Hallo, ich sitze gerade über einer Projektarbeit zum Thema Abwasserüberwachung. Unter anderem geht es dabei um die Bestimmung des pH-Wertes. Zu dem Thema gibt es zwar (gerade auch aus der Aquaristik-Ecke) schon einige Schaltungen mit JFET-OPVs, aber a) soll ich mir ja selbst Gedanken machen und nicht nur irgendwas Fertiges nachbauen, und b) ist bei diesen "Standardschaltungen" der Abgleich meist umständlich, da sich die Einstellungen für Verstärkung und Offset gegenseitig beeinflussen. Als Eingang werkelt ein Elektrometerverstärker INA116 (http://www.ti.com/lit/gpn/ina116). Das Eingangssignal (-59mV/pH) des Meßkette wird um den Faktor 5 verstärkt und mit einem Offset von -2,1V versehen, so daß pH1=0V und pH14=-4,2V. IC2B arbeitet als invertierender Verstärker mit G=0.6 und liefert damit ein Ausgangssignal von pH1=0V bis pH14=2,5V zur Weiterverarbeitung an den µC. Wobei es da passieren kann, daß ich noch einen Trennverstärker (IL300 o.ä.) einfügen muß, falls sich die einzelnen Messungen gegenseitig beeinflussen... Soweit (zumindest, solange ich bis hier nicht schon einen Denkfehler drin habe) die Theorie. Was mit in der Praxis noch Kopfzerbrechen macht, ist unter anderem folgendes: - Gibt es einen Trick, die Eingangssignale zuverlässig zu entstören? Der INA selbst sollte eh' eine Metallhaube auf der Platine bekommen. Nur: das Datenblatt empfielt, beide Adern in einem geschirmten Kabel zu führen. Das Problem ist nur, daß handesübliche (bzw bezahlbare) pH-Sonden einen BNC-Anschluß haben (sprich, das negative Eingangssignal ist gleichzeitig der Schirm...) und das Anschlußkabel in Verbindung mit der Eingangsimpedanz eine perfekte Antenne abgibt. Das ware dann zwar ein Gleichtaktsignal und damit theoretisch ohne Einfluß - aber kann das wirklich funktionieren? - Hat schon jemand mit dem INA116 gearbeitet und kann mir sagen, wie empfindlich die Eingänge gegen ESD sind? Es gibt zwar eine integrierte Schutzschaltung, aber da zumindest einer der Eingänge direkt zugänglich auf der BNC-Buchse (siehe oben) liegt, bin ich doch etwas nervös. - Macht es Sinn, noch einen aktiven Tiefpaß einzufügen, um Störungen zu reduzieren? Der INA116 ist leider nicht wirklich steckbrett-tauglich (der reagiert da praktisch schon auf Wind und Mondphase), daher versuche ich soviel wie möglich im Voraus zu klären, bevor ich mich ans Platinenbasteln mache. Viele Grüße, Thomas
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Dem INA116 2 LM324 bei Seite zu stellen, einer davon um DemAusgang noch zusätzlich einen Offset beizufügen, dem anderen um die Referenzspannung von der 5V Betriebsspannung per Spannungsteiler herzuleiten, das ist jetzt nicht dein Ernst. oder ? Erstens mal ist die pH-Spannung temperaturabhängig. So lange du keine Temperaturkompensation machst, brauchst du dir um die Genauigkeit deiner Formel keine Gedanken machen. Daher enthalten die meisten professionellen pH-Sonden einen Temperaturfühler. Dann hast du selbst erkannt, macht ein Schirm (der an Masse liegt und nicht freischwebend wäre wie bei dir) es nicht notwendig, einen Instrumentenverstärker einzusetzen. Es tut ein normaler hochohmiger OpAmp. Je sauberer das Wasser ist, um so hochohmiger muss man Messen, bei Abwasser ist also auch das recht unkritisch, jeder CMOS-OpAmp tut's da. Dessen Schutzdioden leiten genug ab, so eine Sonde ist ja kein ESD-Funke. Eine Referenzspannung heisst aber Referenzspannung weil sie eben nicht durch einen Spannungsteiler aus der Betriebsspannung gewonnen wird. Nimm was ordentliches, mindestens einen LM385, besser MC1403, letztlich etwas mit genau dem Temperaturverlauf den du zur Kompensation brauchst. Schau halt einfach mal im Netz nach erprobten Schaltungen, die Application Notes der Chiphersteller von Elektrometerverstärkern sind voll davon. Zumindest wenn man teflonsisolierte Kabel und teflonisolierte BNC-Buchsen nimmt, schliesst man ungern einen Kondensator zur Filterung von Störungen zwischen Sonde+ und Sonde-, das müsste schon ein sehr gut isolierender Kondensator sein, man nimmt lieber einen Ferritkern, durch den man die Zuleitung wickelt, um Hf-Störungen fernzuhalten. Das Hauptproblem im Abwasser ist aber, dass die Sonde, wenn sie lange in der Pampe steckt, altert. Wichtiger als der elektronische Aufbau ist also letztlich der mechanische Teil, damit die Sonde nicht versifft und regelmässig gereinigt und neu kalibriert wird.
Nein, ein normaler OpAmp fuer den pH sensor tut nicht. Sobald man Strom zieht, stimmt erstens der gemessene Wert nicht mehr, und zweitens wird die pH Sonde abgenutzt. Die Lebensdauer wird rabiat verkuerzt. Nein. Der INA116 muss sein. Das Koaxkabel kann immer noch isoliert sein. zB im Falle eines isolierten Steckers. Wenn man zb den Koaxstecker auf das Gehaeuse legt, so kann Strom zwischen dem gehaeusepotential und der zu Messenden fluessigkeit fliessen, was wie oben beschrieben die Messung verfaelscht, und den Sensor beschaedigt. Eine meogliche Antennenwirkung kann man unterdruecken durch je einen Kondensator, zB 1nF von beiden Anschluessen nach dem Metallgehaeuse. Die Caps sollten dann natuerlich Low-Leackage sein. zB keramisch, oder Propylenfilen.
Hallo Manfred, klare Worte, das. ;-) > Dem INA116 2 LM324 bei Seite zu stellen, einer davon um DemAusgang > noch zusätzlich einen Offset beizufügen, dem anderen um die > Referenzspannung von der 5V Betriebsspannung per Spannungsteiler > herzuleiten, das ist jetzt nicht dein Ernst. oder ? Ok, die Bauteilwahl ist unglücklich. Zur Referenzsspannung: siehe weiter unten. > Erstens mal ist die pH-Spannung temperaturabhängig. So lange du > keine Temperaturkompensation machst, brauchst du dir um die Genauigkeit > deiner Formel keine Gedanken machen. Stimmt. Da hätte ich dazuschreiben sollen, daß das in Software passiert. Die Temperatur wird gesondert per Pt-100 erfaßt und dient dann auch gleich zur Kompensation anderer Werte (z.B. Redox-Potential). > Je sauberer das Wasser ist, um so hochohmiger muss man Messen, > bei Abwasser ist also auch das recht unkritisch, jeder CMOS-OpAmp > tut's da. Mal abgesehen davon, daß das Wasser (Auslauf einer Kläranlage mit biologischer Nachklärung) relativ sauber sein sollte - ich habe mir erklären lassen (aber leider keine belastbare, sprich schriftliche Quelle dazu), daß die "Standard-OPV-Schaltungen" langfristig die Sonde schädigen. Irgendwie soll es da wohl zu Kreisströmen und ungewollten Elektrolyseerscheinungen kommen. Ob's stimmt (bzw. das im Verhältnis zur "normalen" Alterung durch Umgebungseinflüsse keine große Rolle spielt), kann ich allerdings nicht sagen. Aber ich wollte halt auf der sicheren Seite bleiben. Falls das aber mit einer "herkömmlichen" OPV-Schaltung auch kein Problem sein sollte - hättest Du Vorschläge für die Bauteilwahl? Der LMC6001 zB sieht IMHO perfekt aus, aber da erschreckt mich der Preis etwas :-( > Dessen Schutzdioden leiten genug ab, so eine Sonde ist ja kein > ESD-Funke. Mir ging es eher um den Fall, daß jemand beim Anschließen oder Wechseln der Sonde auf die Buchse faßt. > Eine Referenzspannung heisst aber Referenzspannung weil sie eben > nicht durch einen Spannungsteiler aus der Betriebsspannung gewonnen > wird. Hm... Das mit der Referenzspannung mittels Spannungsteiler und OPV-Puffer stammt (ok, ohne meinen vorsätzlichen Offset) aus dem "The Instrumentation Amplifier Handbook" von Burr-Brown. Ich hatte erst an einen TL431 gedacht, das aber dann wieder verworfen. > Schau halt einfach mal im Netz nach erprobten Schaltungen, die > Application Notes der Chiphersteller von Elektrometerverstärkern > sind voll davon. Und ich offenbar zu doof zum Suchen :-( Ich komme immer wieder beim INA116 raus - egal ob mit englischen oder deutschen Suchbegriffen. > Das Hauptproblem im Abwasser ist aber, dass die Sonde, wenn sie > lange in der Pampe steckt, altert. Wichtiger als der elektronische > Aufbau ist also letztlich der mechanische Teil, damit die Sonde nicht > versifft und regelmässig gereinigt und neu kalibriert wird. Das wird in der Tat noch ein Problem, auch bei Leitwert- und Redox-Sonde. Spätestens, wenn sich Algen & Co häuslich niederlassen. Es wird wohl (falls niemand eine bessere Idee hat) darauf hinauslaufen, die Sonden regelmäßig "händisch" zu reinigen. Aber nochmal zur eigentlichen Schaltung: Ich möchte auf jeden Fall den Offset- vor dem Verstärkungsabgleich durchführen, um das gegenseitige Beeinflussen auszuschließen. Da könnte ich IMHO auch den Referenzeingang des INA auf 0V legen (oder halt einen CMOS-OPV in einer Schaltung mit fester Verstärkung verwenden) und einen weiteren OPV nachschalten, der einen variablen Offset addiert. Anschließend die kalibrierbare Verstärkerstufe, und dann Tiefpass und/oder Ausgangspuffer. Macht das in Deinen Augen Sinn? Viele Grüße, Thomas
Ups, man sollte beim Schreiben doch öfters reloaden... @aha (Gast): > Sobald man Strom zieht, stimmt erstens der gemessene Wert nicht mehr, > und zweitens wird die pH Sonde abgenutzt. Die Lebensdauer wird rabiat > verkuerzt. Ich hatte es in der ersten Antwort gerade geschrieben - das mit dem negativen Einfluß auf die Lebensdauer wurde mir auch so erklärt. Wobei mir aber ehrlich gesagt nicht ganz klar ist, wo der Unterschied zwischen 0.5pA Bias-Strom bei einem INA oder einem "normalen" CMOS-/JFET-OPV ist oder ob das Phänomen nur bei herkömmlichen bipolaren OPV aufgetreten und mit der FET-Technologie obsolet ist. Viele Grüße, Thomas
Ah. Ja. ein pH sensor ist ein galvanisches Element, mit einer gewissen Menge an Ionen, die machen eine feste Ladungsmenge aus. wenn die Ladung weg ist, war's das. Diese Ladungsmenge ist nicht sehr gross. Daher will man messen ohne Strom zu ziehen. Ja, es gibt spezielle Low-bias OpAmps , wie der INA116 (3fA), welcher ein Instrumentenverstaerker ist, resp dem LM6001 (25fA), welcher ein opAmp ist. Es gibt noch die LMC662(2fA) und den LPC661 (2fA). Die ersten zwei sind preislich nicht so verschieden. Die beiden letzteren sind guenstiger, da der Offset groesser ist. Ein normaler OpAmp zieht schon leicht 1000 mal mehr, was eine um den Faktor 1000 niedrigere Lebenserwartung bedeutet. Dabei geht es nicht um die 100 Euro fuer die pH Probe, eher um den Servicefall, da muss jemand hin, den Sensor wechseln, Report schreiben, usw.
Tja, selbst LF353 uralt Normal Opamp reicht für so eine Schaltung bequem aus. Soviel zum Thema ein Normal-Op-Amp funktioniert hier nicht.
Na ja, irgendwie funktionieren würde vermutlich sogar, wenn man eins von diesen 5€-Boden-pH-"Meßgeräten", die es im Baumarkt gibt, an den ADC frickelt... ;-) Klar geht es bei einer pH-Messung grundsätzlich "nur" darum, eine Spannung bei hohem Eingangswiderstand (und der LF353 ist ja ein JFET-Typ) zu verstärken. Was mich dabei aber wirklich noch interessiert, sind so Dinge wie Störsicherheit, Linearität, Langzeitkonstanz, Genauigkeit (nicht mit Auflösung zu verwechseln) - und nicht zuletzt der (bislang hypothetische) Einfluß des Meßstromes auf die Lebensdauer der Sonde. Ansonsten (bzw. wenn es nur um ein Bastelprojekt für's heimische Aquarium ginge) hätte ich einfach eine Meßschaltung wie zB http://www.aquarix.de/de/diy/phmeter.asp oder http://www.ibdoerre.com/aqua/norbert/technik/steuerungstechnik/phwert/ph-messgeraet.htm nachgebaut und wäre längst fertig. Aber ich fürchte, damit käme ich nicht durch - also lasse ich mir lieber hier den Kopf waschen und sammle Ideen. Viele Grüße, Thomas
Auch mit LM 363H-500 gemacht (1982). Außer 2x100 Öhmer + 1 kleines C zwischen die Eingänge hat es nichts gebraucht.
Im 1982 hat es noch keine EMV gegeben, keine Mobiltelephone neben der elektronik, usw. Also, die EMV Probleme, zumindest die Einstahlung haelt man sich von der Elektronik mit je einem 1nF gegen das Gehaeuse.
> Diese Ladungsmenge ist nicht sehr gross. Daher will > man messen ohne Strom zu ziehen. Quark. Und wenn die Ladungsmenge aufgebraucht ist, ist der pH-Wert 7 und man hat die Suppe neutralisiert ? Du siehst, dass das wohl Unsinn ist. Man misst hochohmig, weil die Leitfähigkeit schlecht ist, aber in Salzwasser tut es auch ein batterieloses Zeigermessinstrument http://www.blumen-garten-pflanzen.de/Geraete/bodentester.htm Thomas will sicher was professionelleres, leider wissen wir nichts über seine gewünschte Genauigkeit. Das ist aber auch nicht das Problem mit seiner Schaltung, sondern der unnötige Instrumentenverstärker. Seine selbst ausgegrabenen Schaltungen zeigen, daß es ein normaler OpAmp tut. Das Beispiel im Datenblatt des INA106 ist ja auch ein pH-Differenzmesser, um irgendwie künstlich eine Notwendigkeit für den Differenzverstärker zu begründen. Der Klassiker für pH-Meter, der OPA128 (Schaltplan im Datenblatt), wäre 10 mal genauer (das scheint hier aber gar nicht benötigt zu sein), und billiger. Aber es tut auch locker ein TLC279. Ich glaube, da muß man sich nicht so viel Gedanken um unzerstörbare Eingänge machen, ein 1 Mega-Ohm Widerstand seriell vor dem Eingang hat keinerlei Leckströme in die falsche Richtung und beeinflusst die Messung nicht. Schlimmer sind da schon Kondensatoren. Aber noch fragwürdiger sind die mit LM324 an den INA drangestrickte Funktionen. Dafür braucht man doch keinen OpAmp. Erst verstärkt Thomas die Spannung um den Faktor 5, nur um sie dann wieder um den Faktor 0.6 zu verkleinern, an statt dass er gleich den Faktor 3 nimmt und sich den 324 als Folger komplett spart. Was soll an einem 324-Ausgang besser sein, als an eine INA-Ausgang? Dann hat der INA einen Ref-Eingang um einen Offset als Bezug festzulegen, da braucht ein keinen extra 324, sondern erst mal eine stabile Referenzspannung. Er will 1.25V, da täte es ein LM385-1.2 sicher perfekt, er gleicht wie wir inzwischen wissen hinterher eh in Software ab. Noch einfacher wäre es aber, die Referenz seines sicher folgenden A/D-Wandlers per 2:1 Spannungsteiler mitzuverwenden, dann kompensieren sich Unterschiede von selbst. Ohne seine Genauigkeitsanforderung zu kennen, ein TLC279 (274) und Mitverwendung der A/D-Referenz reicht als Bauteilanzahl, ist genauer als das was er derzeit hat, und billiger.
Was damit sehr treffend gesagt wurde: Das Projekt des TE ist vollkommen überzogen in seiner Denke. Der LF353, von anderer Seite genannt, läuft in Tausenden von ph bei Herstellern wie Metriso, ETW, etc mit Industrie-LAngzeitanforderungen. Also bau es damit oder spintisier weiter.
Bitte keinen Bürgerkrieg meinetwegen! ;-) So langsam bin ich auch überzeugt davon, daß ein normaler CMOS-OPV reicht. Es geht ja nicht darum, den Laborinstrumenten von FLUKA & Co Konkurrenz zu machen. > Thomas will sicher was professionelleres, leider wissen wir nichts über > seine gewünschte Genauigkeit. Reproduzierbar 0,1 pH wäre schon ausreichend - wobei die Betonung auf reproduzierbar liegt, von der Elektrodenalterung mal abgesehen. Aber vermutlich muß ich etwas weiter ausholen. Das Gerät soll - so wir alles wie geplant zum Laufen bekommen - im Freiland eingesetzt werden. Ein IP67-Gehäuse mit Solar- (oder notfalls Akku-) versorgung, das temporär am jeweiligen Vorfluter montiert wird. Ok, wie wir das Gerät bzw die Sensoren davor bewahren, lange Beine zu bekommen, ist noch ein ganz anderes Thema... Und von daher rechne ich vorsichtshalber mit mehr oder zumindest unkalkulierbareren Störeinflüssen als in einem Aquarienkeller und versuche, sie im Vorfeld zu berücksichtigen. Sind Überlandleitungen in der Nähe? Gibt's um die Ecke einen elektischen Weidezaun? Wie groß sind die zu erwartenden Temperaturschwankungen im Gerät selbst (wenn der Bias-Strom temperaturbedingt von 50 auf meinetwegen 100pA steigt, macht das beim Innenwiderstand der Sonde schon gute 25mV, also 0,6 pH, aus)? Was kann eventuell rückwärts (z.B. µC-Takt und Oszillator der Leitwertmessung) einstreuen? Kann natürlich auch sein, daß ich einfach nur paranoid bin... Deswegen bin (bzw war) ich auch auf einen Instrumentenverstärker aus - da wirken sich (zumindest theoretisch) Störungen im Gleichtakt auf beide Eingänge aus und sollten automatisch eliminiert werden, während sich die Potentialdifferenz des eigentlichen Meßsignales nicht ändert. > Erst verstärkt Thomas die Spannung um den Faktor 5, nur um sie dann > wieder um den Faktor 0.6 zu verkleinern, an statt dass er gleich den > Faktor 3 nimmt und sich den 324 als Folger komplett spart. > Was soll an einem 324-Ausgang besser sein, als an eine INA-Ausgang? Von der Sache her nichts, ich wollte das Ganze nur etwas entkoppeln bzw den INA mit fester Verstärkung und festem Offset fahren und die Justagen anschließend durchführen. Wenn das nicht nötig ist, umso besser - aber ein IC mehr oder weniger ist dann auch nicht kostenentscheidend. Ich würde sagen, ich lasse den INA erstmal weg und baue eine der Beispielapplikationen auf Lochraster auf. Und die bekommt dann einen Datenlogger und das volle Programm an Störungen, das ich hinbekomme. Mal schauen, was passiert... Viele Grüße, Thomas aus der Rubrik "mal wieder zu langsam": > Der LF353, von anderer Seite genannt, läuft in Tausenden von ph bei > Herstellern wie Metriso, ETW, etc mit Industrie-LAngzeitanforderungen. Das ist doch mal eine klare Aussage. Ich habe leider nirgends Unterlagen oder gar Schaltpläne von industriellen Geräten finden können. Aber bei den Preisen konnte ich mir einfach nicht vorstellen, daß darin auch nur zwei, drei 0,50€-OPV am Werkeln sind. > Also bau es damit oder spintisier weiter. Sir! Jawohl, Sir! ;-)
Weiter oben erzählst Du uns genau das Gegenteil.... faslst was von Interesse an Leangzeitkonstanz, etc. geh, troll woanders
> Gibt's um die Ecke einen elektischen Weidezaun? Einsteuungen in extrem hochohmige Quellen wirken sich aus. Mein pH-Messgeraet z.B. bemerkt es, wenn man einfach nur mit der Hand 10cm von der Leitung entfernt in der Luft rumwedelt. Aber das pendelt sich wieder ein, der uC kann den Mittelwert bilden. > Wie groß sind die zu erwartenden Temperaturschwankungen im Gerät selbst Das wissen wir nicht, das ahnst nur du. CMOS OpAmps werden bei wirklich hohen Temperaturen schlechter als JFET OpAmps. > (wenn der Bias-Strom temperaturbedingt von 50 auf meinetwegen 100pA > steigt, macht das beim Innenwiderstand der Sonde schon gute 25mV, > also 0,6 pH, aus)? Kaum. So hochohmiges Wasser wirst du nicht haben. In der Sonde selbst ist wohl 3mol KCl, die leitet wesentlich besser. > Was kann eventuell rückwärts (z.B. µC-Takt > und Oszillator der Leitwertmessung) einstreuen? Dürfte vollkommen egal sein, denn so schnelle Änderungen wirst du gar nicht erfassen wollen. Deine Sonde wird doch nicht den pH-Wert im Megahertztakt messen, sondern vielleicht im Stundentakt. > Kann natürlich auch sein, daß ich einfach nur paranoid bin... Ja und nein. Auf 0.1, also 5mV, reproduzierbar trotz (extremer) Temperaturschwankungen zu messen, ist machbar. Dazu sollte man die Elektronik nicht ganz ohne Nachdenke aufbauen, und muss schon mal in die Datenblätter gucken welche Temperatureinflüsse es gibt, aber 5mV ist kein Hexenwerk. Aber, wie du selbst sagst Alterung der Elektrode, da kannst du 0.1 vergessen ohne ständige automatisierte Neu-Kalibrierung der Elektrode.
Hm, ich will jetzt nicht drüber spekulieren, ob wir nur aneinander vorbeireden oder Du mich nicht verstehen willst. Zumindest scheinst Du ein ausgefülltes Liebesleben zu haben, wenn ich die letzten Autor-Felder so lese... Aber mal zum Topic: Wie würdest Du es denn nennen, wenn ich von einer Schaltung erwarte, daß sie unter wechselnden Einsatz- und Umgebungsbedingungen langfristig (also nicht nur kalibrieren, eintauchen und wieder 'raus) reproduzierbare Werte liefert - und nicht drei Stellen nach dem Komma zeigt, die dann aber dafür von Windrichtung und der Anzahl der Pinguine in Kapstadt abhängen? Im Labor bei halbwegs konstanter Wasser- und Umgebungstemperatur würde ich mir auch keine Gedanken machen, aber das Gerät soll irgendwann mal praktisch einsetzbar sein. Viele Grüße, Thomas
@Manfred: > Kaum. So hochohmiges Wasser wirst du nicht haben. > In der Sonde selbst ist wohl 3mol KCl, die leitet wesentlich besser. Jein. Das Wasser selbst sollte wirklich relativ gut leiten - aber der bei weitem hochohmigste Teil der Sonde ist (soweit ich das Prinzip verstanden habe, siehe z.B. http://www.bingo-ev.de/~kh3515/phmess.html) die Glasmembran. Da gibt es nur Ionenwanderung im Festkörper, egal, was rundherum passiert > Dürfte vollkommen egal sein, denn so schnelle Änderungen wirst du gar > nicht erfassen wollen. Deine Sonde wird doch nicht den pH-Wert im > Megahertztakt messen, sondern vielleicht im Stundentakt. Ich hätte eher befürchtet, daß (gerade durch die hochohmige Auslegung) eingangsseitig Ladungen aufgebaut oder induziert werden könnten, die die Meßspannung verfälschen und sich nur schwer wieder abbauen. Das ist es auch, was mich an der Kondensator-am-Eingang-Variante zur Störunterdrückung stört. > Aber, wie du selbst sagst Alterung der Elektrode, da kannst du 0.1 > vergessen ohne ständige automatisierte Neu-Kalibrierung der Elektrode. Hm, auf einen integrierten Elektroden-putz-und-kalibrier-Roboter (zumindest hätte ich diesbezüglich keine andere Idee) sollte das eigentlich nicht hinauslaufen... Wie gesagt, ich werde es erstmal mit 'nem Lochrasteraufbau versuchen und beobachten. Einerseits die Störanfälligkeit und andererseits das Triften. Wenn letzteres ein großes Problem wird, habe ich eins... Viele Grüße, Thomas
>Quark. >Und wenn die Ladungsmenge aufgebraucht ist, ist der pH-Wert 7 und man >hat die Suppe neutralisiert ? >Du siehst, dass das wohl Unsinn ist. >Man misst hochohmig, weil die Leitfähigkeit schlecht ist, aber in >Salzwasser tut es auch ein batterieloses Zeigermessinstrument Und das ist völliger Unsinn. Bei Verwendung einer Glaselektrode misst man das Potential an einer Glasmembran, welches sich gesetzmäßig mit der Wasserstoffionenkonzentration (pH-wert) ändert, gegen eine Elektrode konstanten Potentials z.B. gesättigte Kalomelelektrode. Die Hochohmigkeit (1-10MOhm) der Elektrodenanordnung ist vor allem der schlechten Leitfähigkeit der Glasmembran geschuldet. Die Potentialdifferenz an der Glasmembran zwischen Innen- und Außenlösung errechnet sich: E= RT/F ln(aH+)a/(aH+)i Hohe Salzkonzentrationen führen zum Salzfehler. Ich weiß leider nicht, was eine Projektarbeit ist. Wenn es sich um eine industrielle Abwasserüberwachung handelt, dann sollte man die Messeinrichtung kaufen. Bei der gewünschten Genauigkeit ist es besonders wichtig, dass die Messkette nach gewissen Regeln in bestimmten Abständen kalibriert wird. Und daran könnte der "Laie" scheitern. Das soll Dich aber nicht abhalten, sich weiter mit dem Problem zu beschäftigen. Für die Grundlagen der pH-Messung würde ich ein Lehrbuch der physikalischen Chemie empfehlen. MfG
> Die Hochohmigkeit (1-10MOhm) der Elektrodenanordnung ist vor allem > der schlechten Leitfähigkeit der Glasmembran geschuldet. Nun, dazu hilft ein einfacher Test: Halte die Snde in klares Leitungswasser und schau, wie schnell sich die Kapazität des Kabels (des eventuell vorhandenen Kondensators) und der Softwarefilterung der Messelektronik auf den richtigen Messwert einstellt. Braucht bei mir mehrere Minuten. Dann nimm dieselbe Elektrode (die Glasmembran, die deiner Meinung nach so wesentlich ist ändert sich ja nicht) und messe in gut leitfähigem Salzwasser. Reaktionszeit bis zum stabilen Messwert unter 10 Sekunden. Die Sonde ist übrigens die GE100 von Greisinger http://www.greisinger.de/index.php?task=2&wg=170 Automatische Kalibrierung ist nicht so schwer, wenn die Sonde so montiert ist, dass sie wahlweise mit dem zu messenden Wasser, der einen oder der anderen Kalibrierlösung gefüllt werden kann, z.B. durch Schlauchpumpen, und ein Magnetventil zum ablassen da ist. Seit Erfindung des uC alles kein Hexenwerk mehr.
Das wird jetzt länger... > Ich weiß leider nicht, was eine Projektarbeit ist. Das ist eine Art Studienarbeit: großer Zeitrahmen, knappes Budget ;-) Wobei im konkreten Fall mehrere Fachrichtungen "mitspielen" - es geht von Umweltbiologie über Elektro- bis zur Versorgungstechnik, und jeder hat einen Teilaspekt am Wickel. Letztlich geht es weniger um irgend ein (womöglich vermarktungsfähiges) Produkt als um die Zusammmenarbeit und den Datenaustausch zwischen den Teilbereichen. In Verwaltungsdeutsch: ein "interdisziplinäres Experiment". Ich habe dabei die Wasser-Sensorik am Hals. Erfaßt werden sollen Temperatur, Leitwert, pH-Wert, Redox-Potential, Trübung und (wenn's die Kasse noch hergibt) Sauerstoffsättigung des Wassers. Und da ich es nicht erst einmal erlebt habe, daß sich Leute bei solchen Projekten monatelang Gedanken um den geeignetsten µC und die coolste Farbe der LCD-Hintergrundbeleuchtung gemacht haben, um dann zwei Wochen vor'm Abgabetermin mit Erschrecken festzustellen, daß die Meßwerte ja auch noch irgendwo herkommen müssen, wollte ich das Ganze mal andersherum angehen und mit dem analogen (und IMHO schwierigeren) Part anfangen. Programmcode kann man bis zur letzten Minute ändern - Platinen eher nicht. Diese Vorgehensweise scheint zwar irgendwie nicht ganz den Zeitgeist zu treffen ;-) aber damit kann ich leben. Dabei will ich halt mit der pH-Messung beginnen, weil a) mir diese am heikelsten erscheint, und b) die Meßschaltung dann relativ problemlos für Redox- und Sauerstoffsensor angepaßt werden kann. Es geht ja in allen drei Fällen "nur" darum, hochohmig minimale Spannungen zu erfassen. Beim Leitwert schwanke ich noch - da wollte ich es eigentlich mit induktiver Messung versuchen, um Elektrodenverschleiß und Verschmutzung aus dem Weg zu gehen. Notfalls kann man da immer noch zur herkömmlichen Messung mittels Elektroden ausweichen. Aber das hat noch Zeit - erstmal möchte ich einen Teilabschnittt zum Funktionieren bekommen, bevor ich mich völlig verzettele... Die Bestimmung der Trübung wird auch nochmal "interessant", da das auf photooptische Messung hinausläuft und Verschmutzung bzw. Bewuchs (Biofilme, Algen...) am Sensor quasi vorprogrammiert sind. Na ja, dafür sollte die Temperaturmessung trivial sein... > Wenn es sich um eine industrielle Abwasserüberwachung handelt, > dann sollte man die Messeinrichtung kaufen. Das gibt die Kasse leider nicht her, die einzelnen Sonden schlagen (auch wenn erstmal nur "Einfachvarianten" zum Einsatz kommen) schon gewaltig zu :-( Wenn ich einfach 'ne Einkaufsliste an Sonden und Meßwandlern einreichen könnte, wäre es natürlich einfacher. > Bei der gewünschten Genauigkeit ist es besonders wichtig, dass > die Messkette nach gewissen Regeln in bestimmten Abständen > kalibriert wird. Und daran könnte der "Laie" scheitern. Stimmt, das sehe ich inzwischen als eines der größten Probleme. Wobei die Anregung von Manfred > Automatische Kalibrierung ist nicht so schwer, wenn die Sonde > so montiert ist, dass sie wahlweise mit dem zu messenden Wasser, > der einen oder der anderen Kalibrierlösung gefüllt werden kann, > z.B. durch Schlauchpumpen, und ein Magnetventil zum ablassen da > ist. da weiterhelfen könnte - bisher war ich eigentlich davon ausgegangen, einfach einen Träger mit den gesammelten Sensoren ins Wasser zu hängen. Wenn man das zu messende Wasser dagegen ansaugt, könnte man es bei der Gelegenheit auch gleich filtern (ok, für die Trübungsmessung nicht), falls das keinen Einfluß auf die Werte hat. Aber da muß ich eh' erstmal abklären, ob das dann nicht schon den (finanziellen und zeitlichen) Rahmen sprengen würde und man da notfalls einen Kompromiß (sprich, irgendwer latscht jede Woche hin, putzt und rekalibriert die Sonden manuell) eingehen muß. > Für die Grundlagen der pH-Messung würde ich ein Lehrbuch der > physikalischen Chemie empfehlen. Ich hatte schon den "Wedler" in den Händen und die Theorie hinter dem Ganzen ist mir nun einigermaßen klar - aber jetzt geht es halt um die praxistaugliche Umsetzung. Und da fehlen mir leider die Erfahrungen - nicht alles, was im Labor prima funktioniert, macht dann auch im Freiland, was es soll. Viele Grüße, Thomas
Kauf Dir halt was Fertiges von WTW. Wenn Du jetzt kaufst, wirst Du Deine Projektarbeit noch knapp vor dem Abgabetermin fertigstellen können. Wenn Du dagegen hier so weitermachst, sicher nicht.
>Das ist eine Art Studienarbeit
Dann soll ihr wohl im Wesentlichen beweisen, dass das Messprinzip
verstanden wurde und dass in Deinem Fall Messwerte herauskommen, die der
Realität NAHE kommen.
pH Messungen mit Glaselektroden gibt es über 50 Jahre (1909 erste
Beobachtungen an Glasmembranen) und hunderte von Leuten haben die
Messsysteme für allgemeine oder spezielle Anwendungen weiterentwickelt
und trotzdem sind viele Arbeiten die gleichen, wie vor 50 Jahren. (z. B.
regelmäßige Kalibrierung bzw. Elektrodentausch nach einer gewissen
Laufzeit u. u….)
also, fang einfach an und bau einen Verstärker mit hochohmigem Eingang.
(je nach Elektrode 10MOhm – 100MOhm)
Dabei sollte der Verstärkungsgrad einstellbar sein, denn die 59mV/pH
sind theoretisch. Fällt der Wert im Laufe der Zeit auf ca.55mV/pH dann
sollte die Elektrode getauscht werden.
MfG
Eine variable Verstaerkung bringt nichts. Ein zusaetzlicher Parameter zum einstellen. Falls der ADC genuegend Bits hat kann man da nachher in software korrigieren.
>Falls der ADC genuegend Bits hat kann man da nachher in >software korrigieren. geht natürlich auch
Na hoppla, da ist ja noch einiges zusammengekommen... Als Fazit des Ganzen werde ich den INA nun definitiv außen vor lassen und einen "herkömmlichen" Meßverstärker aufbauen. Und diesen dann nicht mit Trimmern, sondern (im Rahmen von Widerstandsreihen und Toleranzen) fest so dimensionieren, daß Verstärkung und Offset da sind, wo sie hingehören - den entgültigen Abgleich kann dann auch der Controller erledigen. In Hinblick auf Eingangswiderstand und Leckströme dürfte es am sinnvollsten sein, den OPV direkt an die Eingangsbuchse zu setzen und den Pin direkt zur Buchse hochzubiegen, anstelle ihn erst über die Platine zu führen, oder? Auf jeden Fall erstmal vielen Dank für den Input - und diverse "Kopfwäschen" ;-) Da werde ich nun einen Versuchsaufbau angehen können und schauen, wie stabil das Ganze dann wird. Viele Grüße, Thomas
Hallo Experten! Ich bin kein Elektrotechniker, deshalb bitte nicht für folgende Fragen "dissen"! ^^ Ich möchte einen INA116 zur Messung von +- 400 mV einer pH-Sonde o.ä. verwenden. Sein REF-Eingang wird natürlich mit der Hälfte der Referenzspannung des A/D-Wandlers versorgt. Hier sollte ein OPV (ist TS912 gut?) entsprechend Datenblatt als Folger vorgeschaltet werden, um eine niederohmige Referenzspannungsquelle für besseres CMR zur Verfügung zu stellen? Hinter dem INA würde ich des Weiteren den zweiten TS912 als Puffer einsetzen: (INA kann nicht so viel Strom... schnellerer S/H am A/D... oder?) ^^ und wie sieht es mit der Versorgungsspannung des INA aus? muss die auch bipolar sein, wenn ich auf REF 2,5 V gebe? Ist hierfür ein normaler dual-TRACO (oder günstiger nachbau) in Ordnung? THX 4 HELP! VG
hi tine! vielen dank für deine hilfreiche nachricht! wenn du mir sagen kannst, wo hier näher auf diese schaltungsdetails für einen INA eingegangen wurde, werde ich meinen anscheinend schwachsinnigen post sofort löschen. ich stellte diese fragen in diesem thread, da einige leute mit INA-skills hier unterwegs waren. was hab ich denn falsch gemacht?
Der INA116 ist der falsche Baustein. Was Du suchst, ist ein Operationsverstärker mit kleinem Biasstrom. Dazu wurden hier auch Sachen genannt.
nein. ich frage mich gerade, ob du den thread gelesen hast. hier: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/ina116.pdf in den specs sind die ströme in femtoampère angegeben!
>Hinter dem INA würde ich des Weiteren den zweiten TS912 als Puffer
einsetzen: (INA kann nicht so viel Strom... schnellerer S/H am A/D...
oder?) ^^
Was soll das ? Ein paar Megasample um eine langsame Groesse zu messen ?
Fuer einen normalen ADC reicht ein INA locker.
Tine Schwerzel schrieb: > Der INA116 ist der falsche Baustein. Echt? Tja, nun steht aber in den Applikationen zu diesem Baustein EXPLIZIT die pH Messung erwähnt. Sogar mit Schaltbeispiel. So ein Pech aber auch. INA116 Scheint also doch zu passen, wie man im eigenen Testaufbau auch sehen kann. Was natürlich auch mit anderen OPV machbar wäre. Aber das war ja nicht die Fragestellung von markus.
@heynochwas: danke für die stellungnahme, dann spare ich das material. :) @andrew: danke für die unterstützung! :) ...diese tine xD wie siehts denn hinsichtlich der versorgung des ina aus? ist da ein traco ok? die rippeln ja auch nicht wenig. oder brauchich gar keine bipolare versorgung da REF=2,5V? sonnige grüße!
Markus F. schrieb: > wie siehts denn hinsichtlich der versorgung des ina aus? ist da ein > > traco ok? die rippeln ja auch nicht wenig. oder brauchich gar keine > > bipolare versorgung da REF=2,5V? Das Datenblatt (s.o.) sagt das der ina die bipolare Versorgung mag. Von unipolar lese ich da nix. Du etwa?
Leute, mir schint, dass das Thema vom elektronischen Standpunkt ausreichend durchgekaut wurde. Also braucht man einen hochohmigen und stabilen Messverstärker und für die weitere Verarbeitung, Kalibrierung und Temp-Kompensation den richtigen Code im µC. Das Problem bei zuverlässiger pH-Wrtmessung liegt aber woanders: Sonde nicht langzeitstabil, Bewuchs, Diaphragma verstopft, ..., das braucht dafür nur Tage, bis man nur noch Mist misst, und bei manchen Leuten Wochen, bis sie es merken. Je nach Anforderung läuft dann doch alles auf den Sonden-putz-und-kalibrier-roboter hinaus, und für den muss man dann noch die passende Chemie (Reinigungslösung) austüfteln - und beim Kalibrieren eine Verschleppung der Standards verhindern, und am besten die Sonde hin und wieder für einige Stunden in KCl stelen, damit sie sich "erholt". Ich musste da auch meine Erfahrungen sammeln - und dann einen solchen Roboter entwickeln, der 9 Pumpen und 4 Magnetventile enthält. Generell ist es für eine pH-Messung eine gute Idee, für eine konstante Anströmung der Sonde zu sorgen, denn die Ausgangsspannung hängt davon auch ab. Die analoge Eingangselektronik ist gegen die weiteren Widrigkeiten der pH-Messung aus meiner Sicht ein Nebenschauplatz. Gruß, BUZman
also in meinem fall werden die sonden ordentlich konstant angeströmt und auch regelmäßig manuell gewartet. das möchte ich, genausowenig wie die elektronischen grundlagen, aufs neue "durchkauen". vielmehr hatte ich mir antworten oder stellungnahmen zu meinen konkreten fragen gewünscht. wenn man so eine ina für 10euro bestellt, dann möchte man ja auch, dass die sich optimal wohlfühlt in der schaltung. ^^ wenn die dann auf einmal unzufrieden ist, weil sie den traco nicht mag, hat man auch nix davon. cheers!
bezüglich der angaben im datenblatt kam bei mir die frage nach der bipolarität der versorgungsspannung nur auf, weil dort sämtliche vorgaben respektive einem auf masse gelegten REF eingang getätigt worden sein könnten. also gut - dann machen wir es bipolar. ist ein traco hierbei ok? :)
Nur weil es im Datenblatt steht, heißt nicht, dass man es so machen muss. Im Datenblatt steht nämlich auch, dass das INA116-pH-Meter eine zusätzliche Groundelektrode braucht. Und genau an dem Punkt greift ihr nämlich in was weiches, warmes, braunes. Die üblichen Elektroden mit BNC Kabel sind bipolar. Und dann gibt es keinen bias current return path und dann driftet die Schaltung. Das hat der initiale Threadersteller nämlich auch gemerkt, als er was von Mondphasenabhängigkeit schrieb. Ein pH-Meter braucht keine fA Biasströme, oder was denkt Ihr wie das früher gemessen wurde? Der Max406 hat 0.1 pA und ist explizit als pH Pufferverstärker spezifiziert! Das TI/BB für den INA sich da was zurechtbastelt, um den Einsatz überall zu rechtfertigen, ist doch klar! Das bezieht sich auf wissenschaftliche Anwendungen, nicht auf die kommerziellen Glaselektroden.
>bezüglich der angaben im datenblatt kam bei mir die frage nach der >bipolarität der versorgungsspannung nur auf, weil dort sämtliche >vorgaben respektive einem auf masse gelegten REF eingang getätigt worden >sein könnten. Im Datenblatt steht, daß die minimale Versorgungsspannung +/-4,5V ist. >also gut - dann machen wir es bipolar. ist ein traco hierbei ok? Das kommt darauf an, was das für ein Traco ist. Die, die ich kenne, wollen ein Pi-Filter am Eingang und an jedem Ausgang. Ist außerdem die Spannung stabil genug? Falls nicht, könnte es Offsetspannungsprobleme durch die endliche PSRR (Power Supply Rejection Ratio) geben. >Hinter dem INA würde ich des Weiteren den zweiten TS912 als Puffer >einsetzen: (INA kann nicht so viel Strom... schnellerer S/H am A/D... >oder?) Am Eingang des ADC dürfte ein simples RC-Glied mit großem C ausreichen, da sich das pH-Meßsignal ja nur sehr langsam ändert. Kai Klaas
Tine Schwerzel schrieb: > Nur weil es im Datenblatt steht, heißt nicht, dass man es so machen > > muss. Halt die Füße still. Hat auch niemand behauptert das man es so machen MUSS. Ich schreib ja bereits das man es auch anders machen kann. DU dagegen hast behauptet, das der INA ungeeignet ist für pH Messung. Die Applikation sagt das Gegenteil. Der Testaufbau ebenfalls. Du hast also schlicht Unrecht in diesem Punkt. so what.
BUZman schrieb: > Das Problem bei > zuverlässiger pH-Wrtmessung liegt aber woanders: Sonde nicht > langzeitstabil, Bewuchs, Diaphragma verstopft, ..., Nun, dafür gibt es Macropore und Gelgefüllte Elektroden. Die halten je nach Anwendung Jahre > das braucht dafür > nur Tage, bis man nur noch Mist misst, und bei manchen Leuten Wochen, > bis sie es merken. Je nach Anforderung läuft dann doch alles auf den > Sonden-putz-und-kalibrier-roboter hinaus, > und für den muss man dann noch > die passende Chemie (Reinigungslösung) austüfteln - Lässt sich oft nicht vermeiden > und beim Kalibrieren > eine Verschleppung der Standards verhindern, kipp Sie nacheinenader rein, dann kommt es nicht vor. > und am besten die Sonde hin > und wieder für einige Stunden in KCl stelen, > damit sie sich "erholt". Das ist mit Sicherheit die beste Lösung, einfacher ist es aber häufig einen Hersteller für pH Elektroden zu fragen. > Ich musste da auch meine Erfahrungen sammeln - und dann einen solchen > Roboter entwickeln, der 9 Pumpen und 4 Magnetventile enthält. Bischen viel > Generell ist es für eine pH-Messung eine gute Idee, für eine konstante > Anströmung der Sonde zu sorgen, denn die Ausgangsspannung hängt davon > auch ab. Das hängt sehr von der Anwendung ab. > Die analoge Eingangselektronik ist gegen die weiteren Widrigkeiten der > pH-Messung aus meiner Sicht ein Nebenschauplatz. So ist es, aber der Teil wurde hier sehr schön durchgekaut ;-). > Gruß, > BUZman GXIV
>DU dagegen hast behauptet, das der INA ungeeignet ist für pH Messung.
Es ist nicht unmöglich, aber es ist vollkommen unnötig kompliziert und
teuer. Zudem lässt er sich nicht mit einer herkömmlichen Elektrode
verwenden. Letzterer Punkt klassifiziert sich für mich unter
"untauglich". Ich kauf doch keinen 10 Euronen Verstärker, wo ich auch
noch Mätzchen machen muss den überhaupt zu benutzen, wenn es ein ein
Euro Teil auch tut.
Nur mal so als Anmerkung: http://www.ph-meter.info/pH-meter-construction TL081 ist aufgrund des hohen Biasstroms sicher nicht ideal, aber ein TLC271 sollte ausreichend sein (0.7 pA). Kostet vielleicht 30 Cent.
>Es ist nicht unmöglich, aber es ist vollkommen unnötig kompliziert und >teuer. Zudem lässt er sich nicht mit einer herkömmlichen Elektrode >verwenden. Letzterer Punkt klassifiziert sich für mich unter >"untauglich". Jetzt mach mal halblang, Tine. Im Datenblatt gezeigt ist lediglich ein Drei-Elektroden-System, weil der INA116 als Instrumentationsverstärker das mit seinen zwei Eingängen ja gerade unterstützt. Das heißt aber nicht, daß er ein Zwei-Elektrodensystem nicht kann! Dazu mußt du lediglich den "-" Eingang mit Masse verbinden. Auch dann gibt es gute Gründe einen INA116 einzusetzen: 1. Mit seinem "-" Eingang kann er Störungen auf der Masse herausrechnen. 2. Er besitzt eine hervorragende Eingangsschutzschaltung, die man sonst diskret aufbauen müßte, was bei den geforderten niedrigen Eingansgströmen garnicht so einfach ist. 3. Man kann über den REF-Eingang der Ausgangsspannung einen Offset verpassen, was gerade für den Anschluß an einen Mikrocontroller mit ADC-Eingang besonders vorteilhaft ist. Kai Klaas
zuersteinmal vielen dank für die zustandegekommene diskussion! ist vor dem REFeingang eigentlich ein OPV sinnvoll? oder kann man direkt am zb LM185/385 andocken?
>Dazu mußt du >lediglich den "-" Eingang mit Masse verbinden. Womit man dann: >1. Mit seinem "-" Eingang kann er Störungen auf der Masse herausrechnen. Ad absurdum geführt wird. Die anderen Punkte stimmen natürlich, aber ich bleibe dabei, dass das keine rationelle Einsatzmöglichkeit für den INA116 ist, und das steht auch weiter oben im Thread.
>>Dazu mußt du >>lediglich den "-" Eingang mit Masse verbinden. > >Womit man dann: > >>1. Mit seinem "-" Eingang kann er Störungen auf der Masse herausrechnen. Ad absurdum geführt wird. Keineswegs. Natürlich verbindest du dann den "-" Eingang nicht mit der lokalen Masse des INA116, sondern mit der Sensormasse eines entfernt angeordneten Sensors. Kai Klaas
Richtig, und genau ist das Problem! Das geht nur bei Anordnung mit 2 Elektroden (Ag/AgCL + pH-Sonde), aber nicht bei Verwendung einer normalen pH Elektrode. Die werden über BNC bipolar angeschlossen und da liegt der Mantel auf dem Ag/AgCl in 3 M KCl Potential! Das meine ich mit Gefrickel. Daher lieber einen OPAmp nehmen und unipolar messen. In dem Moment wo man Minus auf Ref/Gnd legt, hat man sich schon mal schön die Symetrie der Eingänge sowie die Imput Bias Protection degradiert. Was spricht denn zB gegen den TLC271? Der erlaubt auch einen Input Offset Abgleich, kann unipolar gespeist werden, hat einen Eingangswiderstand, der das Verhältnis der Impedanzen um den Faktor 1:100 übertrifft und der Bias-Current wird nichtmal 0,1 pH Abweichung verursachen, selbst im Worst-Case. Alles andere macht im Selbstbau ohne die entsprechenden Kentnisse in Elektrochemie ohnehin nicht den geringsten Sinn.
Jetzt wirst Du langsam lächerlich mit Deiner Argumentation, Tine. Andrew hat doch ganz klar gesagt, das man es mit dem INA machen kann, aber nicht machen muß. Es führen schließlich viele Wege zum Ziel. Das sagt er Dir doch auch deutlich. Du dagegen versuchst in kindischem Stil Deine These wie ein Mantra zu verteitigen, das man es einfacher machen muß. Ist doch völlig über, was Du hier treibst.
Siehe hier: http://cgi.ebay.de/IKS-pH-Elektrode-/390212533715?cmd=ViewItem Wo soll denn da der dritte Pol hin? Ich würde ohnehin zu soetwas raten: http://cgi.ebay.de/LCD-PH-WERT-METER-MESSGERAT-MESSER-TESTER-Aquarium-Pool-/150456187845?cmd=ViewItem Im Prinzip für fast alles verdünnt-wässrige gut genug
Nagut, dann mach eben mit dem teuren Teil, wäre nett wenn dabei mal ein Schaltplan rauskommt, von dem der Rest lernen kann.
Hallo in die Runde, ich habe das Problem mit der pH-Messung als ziemlicher Elektronik-Anfänger mit einem TLC274 gelöst. Das war eigentlich mein 2tes Elektronikprojekt überhaupt, und ich habe mehr durch Zufall zu diesem OPV gegriffen(Preis). Das war aber, wie sich später zeigte, ein ziemlicher Glücksgriff. Der Einganswiderstand der Schaltung ist hoch genug. Hersteller von pH-Elektroden geben einen sinvollen Eingangswiderstand von 1,5T-Ohm an. Das läßt sich mit dem TLC274 realisieren. Ich habe mir dann aus 3/4 des TLC274 einen Instrumentenverstärker mit einer Verstärkung von 2 gebaut. Diese OPV's müssen aber bipolar? versorgt werden. Ich habe die negative Spannung mit einem ICL7660 erzeugt. Dann mit einem 2ten TLC274 die Spannung aus dem negativen in einen Bereich von 0 - ... Volt gebracht und nach bedarf Verstärkt. Das hat soweit gut funktioniert. Die weitere Auswertung im Arduino. Ich habe auf der Arbeit einen industriellen Messverstärker als Vergleich. Der hat auch nicht genauer gemessen. Mein Rat : einfach mit einem/mehreren TLC272/274/... versuchen. Die ganze Schaltung kostet vielleicht ein paar Euro, und nachher bist Du schlauer, was Dein Problem angeht. Beste Grüße, Johannes
Guten Tag, ich arbeite auch im Moment an einem Projekt zur elektrometrischen Wasseranalyse. Vielen Dank für die vielen Hinweise und Ausführungen zur Messung des PH-Wertes. Mich beschäftigt im Moment die Fragestellung der galvanischen Trennung von Redox-, PH- und Leitfähigkeitssensoren. Die von mir verwendeten Sensoren für Redoxpotential und PH-Wert besitzen getrennte Bezugssysteme (BNC-Anschluss, keine gemeinsame Bezugselektrode). Ist es wegen möglichen Potentialunterschieden des Bezugssystems und daraus resultierenden Ausgleichsströmen notwendig die Sensoren galvanisch zu trennen? MFG Nico Fuchs
> Ist es wegen möglichen Potentialunterschieden des > Bezugssystems und daraus resultierenden Ausgleichsströmen notwendig die > Sensoren galvanisch zu trennen? Bei schlechter Leitfähigkeit des Wassers und halbwegs räumlicher Distanz der Sensoren (also 100 mal weiter weg als der Abstand der Elektroden in einem Sensor) wohl nicht. Trotzdem würde ich eine Schaltung verwenden, die die Potential nahe beinander hält.
> Bei schlechter Leitfähigkeit des Wassers und halbwegs räumlicher Distanz > der Sensoren (also 100 mal weiter weg als der Abstand der Elektroden in > einem Sensor) wohl nicht. Alle Sensoren befinden sich in einer Armatur mit einem Abstand < 50mm. Bei dem Wasser welches analysiert werden soll, handelt es sich um Schwimmbadwasser(also recht sauber, mittlere Leitfähigkeit 300µS/cm - 3000µS/cm).
Gute Frage. Es kommt ein wenig auf die Sensoren an. Da musst Du schauen aus was die sind. Im Prinzip braucht man es nicht für die Messwertstabilität, aber es kann leicht zu Korrosion kommen. Die pH Gegenelektrode ist aus Silber/chlorid und die Leitfähigkeitselektrode vmtl. aus Stahl. Da ist die Differenz nur 0,1 Volt. Hier gäbe es die Möglichkeit für den Einsatz von einem INA, da man dann die Erdung über einen Pol der Leitfähigkeitselektrode machen kann, und pH differenziell. Das müsste dann gut gehen.
Nico Fuchs schrieb: > Mich beschäftigt im Moment die Fragestellung der galvanischen Trennung > von Redox-, PH- und Leitfähigkeitssensoren. > Die von mir verwendeten Sensoren für Redoxpotential und PH-Wert besitzen > getrennte Bezugssysteme (BNC-Anschluss, keine gemeinsame > Bezugselektrode). Ist es wegen möglichen Potentialunterschieden des > Bezugssystems und daraus resultierenden Ausgleichsströmen notwendig die > Sensoren galvanisch zu trennen? Galvanische Trennung halte ich für Overkill, zwischen pH und Redox fließt eh nix und die Leitfähigkeitssonde würde ich nur bei Messung einschalten.
Tine Schwerzel schrieb: > Die pH > Gegenelektrode ist aus Silber/chlorid und die Leitfähigkeitselektrode > vmtl. aus Stahl. Aber wie hoch ist der Widerstand Elektrode / Medium?
>Galvanische Trennung halte ich für Overkill, zwischen pH und Redox >fließt eh nix und die Leitfähigkeitssonde würde ich nur bei Messung >einschalten. Naja, so Overkill ist das nicht. Wenn da fremde elektrische Felder herrschen, hat das doch sicherlich einen Einfluß auf die Messungen, oder? Das wäre doch für Nico eine schöne Aufgabe und würde sein Projektheft füllen: Erst einmal herausfinden, ob ein zu geringer Abstand der Sensoren die Messungen überhaupt beeinflußt. Dazu zwei Armaturen aufbauen, mit unterschiedlichem Abstand zwischen den Sensoren und testen, ob die Meßergebnisse unterschiedlich sind. Kai Klaas
Sehe ich ähnlich, Bei der pH- Messung und der Redoxmessung handelt es sich um Potentialdifferenzmessungen. Es fließt also kein (theoretisch) Strom, der irgendwelche störende elektrische Felder aufbauen könnte. Anders sieht es mit der Leitfähigkeitsmessung aus. Durch den fließenden Wechselstrom könnte es durchaus sein, das hier Felder entstehen, die die anderen Messungen stören. Da hilft auch keine galvanische Trennung. Dies sind zwar vorwiegend theoretische Überlegungen. Sie sollten deshalb durch Praxistests untermauert oder widerlegt werden. MfG
Kai Klaas schrieb: > Wenn da fremde elektrische Felder > herrschen, hat das doch sicherlich einen Einfluß auf die Messungen, > oder? Was du aber mit einer galvanischen Trennung nicht wegbekommst da die EM-Felder nicht erdbezogen sind. Sonst gäbe es keine Transistorradios oder Satellitenempfänger. Galvanische Trennung verhindert z. B. Masseschleifen, was aber hier nicht das Problem ist. Für Störfelder gibt es z.B. Elektroden mit Variopin, die sind mehrfach geschirmt (bei vernünftigen Kabel) und wenn durch das Wasser was durchkommt dann hast du wohl einen Swimmingpool unterm Sendemast. Die Trennung beeinflusst auch die Messgenauigkeit oder Sie wird sehr aufwendig gebaut. > > Das wäre doch für Nico eine schöne Aufgabe und würde sein Projektheft > füllen: Erst einmal herausfinden, ob ein zu geringer Abstand der > Sensoren die Messungen überhaupt beeinflußt. Kommt drauf an ob er eine Doktorarbeit schreibt oder was funktionierendes aufbauen soll. > Dazu zwei Armaturen > aufbauen, mit unterschiedlichem Abstand zwischen den Sensoren und > testen, ob die Meßergebnisse unterschiedlich sind. Dazu reicht ein Anruf beim Elektrodenhersteller. Wolfgang-G schrieb: > Anders sieht es mit der Leitfähigkeitsmessung aus. Durch den fließenden > Wechselstrom könnte es durchaus sein, das hier Felder entstehen, die die > anderen Messungen stören. Da hilft auch keine galvanische Trennung. > Dies sind zwar vorwiegend theoretische Überlegungen. Sie sollten deshalb > durch Praxistests untermauert oder widerlegt werden. Wie wäre es das gebrate der LF Elektrodekann einfach abzuschalten wenn die pH Messung läuft? Ein kleines quecksilberbenetztes Relais für messtechnische Aufgaben befreit dich von allen Sorgen und als Umschalter kannst du gleich deine Messapparatur kalibrieren.
Gab's früher mal, als Asbest in Bremsbelägen, Lindan im Xyladecor, PAK in Klebern war, da war auch Quecksilber in manchen Reed-Relais damit die nicht prellen und bei geringen Strömen Kontakt geben. http://www.surplussales.com/Relays/mercury.html
> quecksilberbenetztes Relais? Was zum Geier ist das denn?
Ein Relais aus der Messtechnik, steht hier als Beispiel für eine
niederohmige trennbare Verbindung.
>quecksilberbenetztes Relais...
Nur so nebenbei.. ein normales Relais hat Probleme mit Stroemen gegen
Null. Ein PicoAmperse zuverlaessig zu schalten ist nicht trivial.
Allenfalls ein Goldkontakt Relais, aber wenn man da mal mehr drueber
gelassen hat, geht's nicht mehr.
Das Quecksilber Relais war gut darin, da die Kontaktoberflaeche fluessig
war. Leider ist Quecksilber etwas aus der Mode gekommen.
>Kommt drauf an ob er eine Doktorarbeit schreibt oder was >funktionierendes aufbauen soll. Nein. Es kommt nur darauf an, etwas Funktionierendes herzustellen und der Test mit dem Abstand ist Teil der Entwicklung. Das andere ist eine Frage der Dokumentation. >Dazu reicht ein Anruf beim Elektrodenhersteller. Na dann mal los... >Ein kleines quecksilberbenetztes Relais für messtechnische Aufgaben >befreit dich von allen Sorgen und als Umschalter kannst du gleich deine >Messapparatur kalibrieren. Warum die Sensoren nicht einfach weiter voneinander entfernen?? Das ist doch Gemurkse mit der Umschalterei. Kai Klaas
Hey noch Was schrieb: > Nur so nebenbei.. ein normales Relais hat Probleme mit Stroemen gegen > Null. Ein PicoAmperse zuverlaessig zu schalten ist nicht trivial. Bei der Leitwertmessung gibt es aber keine Picoampere (ausser bei Reinstwasser) > Allenfalls ein Goldkontakt Relais, aber wenn man da mal mehr drueber > gelassen hat, geht's nicht mehr. Wer in der chemischen Messtechnik so viel Strom in eine Leitwertsonde jagt das die Goldkontakte unbrauchbar werden sollte besser als Sprengmeister arbeiten. > Das Quecksilber Relais war gut darin, da die Kontaktoberflaeche fluessig > war. Leider ist Quecksilber etwas aus der Mode gekommen. War auch nur ein Beispiel Kai Klaas schrieb: > Nein. Es kommt nur darauf an, etwas Funktionierendes herzustellen und > der Test mit dem Abstand ist Teil der Entwicklung. Das andere ist eine > Frage der Dokumentation. Meinetwegen, aber die Applikationsingenieure des Herstellers werden das schon gemacht haben, warum das Rad 2x erfinden? > >>Dazu reicht ein Anruf beim Elektrodenhersteller. > > Na dann mal los... Ist mein ernst, in der Regel spart das eine Menge Aufwand > >>Ein kleines quecksilberbenetztes Relais für messtechnische Aufgaben >>befreit dich von allen Sorgen und als Umschalter kannst du gleich deine >>Messapparatur kalibrieren. > > Warum die Sensoren nicht einfach weiter voneinander entfernen?? Das ist > doch Gemurkse mit der Umschalterei. Kommt auf die Anwendung an, anderer Ort andere Bedingungen, andere Ergebnisse.
Angehängte Dateien:
-
Potential_Elektroden.png
150 KB
Hallo nochmal! # Eine Doktorarbeit soll es nicht werden. Ein funktionierender Prototyp wäre völlig ausreichend. # Ein Quecksilberrelais ist für meinen Prototyp keine Option. # In der angehangenen Datei beschreibe ich, meine Gedanken weshalb ich an eine galvanische Trennung denke. Kai Klaas schrieb: >Galvanische Trennung verhindert z. B. Masseschleifen, was aber hier >nicht das Problem ist. Für Störfelder gibt es z.B. Elektroden mit >Variopin, die sind mehrfach geschirmt (bei vernünftigen Kabel) und wenn >durch das Wasser was durchkommt dann hast du wohl einen Swimmingpool >unterm Sendemast. Ich denke schon, dass durch die Masseschleife Korrosion an meiner LF-Zelle, unabhängig davon ob sie eingeschalten ist oder nicht, entsteht. Quellen der Standardpotentiale: Ag/AgCl-: http://www.ak-hoffmann.chemie.uni-mainz.de/pdf/script/AnalytC-Teil-3-folien.pdf [S.81] Pt: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Spannungsreihe #Hochfrequente Störungen sind kein Problem weil: ~ Jeder Eingangsverstärker hat am Ausgang einen Tiefpass mit 20dB und Grenzfrequenz 1Hz ~ Die LF-Messzelle so Konstruiert ist, dass die Feldlinien zwischen den Platten ausgebildet werden und (fast) nicht nach außen dringen. (Für diese Aussage muss ich die Quelle zunächst schuldig bleiben, weil ich sie im Moment nicht finden kann) Meine LF-Zelle: http://www.meinsberg.de/de/download/datenblaetter/elektroden/LTG1_DB.pdf Ich werde morgen den Hersteller kontaktieren - weil ich der Aussage von _Gast-XIV folge. Kai Klaas schrieb: > Nein. Es kommt nur darauf an, etwas Funktionierendes herzustellen und > der Test mit dem Abstand ist Teil der Entwicklung. Das andere ist eine > Frage der Dokumentation. Ich werde auf alle Fälle erproben, ob sich Beeinflussungen der Messgeräte untereinander ermitteln lassen. Dennoch ist die Vergrößerung des Abstandes zwischen den Sensoren nach der Anschaffung der Armatur und ihres Einbaus (der bereits geschehen ist) keine Option mehr. Vielen Dank für die rege Teilnahme und die vielfältigen Ausführungen. P.S.: bei Quecksilber und Strom muss ich immer daran http://www.fotocommunity.de/pc/pc/channel/1/extra/new/display/15285082 denken. ;-)
Ja nee, da musst Du etwas tun. Entweder die Leitfähigkeitsmessung per DCDC galvanisch trennen, oder 1 Platte der Leitfähigkeitselektrode auf Gnd legen und unipolar messen, die beiden anderen Elektroden dann mit einem Instrumentenverstärker bipolar verstärken (dann fließt nur der Input Bias Current über die Leitfähigkeitselektrode) --- oder die 3 Module alle galvanisch trennen und wie getrennte Handmessgeräte verwenden, dann ist eine unipolare Messung möglich. Den Tiefpass würde ich höher ansetzen, nicht dass es da Probleme gibt, wenn man die Leitfähigkeitsmessung während der pH Messung zB abschaltet und dann wieder an. Lieber im MC mitteln.
Weiter im Text: Die Quelle zur Aussage, dass das Feld bei der Leitfähigkeitsmessung homogen sein sollte wird hier http://www.ptb.de/de/org/3/31/313/conduct_1.htm zumindest angerissen. Für den Heimgebrauch sind einfachere Anordnungen sicher völlig ausreichend. Den Zusammenhang fand ich dennoch recht interessant. Der Anruf beim Hersteller hat meine Befürchtungen bestätigt. Der Ingenieur der Firma hat mir geraten alle Sensoren galvanisch zu trennen. Leider kam er nicht so recht ins plaudern, welche Erfahrungen er bisher gemacht hat und was sonst noch so geht. Er beschränkte sich darauf meine Fragen recht geradlinig zu beantworten. So kommen also neben einer Spannungsversorgung pro Kanal noch drei VCOs dazu - naja ist jetzt auch egal. MFG Nico
Warum hängst du denn die Sensoren nicht einfach weiter von einander weg?? Kai Klaas
Naja, wenn der die Platinelektrode und die AgCl an ein Potential hängt, kommt da vermutlich nicht wirklich gutes bei raus. Galvanische Trennung ist aber nicht notwendig, wenn Du, wie vorgeschlagen, die beiden Elektroden mit einem Instrumentenverstärker entkoppelst. Das ist sogar mit einem TLC274 für beide Elektroden (pH+Redox) machbar, wenn man das Two-Opamp Instrumentenverstärkerlayout verwendet. Und wenn schon Trennung, dann um Himmels Willen nicht mit einem V2F, sondern dann direkt digitalisieren und optisch schicken. Das spart eine Menge Ärger mit der Genauigkeit (Wo soll dann die Kalibration erfolgen? Nach dem V2F handelt man sich da noch alle Nichtlinearitäten und Drifts ein, dann kann man nicht mehr eine 3-Punkt-Kalibrierung machen und genaue Ergebnisse bekommen).
Nico Fuchs schrieb: > Hallo nochmal! > > # Eine Doktorarbeit soll es nicht werden. Ein funktionierender Prototyp > wäre völlig ausreichend. Also praktisch > > # Ein Quecksilberrelais ist für meinen Prototyp keine Option. Vergiss dieses blöde Relais, du kannst auch was anderes nehmen oder die LF Messung einfach ausschalten (was mit Sicherheit am einfachsten ist) > > Ich denke schon, dass durch die Masseschleife Korrosion an meiner > LF-Zelle, unabhängig davon ob sie eingeschalten ist oder nicht, > entsteht. Dann nimm doch eine mit Platinelektroden > > ~ Die LF-Messzelle so Konstruiert ist, dass die Feldlinien zwischen > den Platten ausgebildet werden und (fast) nicht nach außen dringen. Viel zu kompliziert gedacht. Es fliessen Elektronen von - nach + und nehmen den Weg des geringsten Widerstands (ein paar laufen aber auch durch das halbe Becken). Schalt die Kiste ab wenn du pH misst und keine Doktorarbeit willst. > (Für > diese Aussage muss ich die Quelle zunächst schuldig bleiben, weil ich > sie im Moment nicht finden kann) Ist auch unnnüzt Nico Fuchs schrieb: > Der Anruf beim Hersteller hat meine Befürchtungen bestätigt. Der > Ingenieur der Firma hat mir geraten alle Sensoren galvanisch zu trennen. Tja, dann weißt du damit das es Beeinflussungen geben kann. > > Leider kam er nicht so recht ins plaudern, welche Erfahrungen er bisher > gemacht hat und was sonst noch so geht. Er beschränkte sich darauf meine > Fragen recht geradlinig zu beantworten Das ist sein Job, er macht es beruflich und versucht deine Fragen kurz und knapp zu beantworten. Geplaudert wird da nie, es gibt Firmen da kannst du froh sein ganze Sätze zu bekommen. Bereite solche Gespräche vor, schreib deine Fragen auf und halte Sie knapp und präzise. Dann ist auch keiner genervt.
Tine Schwerzel schrieb: > Und wenn schon > Trennung, dann um Himmels Willen nicht mit einem V2F, sondern dann > direkt digitalisieren und optisch schicken Kurze Frage zum Verständnis. Mit V2F ist wohl Voltage 2 Frequency Konvertierung gemeint. Wann ja was hast du dagegen? Das ist doch eine Digitalisierung in die "time domain" die sich ja sehr einfach übertragen und im Verhältnis zu den ca. 0,1% die nasschemische Sonden erreichen sehr genau Auswerten lässt.
Das mag sein, aber wenn man den hohen Aufwand mit der Trennung treibt, könnte ich mir vorstellen, dass man dann keine weiteren Fehler reinbauen will. Ein billiger MC kostet 2 Euro, ein Optokoppler nochmal einen Euro und man hat die Garantie einer korrekten Messung und Übertragung. Beim VFC muss man testen, optimieren etc. Geht sicher beides. Aber wie gesagt, überleg Dir die Idee mit dem Dual-OPA-INA aus 1/2 TLC274.
Tine Schwerzel schrieb: > Das mag sein, aber wenn man den hohen Aufwand mit der Trennung treibt, > könnte ich mir vorstellen, dass man dann keine weiteren Fehler reinbauen > will. Eben, es ist zwar ein wenig akademische darüber hier zu diskutieren aber: > Ein billiger MC kostet 2 Euro, ein Optokoppler nochmal einen Euro nur hast du dann noch keine anständige A/D Wandlung. Es ist einfach keine gute Idee 12 Bit Auflösung und X Mhz clocks auf dem gleichen Chip zu machen. > > und man hat die Garantie einer korrekten Messung und Übertragung. Du hast weder eine anständige Referenzspannung noch eine saubere Versorgung da der MC in selbige einstrahlt und das auch noch abhängig von Programmcode, Temperatur und sonst. Einstellungen. > Beim > VFC muss man testen, optimieren etc. Das bleibt leider auch bei einer MC Lösung nicht aus. Ein anständiger VFC ist konstant und linear, hat eine interne Referenzspannung und ein bekanntes schmales Störspektrum. Nebenbei sparst du es dir 2 Programme pflegen zu müssen. Es ist letzlich reine Problemverschiebung. A/D Wandlung ist A/D Wandlung, ob nun im VFC oder im A/D.
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