Također, u kombinaciji sa željezo-vodik otpornikom (PTC), u istu staklenu cijev mogao je biti ugrađen i uran dioksid otpornik (NTC). PTC otpornici kasnije su se počeli proizvoditi kao zasebni elementi od manje osjetljivih materijala ali su se svejedno još do 60-tih godina ugrađivali u staklene balone (vjerojatno zbog kompatibilnosti kod zamjene) te se i zadržao naziv Urdox. Također, negdje se za ove otpornike koristi i naziv “barretter” jer jer princip rada sličan barretterima koji su se koristili za detekciju radio signala u prvim radio prijemnicima.

U svakom slučaju u naš uređaj ugrađen je željezo-vodik (PTC) Urdox otpornik dizajniran za napone 5,5-16,5V i struju od 0,45A te u serijskom spoju sa krugom grijanja elektronskih cijevi služi za stabilizaciju napona, odnosno osiguranje konstantne struje 0,45A u rasponu napona 5,5-16,5V.

ph_metar_iev_ma_5701_08

Detaljnijim pregledom uočeno je da dva potenciometra za baždarenje na prednjoj ploči nisu u funkciji: jedan je blokiran i ne može se okretati, a drugi se okreće sa cijelim svojim kućištem umjesto samo na osovini. Prijašnji vlasnik ga je čini se toliko okretao da su se potrgale sve žice koje su bile vezane na istog. Do sada sam već naišao na slučajeve blokiranih potenciometara na uređajima (posebice na audio miksetama) koji su se jedostavno “zapekli” od godina nekorištenja i izloženosti prljavštini i vremenskim utjecajima. Međutim, kod takvih slučajeva česti problem predstavlja i mazivo koje je stavljeno na osovine potenciometara, a koje tijekom vremena izgubi svoja svojstva (osuši se) i tada zapravo više djeluje kao ljepilo nego kao mazivo (posebice ako se ti podmazani pokretni dijelovi desetljećima ne pomiču). Za popravak naših potenciometara potrebno je do kraja rastaviti kućište pH metra, pri čemu veseli originalna tvornička plomba na vijku kućišta što znači da uređaj još nije bio rastavljan od izlaska iz tvornice prije nekih 50-tak godina 🙂

ph_metar_iev_ma_5701_66

ph_metar_iev_ma_5701_07

Originalni potenciometri vrlo su kvalitetno i robusno napravljeni ali je za rastavljanje istih bilo potrebno skinuti dvije mjedene zakovice. Osovina potenciometra se jedino čekićem mogla izbiti iz kućišta, a uzrok tako čvrste zapečenosti je mazivo koje se kroz desetljeća osušilo i pretvorilo u čvrstu slijepljenu masu između osovine i njenog ležišta u kućištu potenciometra. Kod rastavljanja potenciometra uočeno je da je potrgan i jedan kontakt istoga. S ozbirom da je ostalo još dovoljno kontakta za lemljenje taj spoj je popravljen kako se vidi na donjoj slici. Osovina i ležište su očišćeni i podmazani, otporna traka je također očišćena, te se potenciometar može sklopiti. Odgovarajuće male mjedene zakovice teško je pronaći nove ali spoj se može improvizirati prikladnom bakrenom žicom, vijcima i sl. Na kraju, ako ponovno sklapanje ne uspije u potpunosti, najbolje je potenciometre zamijeniti novima.

ph_metar_iev_ma_5701_11

ph_metar_iev_ma_5701_12

Sada je potrebno otkriti kako su bile vezane žice koje su potrgane sa kontakata jednog potenciometra. Kod ovakvih vintage uređaja izvodi kontakata sa matične tiskane pločice na vanjske elemente na šasiji obično su izvedeni vrlo robusno i mehanički vrlo kvalitetno. Tako se i kod ovog našeg pH metra jasno uočava šest kontakata izvedenih na sredini unutarnje pregrade kućišta, a to su upravo kontakti za naša dva potenciometra. S obzirom da su prva tri kontakta na potenciometar izvedena pravilnim redoslijedom, za pretpostaviti je da su takvim redoslijedom bila vezana i preostala tri kontakta za potrgani potenciometar. Na prvom potenciometru zalemljen je otpornik na masu, a sličan otpornik potrgan je i na drugom potenciometru. Vizualno se može uočiti da je i taj bio drugim krajem vezan na masu uređaja. S obzirom da je kontakt ovog otpornika potrgan baš na samom rubu, otpornik se mora zamijeniti novim. Svi otpornici u ovom uređaju dizajnirani su za snage 1W ili više, pa su umjesto jednog jačeg otpornika od 51 ohma (kojeg trenutno nisam imao na lageru) stavljena dva od 100 ohma vezana paralelno.

ph_metar_iev_ma_5701_13

ph_metar_iev_ma_5701_14

Uređaj je sklopljen i prije uključivanja provjeren ommetrom. Otpor na mrežnim priključnicama iznosio je 20-tak megaohma. Problem je pronađen u oksidiranom ležištu osigurača na mrežnom transformatoru, te je nakon čišćenja izmjereno prihvatljivih 110 ohma. Nakon uključenja sve elektronske cijevi počele su se žariti, a nježno crveno usijanje moglo se u početku uočiti i na željeznoj niti Urdox otpornika. Ispitivanjem je utvrđeno da sve kontrole rade uključujući i popravljeni potenciometar za namještanje nule na skali kod mjerenja pH vrijednosti. Instrument je testiran s naponima od 10 do 300 mV na ulazu sonde (BNC konektor) na opsezima x1 i x4 te je ustanovljeno da je vrlo precizan. Time je prva faza uređenja pH metra MA 5701 završena.

Danas su u prodaji digitalni pH metri koji u jednom kućištu kombiniraju više sondi i senzora za istovremeno mjerenje velikog broja parametara različitih tekućina i otopina (pH vrijednost, temperatura, oksidokoredukcijski ili redox potencijal, konduktivnost ili vodljivost, razina kisika, salinitet i dr.). Također, mogu biti opremljeni sondama koje su izrađene za različita specijalna mjerenja tekućih i polukrutih tvari: za tekućine (od vode do agresivnih kiselina), za sve vrste tla (određena vlažnost uvijek mora biti prisutna), za prehrambenu industriju (meso, mlijeko, salama, sir), za galvansku tehnologiju (količina kiseline u kadama za galvanizaciju), u kozmetici i medicini (krv, kosa, koža), u laboratorijima itd. Digitalna tehnologija omogućuje memoriranje i logiranje vrijednosti, a u neke uređaje specijalizirane za mjerenje parametara tla ugrađen je i GPS. Ne treba spominjati njihove mogućnosti automatskih rekalibracija i temperaturnih kompenzacija. Pa ipak, pokušajte zaviriti ispod kućišta jednog takvog modernog pH metra veličine kutije cigareta u kojem nećete pronaći drugo nego hrpu neuglednih malih crnih kvadratića kod kojih je teško razlikovati čak i mikroprocesor od operacionog pojačala, a zatim isto tako zakoračite u unutrašnjost jednog vintage lampaškog stroja kakav je predstavljen u ovoj objavi. Svaki komentar vezan uz ove dvije usporedbe je suvišan. Ali i dobrodošao 🙂

 

 

Leave a comment

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.