Технология гальваники — процесс гальванического покрытия

Способы изготовления печатных плат

Буквально несколько лет назад радиолюбители делали печатные платы на любительском уровне, то есть рисовали проводники будущих дорожек краской с помощью рейсфедеров, спичек и всевозможных приспособлений. Качество печатных плат в итоге было на низком уровне.

Недавно в мир радиолюбительского творчества пришли технологии, ЛУТ (лазерно-утюжная технология) и фоторезист, с помощью которых уровень печатных плат поднялся почти до качества сделанных на производстве.

Но радиолюбителям этого мало и они осваивают методы металлизации отверстий для двухсторонних печатных плат, например технология металлорезиста164 (и тентование, тут будет ссылка на раздел). Что бы заниматься качественной металлизацией печатных плат, нужна хорошая ванна для гальваники, об изготовлении которой пойдет дальше речь.

Ванна для гальваники

Для того чтобы сделать ванну дома:

Покупаем 10 литровый пластиковый контейнер для сыпучих продуктов. Выгибаем из медного прутка крепление для анодов, вставляем его в пазы.

Из медных прутков нарезаем стержни и изгибаем их на концах, затем вешаем их на заранее вставленную анодную рамку.

Качалка

Далее вырезаем из акрила или оргстекла крышку подходящего размера, вырезаем в ней прямоугольный паз для катодной штанги. Чтобы крышка не ездила по ванне, снизу приклеиваем буртики с четырех сторон.

С внешней стороны крышки крепим привод катодной штанги. В данном случае использовался двигатель от микроволновки на 220 вольт, который крутит чашку в камере микроволновки. На него был установлен эксцентрик из алюминия, который будет обеспечивать поступательные движения катодной штанги в процессе работы гальванической ванны.

Также приклеиваем упоры для крепления катодной штанги, которые будут надежно ее удерживать во время работы.

Как все приклеили и собрали, ставим крышку на место.

Катодная штанга

Делаем катодную штангу, вырезаем из того же акрила или оргстекла две заготовки по размеру вырезанного окна в крышке ванны. Затем клеим к каждой фольгированный текстолит, и припаиваем провода, сверлим отверстия под болты.

На одной заготовке сверлим два отверстия по бокам и вкручиваем туда винты диаметром 3 мм. , затем обрезаем у них шляпки — это будет ось для движения катодной штанги.

На этой же заготовке сверлим сверху посередине отверстие и также вкручиваем туда винт на 3 мм. — это будет кронштейн для крепления тяги привода.

Устанавливаем все на место, в результате получается вот такая компактная ванна для гальваники.

Металлизация отверстий в печатных платах

Прим металлизации отверстий, плату сначала нужно покрыть слоем химической меди, затем нанести слой гальванической меди. Об этом и пойдет речь ниже.

Процесс металлизации отверстий

Сверлим и обрабатываем отверстия, затем обезжириваем плату.

Промываем плату, делаем микротравление в персульфате аммония, затем промываем печатную плату.

После промывки платы опускаем ее в раствор предактивации (NaCl и вода). После предактивации, не промывая плату, опускаем ее в раствор палладиевого активатора на 5. 10 минут. После активации промываем плату в проточной воде 1. 2 минуты.

Как приготовить такой активатор, написано в этой статье.

После промывки платы делаем ускорение в растворе NaOH 30 сек. 1 мин, потом промываем плату в проточной воде 1. 2 минуты и опускаем плату в раствор химического меднения. В результате получаем плату с металлизированными отверстиями.

Рецепт раствора для хим. меднения (усиление отверстий) и порядок работы с ним, описан этой статье.

Толщины слоя химической меди недостаточно, для усиления отверстий делаем гальванику медью.

Читайте статьи на сайте первоисточнике, не поддерживайте воров.

Практические испытания ванны для гальваники

Крепим с помощью болтов печатную плату, подключаем ее к минусу источника, плюс подаем на аноды и начинаем процесс гальваники (металлизацию печатной платы).

Видео работы ванны гальваники.

Электролит для гальваники

Электролит для гальваники готовится по следующему рецепту:

Количество реактивов из расчета на 1 литр раствора.

Медный купорос — 220 гр. Автомобильный аккумуляторный электролит плотностью 1,27. 1,28 — 156 гр. (взвешиваем на весах). Соль NaCl — 0,09 гр. Аптечный активированный уголь — 1 пачка. Блескообразователь Chemeta RV-T — 4 мл.

Готовится электролит следующим образом:

В автомобильный электролит добавляем медный купорос, добавляем соль NaCl и доводим объем раствора до нужного горячей (90 градусов) дистиллированной водой. Растворяем медный купорос, как только растворится, добавляем в этот раствор активированный уголь и оставляем раствор на 1 час, периодически перемешивая. Затем фильтруем его от активированного угля. Как только отфильтровали, добавляем блескообразователь, электролит для гальваники готов. Температура электролита при работе 18. 25 градусов.

Например: Нужно приготовить 10 литров раствора для гальваники, для этого берем 156*10 = 1,56 кг. автомобильного электролита, добавляем туда 220*10 = 2,2 кг. медного купороса и 10*0,09 = 0,9 грамма хлорида натрия (NaCl). Доводим объем раствора до 10 литров дистиллированной водой (вода горячая 90. 100 градусов для лучшего растворения медного купороса, важно: не добавляем 10 литров воды, а доводим до 10 литров объем раствора).

Затем растворяем медный купорос, как только растворилось, добавляем туда активированный уголь 1*10 = 10 пачек и хорошо перемешиваем. Оставляем раствор на 1 час, периодически перемешивая. Фильтруем от угля и добавляем блескообразователь 4*10 = 40 мл. Электролит готов к применению.

Уголь здесь нужен для удаления органики из раствора, если им не очищать раствор, то блескообразователь быстро испортится в приготовленном растворе и придется добавлять его по новой, с предварительной очитской углем.

В качестве блескообразователя можно использовать желатин или этиловый спирт (сколько нужно добавлять, ищите в интернете, рецептов много), но качество блеска и покрытия будет немного хуже.

Процесс гальваники длился ровно 1 час.

После чего снимаем плату с катода, промываем от электролита меднения водой. Затем, чтобы медь не окислялась, опускаем плату на 20. 30 секунд в слабый раствор серной кислоты, также можно использовать для этого автомобильный аккумуляторный электролит.

Идея

Всё началось с того, что мне на глаза попалась статья, в которой датасаентисты вырастили больше клубники лучшего качества, чем традиционные фермеры. Это натолкнуло меня на мысль попробовать вырастить клубнику у себя дома, создав комфортные условия для её развития. Я тогда ещё ничего не знал о технологии выращивания растений, но с чего-то надо было начинать.

Я прочитал несколько статей про выращивание клубники для чайников. Кстати, первое, о чем многие рассказывают, что привычное нам название “Клубника” на самом деле не относится к ягоде, которую мы обычно едим. То, что продается в магазинах и выращивается на дачах — земляника садовая. А клубника — подвид рода Земляника, который многие никогда и не пробовали.

После прочтения статей я набросал поверхностный план для своего проекта и приступил к реализации. План был такой:

• Сколотить коробку, которую я потом поставлю на балкон, где температура за год может колебаться от -20 до +40
• Придумать как утеплить коробку
• Сделать отопление на случай морозов
• Сделать вентиляцию, для отвода тепла
• Повесить всяких датчиков, чтобы следить за состоянием коробки
• Написать код для управления

Коробка

Первое, что я сделал — нашел в продаже контейнеры, в которые посажу будущие растения и желоба под них для дренажа.

Купил два контейнера 180х110х985 мм. В них помещается по 10 растений. Примерно вот такие:

Там же у продавцов попросил отрезать два желоба по 1 метру. Желоба будут использоваться как полки, а еще по ним будет стекать дренаж.

Дальше я на бумаге накидал схематично как будет выглядеть коробка.

В итоге всё получилось немного иначе и посложнее, но вектор был задан.

Заказал необходимые материалы и соорудил вот такой ящик:

В ящике я сделаю две полки с лотками для растений.

Освещение

Земляника садовая — светолюбивое растение. От уровня освещенности будет зависеть сладость ягоды. Поэтому хочется сделать свет ярким. В то же время слишком мощные лампы будут перегревать коробку. После гуглёжки сделал выводы, что минимальная освещенность должна быть — 6000 люкс. Более-менее сладкую ягоду можно получить от 12000 люкс.

Я купил 8 светодиодных лапмочек, по 4 на каждую полку. Световой поток от каждой — 1521 лм. 1 люкс равен освещенности поверхности площадью 1 квадратный метр при световом потоке падающего на нее излучения, равном 1 люмен, т. 1 лк = 1 лм/м². На каждой полке площадь освещаемой поверхности около 1м². Значит, растения получат примерно по 4 х 1521 лм = 6084 люкс.

Дренаж

Если у меня будет автополив, то надо, чтобы лишняя жидкость не застаивалась и куда-то стекала. Я загнул лотки по краям. Проковырял в них дырки и сделал отвод лишней жидкости в лоток, который расположил на дне коробки.

Света маловато

Пришел к выводу, что освещение слишком слабое. Поэтому купил 8 ламп по 3000 лм. Это получатся 4 х 3000 лм = 12000 люкс. На самом деле на листьях будет ещё больше, т. они располагаются близко к лампам. Телефонный люксометр на уровне листьев показывал около 35000 люкс. Также я покрыл внутренности коробки отражающим материалом для лучшей освещенности. Ещё этот материал поможет сохранить тепло зимой.

Лампы занимают большую площадь в коробке. Я не догадался, что рассеиватели можно оторвать, но умные люди потом подсказали.

Меня беспокоит, что каждая лампа потребляет 40W, а значит, что тепла будет излучаться много и надо будет от него избавляться.

А ещё на тот момент я не задумывался об эффективности светодиодных ламп. Уже значительно позже я посчитал, что 3000лм/40ватт=75лм/ватт — это отстойный показатель даже среди бытовых светодиодных ламп. Слишком много энергии будет уходить в тепло. Возможно найти светодиодные панели с эффективностью выше 150лм/ватт. Но я  продолжил работать с тем, что имею. Если лампы будут слишком сильно жарить, придется искать более эффективные.

На случай, когда температура будет высокой и требуется освещение, я сделал так, чтобы можно было отключить половину ламп.

Кулеры и термометры

Настало время заняться электроникой. Для управления своей системой я выбрал Raspberry Pi, т. у меня давно валялась без дела старенькая 26 пиновая. Мне советовали делать на Arduino или esp32, но мне нужен полноценный компьютер для управления, чтобы работать в привычной среде.

Я повесил на каждую из полок по датчику температуры DS18B20 и ещё один разместил снаружи. Проверю, как сильно нагреется коробка без отвода теплого воздуха. Закрыл коробку крышкой и включил свет.

В коробке температура стабилизировалась на 41. 9°C на нижней полке и 42. 4°C на верхней при температуре снаружи 23. 7°C. Разница между полками не большая — это хорошо, но вот уровень температуры никуда не годится. Хочется, чтобы она не превышала 26°C.

Я поставлю коробку на лоджию. Зимой температура там не должна опускаться ниже -20°C и предполагается, что в коробке я смогу поддерживать достаточную температуру зимой. С охлаждением всё обстоит сложнее. Я не решил эту проблему. Забегая вперед скажу, что прошедшим летом в аномальную жару температура в коробке достигала 37°C.

Для вентиляции и отвода тепла я установил 4 кулера с регулировкой оборотов.

И начал проводить эксперименты.

На максимальных оборотах кулеров, если закрыть ящик, при внешней температуре 24°C, внутри со включенным светом получается 31°C

Написал код для отдельной регулировки оборотов верхних и нижних кулеров, чтобы поддерживать нужную температуру во время холодов. На следующем графике видно, что снаружи температура около 5°C, а на полках держится в районе 24°C

На следующем фото видно куда я вмонтировал кулеры. И еще я снял рассеиватели с ламп.

Вот ещё есть график работы вентиляторов при внешней температуре -1°C

Кулеры вращаются, чтобы поддерживать в коробке температуру 24°C. Верхний работает на 50% мощности, а нижний на 35%. Я хотел протестировать на более низких температурах, но мороза больше не было.

Отопление

Длина светового дня — важный параметр для роста земляники садовой. Это значит, что свет не будет работать круглосуточно и растениям необходимо греться в «ночное» время. Для обогрева я использовал лампы накаливания, соединенные последовательно. При таком подключении они будут хорошо греть, но слабо светить.

Лампы накаливания я повесил рядом с основным освещением. 3 верхние и 3 нижние лампы соединены последовательно.

На фото лампочки на 60W. Но после экспериментов я их заменил на лампы по 200W, чтобы в итоге на морозе иметь достаточно тепла в коробке.

Борьба с реле

Настало время сделать управление освещением и отоплением. Я взял реле на 8 каналов, как на видео в следующем тиктоке и подключил его к малинке (Raspberry Pi)

Лампы накаливания включаются и выключаются отлично. А вот на светодиодном освещении контакты релешки начали залипать. Оказалось, что для пуска светодиодной лампы требуется очень большой ток, который приводит к свариванию контактов и обычные реле на 10A не выдерживают. Подробнее можно вот тут почитать.

Тогда я решил, что буду своими маленькими релешками включать более мощные реле. У отца как раз нашлась пара больших контакторов, которыми он поделился. Я их подключил и результат не порадовал — такой громкий гул и щелчки недопустимы в условиях квартиры. Поэтому я начал искать альтернативы.

На форумах частенько попадалась информация, что можно использовать терморезисторы, чтобы гасить стартовый скачок тока, но у меня не было уверенности, что идея рабочая. Я решил попробовать твердотельное реле. В них отсутствуют механические части для включения/выключения и о залипании контактов можно не думать.

Заказал два твердотельных реле на 40A каждое. Производитель обещает, что они выдерживают максимальный импульс тока 400А на короткий промежуток. Надеюсь, этого хватит. Запускаю на тестирование. Погонял пол часа на вкл/выкл. Полет нормальный. Совсем не нагрелись. Но есть  один неприятный момент. В «разомкнутом» состоянии они на самом деле пропускают небольшой ток. Из-за этого светодиодные ламы тускло светятся когда должны быть выключены. Для моей задачи это не критично, т. к свечение очень слабое. Даже, возможно, хорошо, т. хочется установить в ящик камеры и у меня будет ночная подсветка.

Датчики влажности почвы

Я купил датчики влажности почвы.

Подключил их к Raspberry Pi, чтобы протестировать.

Работает. Но проблема в том, что на малинке я с них могу получать лишь сигнал 1 или 0 и настраивать порог срабатывания, подкручивая резистор на самом датчике. Такой вариант меня не устраивает. Я хочу видеть изменяющийся уровень влажности. Для этого на датчиках есть аналоговый вывод, но на малинке нет считывателя аналогового сигнала. Поэтому пришлось докупить АЦП (аналого-цифровой преобразователь)

Подключил датчики влажности к АЦП. Какие-то они не стабильные. Если окунать в воду, то через пару минут напряжение с аналогового вывода проседает на 15% на одном и на 10% на другом. Еще я прочитал, что на щупы этих датчиков есть жалобы — они довольно быстро окисляются и начинают работать хуже. А еще они выглядят слишком короткими. Я принял решение попробовать емкостные датчики влажности почвы. На фото видно, что новые датчики повнушительнее старых и, кажется, лучше по качеству.

Я запустил тестироваться новые датчики влажности почвы. Первое, что меня огорчило — в одинаковых условиях они дают немного разные показания. , допустим, без влажности оба датчика выдают 3. 3 вольта, а если оба погрузить в одну и ту же емкость с водой, то один может выдавать 2. 8В, а другой 2. Но разница не выглядит большой.

Я провел эксперимент. Обмотал оба датчика мокрыми салфетками, т. они высыхают быстрее чем почва. Подключил их к малинке, включил логирование данных и стал ждать. В какой-то момент мне показалось, что салфетки слишком мокрые и надо их подсушить феном. Отсюда я понял, что показатели зависят еще и от температуры. Когда салфетки стали подсыхать, данные с датчиков стали похожими. Это хороший знак. Скорее всего не придется под каждый датчик делать корректировку. И можно будет выставить порог, при котором будет автоматически включаться полив.

На картинке всё очень хорошо, прям идиллия. Жаль, что на практике всё пошло не по плану. Но об этом позже.

Автополив

Для полива я заказал маленький насос на 12 вольт, который не требует погружения в воду.

Так же были куплены трубки и капельницы с компенсирующими каналами.

Каналы должны способствовать равномерному выливанию жидкости из каждой капельницы.

Потом я собрал в ванной установку, чтобы сравнить, сколько воды выходит из каждой капельницы.

Я сделал два ряда капельниц — для верхней и для нижней полки. Капельницы в каждом ряду между собой имели незначительный разброс. А вот разность между рядами была очень большой. Видимо, из-за давления водяного столба. В рюмках на следующем фото видно, сколько набирается за одно и то же время снизу и сверху.

Я пробовал по-разному соединять трубки, но ничего удовлетворительного у меня не вышло.

В итоге я пришел к выводу, что надо сделать на каждую полку индивидуальный полив со своим насосом. Так даже лучше. Можно будет, при необходимости, полить отдельную полку и сделать разную продолжительность полива.

Датчик влажности воздуха

Для земляники садовой комфортный уровень влажности — 60%. Когда-нибудь я попробую влиять на этот показатель, а пока просто начну собирать данные чтобы быть в курсе текущей.

Подключил датчик влажности и температуры на микросхеме Si7021. Запустил увлажнитель воздуха, чтобы проверить. Вроде ок. Интересное замечание — увлажнитель воздуха прилично охлаждает. В самой струе из увлажнителя температура упала аж на 8°C. Надо будет подумать, можно ли этот принцип использовать при охлаждении коробки в жаркие времена.

Датчик CO2

Углекислый газ важен для фотосинтеза. Основную часть своей сухой массы растение синтезирует из CO2 и воды. В теплицах и сити-фермах, при хорошем освещении, часто повышают уровень этого газа до 1300 ppm, чтобы получить лучший урожай. На улице же этот уровень составляет 400-450 ppm.

Я бы хотел регулировать уровень CO2 в своей коробке, но из-за активной вентиляции это не представляется возможным. Но следить за уровнем газа мне показалось интересной идеей, поэтому я поставил в свою чудо-коробку датчик.

Я заказал датчик CCS811. Подключил к Raspberry Pi, а библиотека для работы с ним выдает ошибку. Вот что говорит производитель: «This sensor is not well supported on Raspberry Pi. This is because it uses I2C clock stretching which the Pi cannot do without drastically slowing down the I2C speed. CircuitPython and Arduino are supported». Короче, какие-то проблемы с частотой обмена данных с I2C. Нашел инструкцию, что частоту можно замедлить. Для моих сенсоров, кажется, это не критично. Замедлил, всё заработало. Ура!

Начал тестировать. Подозрительно низкие показания у датчика — 400 ppm — минимальное значение, которое может выдать аппарат. Это не похоже на правду. Тем более, что у меня есть ещё один домашний датчик co2 и он показывал в это время около 700 ppm. Подышал на датчик — значение поднимается. Но как-то слабо. Надышал в пакет. Мой домашний датчик зашкалило, а у этого сначала увеличилось значение, а затем стабилизировалось опять на 400. Муть какая-то. Решил почитать мануал. Оказалось, «Характеристики сенсора стабилизируются в период обкатки, который длится около 48 часов, поэтому ранние измерения могут отличаться по точности. В нормальном режиме работы наиболее точные показания достигаются через 30 минут прогрева после включения питания. » Поэтому придется погонять. Пусть пока поработает. Посмотрю, что будет дальше.

Поработал датчик около 40 часов. За это время показатели сильно скакали. Окно было постоянно открыто, домашний датчик показывал нормальные, как мне казалось, результаты, а показания этого как-то скачут. Причем видно, он реагирует на открытие/закрытие окна, но само значение иногда, кажется, не соответствует действительности — сильно скачет по отношению к датчику, которому я привык доверять.

Решил поподробнее почитать про датчик. В даташите узнал, что сенсор может принимать данные о температуре и влажности воздуха для коррекции показаний. В документации к питоновской библиотеке про это не сказано. Решил заглянуть в код. Спасибо, такая возможность реализована. Запущу второй тест с учетом влажности и температуры, данные о которых возьму с другого датчика.

Погонял еще пару дней датчик CO2. Показания начали коррелировать с показаниями домашнего датчика. Дальше на графике пример показаний счетчика.

И вроде все нормально, но слишком часто его показания отличались от моего домашнего датчика и эти отклонения я не мог объяснить. Например CCS811 как-то показывал 1100 ppm, хотя все окна были настежь и домашний датчик показывает около 500 ppm, которому я верю больше. Я решил, что это из-за принципа работы нового датчика. Датчик качества воздуха CCS811 замеряет концентрацию летучих органических веществ (TVOC), а затем из этих данных вычисляет эквивалентное значения углекислого газа (eCO2). Для мониторинга качества воздуха такой метод подходит, а вот для моих целей отслеживания уровня CO2, увы, нет. Надо подробнее читать описание перед покупкой.

Пришлось заказать другой датчик — MH-Z19B. Он должен лучше подойти. Как только он приехал, я его без проблем подключил. Работает отлично. Показания очень близки к домашнему.

Крышка

На время холодов у меня есть крышка. На фото она держится на малярном скотче. Позже я сделал нормальные защелки.

Провода

Настало время как-то организовать провода моей чудо-коробки, т. на макетной плате, если подключить все устройства, то разобраться в проводах — сущий кошмар.

Чтобы не запутаться, я накидал на бумажке схему что куда идет. Делал для себя, как умею, поэтому спрячу под спойлер.

Я решил всё соединить проводами на маленькой макетной плате. Пайка была кропотливой, но у меня получилось.

Оглядываясь назад, я пришел к выводу, что надо было сделать масштаб пайки раза в 2 побольше, т. приходилось кое-что перепаивать и это было неудобно.

Следующим шагом я смонтировал все управляющие устройства на дощечке.

И подключил к ней все необходимые провода.

Код

Пока я тестировал все приборы, я уже написал код для работы каждого в отдельности. Настало время объединить всё под одной системой и начать писать логику управления и мониторинга коробки.

В итоге я написал программу со следующей функциональностью:

• Сбор и логирование данных с датчиков:термометры на каждой из двух полок и еще один снаружи
• термометры на каждой из двух полок и еще один снаружи
• Контроль за поливом: если влажность почвы слишком низкая на одной из полок, то включается насос для подачи жидкости
• Управление вентиляторами для верхней и нижней полки в отдельности. Если температура выше заданной, то в коробку начинает нагнетаться воздух. Чем дольше температура не опускается, тем сильнее дует воздух
• Управление освещением. Я могу задать любое время для начала и окончания «‎светового дня». Так же добавил автоматическое отключение света, если температура будет слишком высокой, т.к. освещение — основной источник тепла
• Управление отоплением. Если температура опускается ниже заданной, то оно включается

Код в открытом доступе можно посмотреть на гитхабе.

Подготовка субстрата

У меня всё готово для посадки. Я решил выращивать на гидропонике, т. все питательные вещества, необходимые для растений будут вноситься вместе с поливом, поэтому субстрат должен быть максимально нейтральным. После изучения возможных вариантов, мне понравился состав из 75% кокосового субстрата и 25% перлита. Корни клубники достаточно чувствительны к кислороду в почве. Предполагается, что наличие перлита с этим поможет, а кокосовые волокна являются хорошим проводником для жидкости и являются достаточно влагоёмкими.

В качестве питательных веществ я купил комплексное удобрение. Оно состоит из трех баночек, из которых можно готовить разные растворы, изменяя пропорции каждой, в зависимости от стадии развития растения.

Мне потребуется следить за качеством питательного раствора и субстрата. Основные показатели, за которыми смотрят — уровень содержания солей и уровень pH. За уровнем содержания солей следят косвенно, измеряя электропроводность жидкости. Я купил солемер и pH-метр.

Решил посмотреть, насколько нейтрален субстрат. Для этого я взял воду и измерил у нее pH и EC(электропроводность). Показания были pH — 7. 2, EC — 0. 3 mS/cm. Затем я прогнал эту воду через субстрат и снова произвел замеры. Показания остались примерно на том же уровне. Это говорит о том, что субстрат достаточно нейтрален.

Выбор рассады

Я узнал, что существует огромное количество сортов земляники садовой. Каждый год появляются новые сорта. Специалисты постоянно спорят между собой какой сорт лучше и для каких целей. Для коммерческого выращивания подходят одни сорта, которые больше соответствуют товарным качествам, для домашнего выращивания больше подходит то, что вкуснее.

Кроме качеств самой земляники важным критерием является то, как скоро, как часто растение выдает урожай и как долго плодоносит. Одним из основных отличий сорта является приспособленность к длине светового дня. Как правило, сорта короткого светового дня (КСД) имеют более быстрый период созревания и отдают ягоду достаточно скоро и одновременно. Эти сорта часто используются в коммерческих целях, благодаря одновременной отдаче ягод и предсказуемости времени плодоношения. Сорта нейтрального светового дня (НСД) плодоносят на протяжении сезона. Я выбрал для своего эксперимента сорт КСД — Клери. Саженцы можно легко заказать через интернет. Я заказал 30 штук. Потом выбрал из них 20 самых мощных и посадил в контейнеры в свой субстрат.

Питательный раствор

Вместе с удобрениями, которые я купил, поставляется таблица как приготовить питательный раствор в соответствии с периодом развития растения. Приготовил раствор на начальную стадию вегетационного периода, т. когда у растения развивается корневая система и происходит набор массы.

Для первых дней полива концентрация веществ в растворе должна быть небольшой. Так же важно контролировать pH. У меня он был 7. А для земляники садовой рекомендуют, чтобы кислотность была в районе 5. 5 — 6. Для понижения pH продаются разные жидкости, основным компонентом которых является кислота. Я добавил пару миллилитров такой жидкости в свой раствор и pH упал до 6

Камеры

Я решил, что мне необходимо установить камеры, чтобы смотреть за внешним состоянием растений пока отсутствую дома. Также хочется снять таймлапс. Нужно найти адекватный способ для подключения нескольких камер к малинке, но все нормальные варианты были дорогими и сложными. Тогда я решил отвязаться от малинки и купил три недорогие IP-камеры, работающие через Wi-fi, за 5 минут подключил их к мобильному приложению, зафиксировал IP-адреса на DHCP-сервере и настроил крон, получающий картинки по RTSP-протоколу, чтобы сделать таймлапс (видео от посадки до созревания в конце).

Проблемы с поливом

После посадки я заметил, что вода из бака начала уходить сама по себе. Попробуйте догадаться почему это произошло, глядя на фото.

Это произошло потому, что уровень трубок ниже верхнего уровня жидкости и вода шла самотеком. Как с этим бороться? Можно было бы разместить бак ниже уровня трубок, из которых вытекал раствор, но места в коробке снизу нет. Еще один вариант — найти такой клапан, который бы открывался только под давлением.

Я как раз недавно узнал, что есть такая штука — компенсированная капельница. Такие капельницы используются в системах полива, чтобы начать одновременное орошение из всех капельниц и, чтобы выход жидкости из каждой капельницы был одинаков. Эти капельницы открываются при достижении определенного давления в системе и закрываются, если давление ниже. Это-то мне и нужно.

У этих капельниц есть определенные требования к чистоте жидкости, поэтому на входе в систему полива пришлось поставить фильтр.

Еще одна проблема, с которой мне пришлось столкнуться — мои маленькие насосы не способны протолкнуть через компенсированные капельницы воздух, если его много в системе. Поэтому так же пришлось установить обратный клапан, чтобы вода не вытекала в бак. Когда я стравил лишний воздух, полив заработал.

Но спустя две недели я понял, что полив работает плохо. Из некоторых капельниц вода еле сочилась. Вероятно, это связано с тем, что в систему снова попал воздух, когда я наполнял бак свежим раствором. И меня напрягали постоянные переживания, что в систему может в любое время попасть воздух, когда раствор закончится. Поэтому я решился на еще одну переделку — я выкинул компенсированные капельницы и поставил электроклапан, который открывается вместе со включением насоса. Теперь не страшно, если в трубках будет воздух.

Жара

К сожалению, я пока не сделал ничего, чтобы можно было понижать температуру в моей коробке, а через несколько дней после посадки в Москве началась аномальная жара. В эти дни температура в коробке достигала 37°C. Я думаю, что именно это сказалось на приживаемости моей рассады. Кусты начали один за другим погибать.

Пришлось заказать ещё рассады. Из нынешних кустов я оставил только 4 самых сильных, а вместо остальных посадил 2 новых сорта. На этот раз НСД, чтобы сравнить что получится.

Что не так с датчиками влажности почвы?

Показания датчиков влажности почвы в реальных условиях меня разочаровали. Я думал что можно будет нормально следить за уровнем влажности, а по факту всё сильно отличается от эталонного эксперимента, который я проводил с намоченной салфеткой.

Во-первых субстрат пористый и неравномерно прилегает к поверхности датчиков, из-за чего при примерно одинаковой влажности показания с датчиков различаются.

Во-вторых показания скачут от одного полива к другому.

В-третьих, я обнаружил проблему, что когда включается свет, показатели датчиков немного проседают. Я пока не определил точную причину. Сами датчики имеют отдельное питание, но АЦП, с которым они работают, питается от Raspberry Pi и управляющий сигнал на включение реле тоже подается с малинки. Думаю, проблема в том, что когда происходит подача питания на реле, то это как-то сказывается на АЦП.

Вот пример показаний с датчиков:

Датчики начинают показывать одинаковые значения только когда субстрат уже сухой. А мне необходимо его поддерживать во влажном состоянии. Это значит, что я не смогу сделать автополив на основе датчиков. Пришлось запускать полив по расписанию. А датчики я использую, чтобы следить, что субстрат не высох.

Что не так с термометрами?

С термометрами творится что-то странное. Через каждые 2-3 дня работы один из 3-х термометров пропадает из системы. Перезагрузка сервиса и малинки не помогает. Спасало только полное отключение питания от термометров на несколько секунд. Пришлось искать причину.

Надо было читать мануал! Датчики DS18B20, которые я использовал, работают по протоколу 1-Wire, топология сети — общая шина, т. просто один провод, на котором висят все устройства.

А я сделал топологию типа «‎Звезда». Пришлось переделывать. После исправления проблема ушла.

Б-Безопасность

На всякий случай обзавелся датчиком дыма и огнетушителем.

Графики

Приложение на малинке периодически логирует состояние коробки в базу данных. На основе этой информации я потом строю графики, чтобы видеть, что происходит.

Проблемы с питанием

Прошел месяц после посадки. Новые листья начали вырастать деформированными и подсохшими на концах. Как правило, по внешнему виду листьев можно много понять о состоянии растения и в первую очередь о недостатке элементов в питании.

В сети можно найти изображения с примерами нехватки питания у земляники садовой. Мой случай очень похож на нехватку кальция.

Я изучил состав удобрений, которые использовал. Оказалось, кальция в нем очень мало. Насколько я понял, в моё удобрение кальций почти не добавляют потому, что он содержится в водопроводной воде. Хоть я и использую водопроводную воду, надо понять, хватает ли в ней кальция для земляники.

Нашел примерные данные по кальцию у мосводоканала. В сумме с кальцием из удобрений, получилось чуть больше половины нормы.

Производство собственного питания для земляники

Проблему с кальцием надо было исправлять и я решился на составление собственного питательного раствора. На деле это оказалось совсем не трудным. Все растения употребляют одни и те же элементы, только немного в разных пропорциях. Смешав минеральные соли этих элементов в нужных пропорциях можно получить нужный профиль питания. Более детально об этом можно посмотреть на канале MoleGarden.

А ещё есть супер калькулятор, который подскажет, сколько и чего взвешивать. Все соли без проблем можно заказать в интернете.

Так же я нашел в сети профиль питания непосредственно для земляники садовой и приготовил в соответствии с ним нужный мне раствор. Теперь я смогу корректировать концентрацию элементов на свое усмотрение.

У меня получилось 7 бутылок с концентрированными растворами разных минеральных солей и еще одна бутылка с раствором микроэлементов. Микро-профиль я решил пока покупать готовый. Из этих бутылок я смешал два коктейля для своей земляники — их принято называть раствор А и раствор Б. В концентрированном виде их не смешивают, т. они могут вступить в реакцию. И теперь мне достаточно добавить по 50 мл каждого коктейля в бак с водой, чтобы растения получали всё что нужно.

Обслуживание

Сколько времени я трачу на поддержание системы в рабочем состоянии?

• Через день, хотя мне нравится делать это каждый день, я осматриваю листву на наличие проблем с питанием и вредителей, удаляю усы, если есть и опыляю цветки. Это занимает 3-5 мин.
• Канистры на 10 литров хватает на 3-4 дня. С такой периодичностью надо делать новый питательный раствор. Если требуется куда-то уехать, то канистру можно растянуть и на две недели, т.к. кокосовое волокно обладает хорошей буферностью и содержит в себе достаточно влаги. На приготовление раствора уходит около 10 минут.
• Раз в полтора месяца надо проливать субстрат чистой водой, т.к. в нем накапливаются минеральные соли из питательного раствора. Занимает по времени пару часов, но не требует постоянного присутствия. Надо только наполнять канистру и выливать из тазика дренаж.
• Ещё какое-то время уходит на решение непредвиденных проблем: то отклеится что-то, то параметры работы подкорректировать, то подпорку под цветоносы сделать, чтобы не поломались под своим весом, то ещё что-то. Но таких вещей становится всё меньше и они либо устраняются, либо переходят в разряд предсказуемых

Урожай

За 12 дней до публикации этого поста я сорвал первую ягоду. С тех пор было собрано почти полкило клубники. Ягода очень ароматная и вкусная. Средний вес ягоды — 15 гр.

По содержанию сахара 9-10 Brix, в среднем. Насколько я понял, это уже неплохой показатель в клубничной сфере.

Ресурсы

Гальваника представляет собой раздел электрохимической науки, которая изучает осаждение некоторых элементов на любую поверхность. С помощью гальваники в домашних условиях или в промышленности можно нанести на изделие тонкий слой металла, который будет выступать в роли защитного слоя или выполнять декоративные функции. В последнее время декоративное покрытие набирает популярность у тех, кто хочет сделать оригинальный подарок своим друзьям и родным.

• Общие сведения
• Необходимое оборудование
• Подготовка материала
• Техника безопасности
• Меднение изделия
  Метод погруженияПокрытие медью без погруженияОбработка алюминия
• Метод погружения
• Покрытие медью без погружения
• Обработка алюминия
• Особенности гальванопластики

Необходимое оборудование

Оборудование можно подготовить самостоятельно. Сначала подбирается подходящий источник питания. Это может быть батарейка (для обработки изделий небольшого размера) или аккумулятор. Подойдет понижающий блок питания, который выдает на выходе постоянный ток до 12 вольт. Иногда используют инвертор от сварочного аппарата. Подбирается реостат для регулирования силы тока.

Из нейтрального, устойчивого к химически агрессивным веществам материала подбирается широкая и глубокая ванночка. Надо учитывать, что электролитический раствор при гальваническом процессе может нагреваться до девяноста градусов по Цельсию.

Подготавливаются две пластины, которые будут токопроводящими анодами.

Для нагрева ёмкости с электролитом нужен электрический прибор с возможностью плавной регулировки температурного режима. Чаще всего используют подошву утюга или небольшую электроплитку. С их помощью происходит нагрев раствора до необходимой температуры и ускорение реакции.

Химические реактивы необходимо хранить в плотно закупоренной стеклянной посуде. Желательно каждый предмет подписывать.

Потребуются весы для точного измерения массы веществ, поскольку необходимая точность веса компонентов составляет один грамм. Такие весы можно приобрести, а можно сделать самостоятельно, используя вместо гирек старые советские монеты. Вес «желтых» монет точно соответствует их номиналу.

Подготовка материала

После того как собраны необходимые вещества, найдены ёмкости, собрана электрическая схема с питанием и подготовлена система подогрева, можно заняться чисткой заготовки.

Если недостаточно хорошо почистить деталь, гальваническое покрытие непрочно осядет или будет неравномерным. Иногда хватает простого обезжиривания предмета. Раствор ацетона или спирта может хорошо обезжирить поверхность, можно использовать бензин.

Некоторые мастера держат изделия из стали в разогретом до 90 градусов по Цельсию растворе фосфорнокислого натрия. Цветные металлы можно очищать в том же растворе, не нагревая его.

Если на изделии есть коррозия или другие изъяны, то поверхность заготовки шлифуется наждачной бумагой.

Техника безопасности

Иногда про технику безопасности при различных работах в домашних условиях рассказывают вскользь. Но при выполнении любых гальванических работ нужно строго соблюдать безопасность.

Опасность заключается в использовании токсичных химических веществ, высокой температуре нагрева раствора и повышенными рисками, которые сопровождают электрохимические реакции.

Лучше всего гальванические работы проводить в гараже или мастерской при обязательном проветривании или вентилировании помещения. Особое внимание следует уделить заземлению оборудования. Нужно соблюдать меры личной безопасности, а именно:

• Дыхательные пути следует защитить респиратором.
• Руки и запястья должны быть спрятаны в высокие и прочные резиновые перчатки.
• Обувь должна защищать от ожогов, а одежда прикрыта клеенчатым фартуком.
• Обязательно ношение специальных защитных очков.

Во время работы не рекомендуется ни пить, ни есть, чтобы в пищевод не попали вредные и опасные вещества.

Меднение изделия

Перед началом работ по меднению в домашних условиях нужно подготовить необходимые материалы и оборудование. Надо позаботится об источнике напряжения и постоянного тока. Существует много рекомендаций касательно силы тока, разброс которого может быть большим. Поэтому желательно иметь реостат с возможностью плавной регулировки напряжения и для постепенного завершения процесса. Источником может служить автомобильный аккумулятор или выпрямитель с напряжением на выходе не больше 12 вольт. Для первых опытов будет достаточно обычной батарейки от 4. 5 до 9 вольт.

Затем выбирается ёмкость для электролитического раствора, лучше всего из жаропрочного стекла. В любом случае все ёмкости для электролиза должны быть диэлектриками и выдерживать температуру не менее, чем 80 градусов по Цельсию.

В качестве анодов подойдут два больших медных листа. Они должны перекрывать по размеру заготовку. Из химических реактивов потребуются:

• Купорос медный.
• Кислота соляная либо серная.
• Вода дистиллированная.

Меднение в домашних условиях пользуется заслуженной популярностью, поскольку очень хорошо и надежно держится на стальных изделиях. Главное условие — правильно соблюдать технологию процесса.

Имеется два способа нанесения меди на поверхность:

• Помещение заготовки в раствор электролита.
• Неконтактный способ. В этом случае изделие не погружается в раствор.

Метод погружения

Подготавливается и обрабатывается поверхность изделия при помощи тонкого наждака и щеточки. После этого деталь моется в проточной воде, обезжиривается и еще раз промывается.

Этапы процесса омеднения следующие:

• Два медных анода подключают в сеть к положительным контактам и размещают их в стеклянную банку.
• К обработанному изделию подводят контакт с отрицательным значением напряжения и свободно подвешивают между анодами.
• Подключают реостат согласно электрической схеме для возможности регулирования силы тока.
• Подготавливается раствор в правильных пропорциях. На 100 г дистиллированной воды надо 20 г медного купороса и 2−3 г соляной кислоты. Вместо соляной кислоты можно использовать другую.
• Раствор выливается в посуду с медными пластинами и деталью таким образом, чтобы они полностью скрылись под поверхностью раствора.
• Подключается источник напряжения. Реостатом добиваются необходимой силы тока из примерного расчета 10−15 миллиампер на каждый квадратный сантиметр площади детали.

Весь процесс занимает примерно 15−20 минут. После обязательного выключения источника питания и остывания раствора готовое изделие с медным слоем на поверхности вынимается из банки.

Покрытие медью без погружения

Этот метод интересен тем, что его можно использовать для обработки не только стальных предметов, но и сделанных из других материалов. Например, алюминия и цинка. Порядок процесса следующий:

• Из многожильного медного провода изготавливается «кисточка». Конец провода оголяется. Из медных проводков создается подобие кисточки, чтобы затем прикрепить ее к деревянной ручке-держателю.
• Второй конец провода подключается к плюсовому контакту электрической цепи.
• В широкую ёмкость заливается стандартный электролитный раствор из медного купороса и соляной кислоты.
• Предварительно очищенная и промытая металлическая заготовка присоединяется к отрицательному контакту и размещается в пустой ёмкости.
• Импровизированная кисточка окунается в раствор электролита и проводится по поверхности заготовки без контакта. Это действие повторяется до получения результата.

Когда деталь полностью покроется слоем меди, выключается блок питания и процесс завершается. Деталь ополаскивается в воде и просушивается.

Обработка алюминия

Часто с помощью медного электролиза обновляют столовые приборы, сделанные из алюминия. Если нет опыта проведения этого процесса, то можно потренироваться нанести медь на алюминиевые пластинки. Порядок проведения процесса:

• Алюминиевую пластинку зачищают и обезжиривают.
• Наносят на неё небольшое количество раствора медного купороса.
• Подсоединяют отрицательную клемму от источника питания к алюминиевой пластинке. Удачным способом соединения является металлический зажим-крокодил.
• Положительный полюс питания подается на медную «щеточку». Это конструкция из медного провода, один конец которого освобожден от оплетки, а медные щетинки образовали кисточку. Зажим от питания присоединяется ко второму концу провода. Сечение провода должно быть от одного до полутора миллиметров.
• Медную щетину обмакивают в раствор сернокислой меди и водят на близком расстоянии от поверхности алюминиевой пластинки. При этом нужно стараться не прикасаться щеточкой к заготовке, чтобы не замкнуть цепь.
• Омеднение происходит буквально на глазах.
• После окончания работы с пластины удаляют остатки не закрепившейся меди и протирают спиртом.

Особенности гальванопластики

Гальванопластика — это электрохимический способ придания предмету определенной формы с помощью осаждения на него металла. Чаще всего этот метод используют при обработке металлом неметаллических предметов или при изготовлении копий ювелирных изделий.

Если при гальванопластике изделие не обладает электропроводящими свойствами, то его предварительно покрывают графитом, иногда бронзой. Затем мастер делает с копии слепок и начинает гальванический процесс. В качестве материала слепка используют гипс, графит или легко плавящийся металл.

Гальваника — это очень интересный и познавательный процесс, но он связан с активными веществами, которые могут навредить здоровью и нанести вред имуществу или окружающей среде. Поэтому перед тем как начинать гальванику своими руками, нужно принять все меры безопасности, изучить немного теории процесса и особенности поведения химических реактивов.

Покрытие металлов медью в домашних условиях

Меднение в домашних условиях: особенности покрытия, технология, электролиты и оборудование. Гальваническое покрытие медью с погружением и без погружения. Рецепты домашних электролитов. Техника безопасности и утилизация химикатов.

При меднении в домашних условиях используются доступные и недорогие материалы, которые легко приобрести в магазинах розничной торговли.

Медный купорос используется для борьбы с плесенью, грибком и садовыми вредителями и свободно продается в хозяйственных магазинах, а в качестве анодов можно использовать короткие отрезки медных труб или электротехнических шинок.

Меднение металла домашними мастерами, в основном, производится в декоративных целях, в том числе для покрытия мебельной фурнитуры, столовых приборов, металлических частей люстр, бижутерии и пр. При выполнении определенных условий гальваническое покрытие медью можно выполнять и по органическим материалам.

Таким образом меднят высушенные цветы, орехи, листья и даже насекомых. Кроме того, во многих случаях обязательным условием для никелирования и хромирования является наличие подслоя меди, который также создается путем ее осаживания из электролита.

Характеристики омедненных металлов

Под воздействием атмосферных факторов оно достаточно быстро разрушается, и даже в домашних условиях его обычно покрывают лаком. В то же время подслой из меди значительно улучшает характеристики многослойных покрытий в части механической прочности и коррозионной стойкости.

Нержавеющие стали обычно защищают от коррозии трехслойным покрытием из хрома, никеля и меди. При этом меднение проводится первым, чтобы при использовании изделия в условиях переменных нагрузок обеспечить пластичность всего составного слоя.

Точно такую же роль меднение играет в покрытиях металлопроката и листового железа, из которых изготавливают профильные изделия, эксплуатируемые в условиях морского климата и агрессивных сред. Омедненные провода и контакты из алюминия легко паяются и имеют более низкое сопротивление, особенно на высоких частотах.

Технические условия электролиза позволяют при меднении металлов в декоративных целях окрашивать поверхностные слои меди в различные цвета и придавать им дополнительный блеск (на фото ниже – меднение по нержавейке).

Технология процесса меднения

В общем виде процесс гальванического меднения состоит из следующих этапов, которые в зависимости от технических условий могут быть дополнены другими видами обработки:

• механическая очистка (с помощью металлической щетки, шкурки и электроинструмента);
• промывка проточной водой;
• обезжиривание (химическое или электролитическое);
• промывка и сушка;
• проверка качества поверхностей;
• погружение изделия в электролит;
• подача тока и контроль процесса;
• промывка и сушка готового изделия.

Основой для подавляющего большинства электролитов является раствор медного купороса (сернокислой меди), в который в зависимости от условий обработки добавляют различные химические реагенты.

Технология гальванического меднения основана на использовании расходуемых анодов, которые служат источником анионов меди, осаждаемых в виде тонкого слоя на поверхности катода-изделия. В роли катодов выступают пластины меди любой чистоты.