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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Labornetzteil mit Spannungsregelung für Elektrochemie


Autor: Rainer "s" (extrawelt)
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Liebe Mikrocontroller Gemeinde

Ich ersuche euch um Ratschlag betreffend meines Elektrochemie-Projektes.
Für elektrochemische Prozesse ist es äussert wichtig das Potential 
während fortschreiten des Prozesses genau geregelt zu haben. (z.B. 
-1.1V)

Ich dachte an ein Labornetzteil mit 0-5V, 10 A. Dürften auch 20 A sein. 
Diese haben eine Fixe Regelung, was ich gerne ändern möchte. Das 
Potential muss dringend konstant gehalten werden und sollte falls ein 
plötzlicher Abfall geschieht alsbald möglich wieder auf entsprechendes 
Nivau gebracht werden.Mit einer Referenzelektrode als Kontrolle zum 
Beispiel.

Gibt es von eurer Seite her Ratschläge wie ich dies am besten lösen 
könnte? Eventuell gibt es fertige Bauteile, welche sogar ich als Laie 
zusammenfügen könnte?

Ich bin kein Elektronik-Bastler, eher Chemiker. Mich interessiert die 
Materie, nur mein Studium fordert meine ganze Zeit.

Ich hoffe Ihr findet kurz Zeit um mich bei meinem Projekt zu 
unterstützen, denn Elektrochemie wird leider in der Chemie zu unrecht 
eher gemieden.


Greetz

Rainer

Autor: MaWin (Gast)
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> Das Potential muss dringend konstant gehalten werden
> und sollte falls ein plötzlicher Abfall geschieht
> alsbald möglich wieder auf entsprechendes Nivau gebracht werden

Hmm, Potential = Spannungsdifferenz zwischen den Elektroden ?

Die hält das Labornetzteil konstant, dazu ist es da.

Die Frage ist eher, wie man es einstellt (Drehregler, eintippen,
digital übermitteln von deinem PC aus) und dann halt

- wie genau (auf 0.1V oder 0.001V)
- wie belastbar (10A, hast du eigentlich schon gesagt).

Labornetzteile nicht der übelsten Art gibt es von Statron.
Natürlich gibt es auch bessere (z.B. Agilent) oder billigere (China),
und es kann durchaus sein, daß das billigere für eure Anforderungen 
reicht.

Vielleicht habe ich aber auch dein Problem nciht verstanden.

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Meinst du sowas wie ein Galvanostat oder Potentiostat?

Ardustat - low cost Arduino based galvanostat/potentiostat
http://blog.makezine.com/archive/2007/08/ardustat_...
http://dansteingart.com/ardustat/

http://www.pdfgeni.com/book/potentiostat-pdf.html

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Rainer "s" schrieb:
> Diese haben eine Fixe Regelung, was ich gerne ändern möchte. Das
> Potential muss dringend konstant gehalten werden und sollte falls ein
> plötzlicher Abfall geschieht alsbald möglich wieder auf entsprechendes
> Nivau gebracht werden.Mit einer Referenzelektrode als Kontrolle zum
> Beispiel.

Hallo Rainer,

was du dann auf jeden Fall brauchst, ist ein Netzteil mit 
Fühlerleitungen. Ein einfaches Netzteil regelt nur die Spannung an den 
Anschlüssen; kann man externe Fühlerleitungen anschliessen, so wird die 
Spannung an den Fühlereingängen geregelt, das dient der Ausregelung von 
Zuleitungswiderständen. Ob die Fühlereingänge geeignet sind für deine 
Potentialmessung (z.B. hochohmig genug), müsstest du aus den technischen 
Daten entnehmen. Ob Diffusionsspannungen in dein Potential eingehen, 
musst du selbst prüfen bzw. vermeiden.

Stromversorgungen für Elektrochemie sind i.A. stromgeregelt, weil man 
mit Spannungsregelung keinen gleichmässigen Prozess hinkriegt, z.B. bei 
der Metallabscheidung. Näheres würde hier zu weit führen.

Gut möglich, dass man ein Gerät für deine Zwecke extra konstruieren 
muss, und gut möglich dass es dabei einige Probleme mit der Stabilität 
der Regelung gibt, ich würde das erwarten wegen der grossen 
Empfindlichkeit der Regelstrecke gegen Spannungsänderungen.

Gruss Reinhard

Autor: Rainer "s" (extrawelt)
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Stefan B. schrieb:
> Meinst du sowas wie ein Galvanostat oder Potentiostat?
>
> Ardustat - low cost Arduino based galvanostat/potentiostat
> http://blog.makezine.com/archive/2007/08/ardustat_...
> http://dansteingart.com/ardustat/
>
> http://www.pdfgeni.com/book/potentiostat-pdf.html


Hi Stefan

Ja so etwas. Nur mit Gleichstrom und bis zu 10-20 Ampere.


Vielen Dank für eure Unterstützung

Autor: Rainer "s" (extrawelt)
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Hallo Reinhard

Ich sehe Du verstehst mich. Eine Regelung der Spannung bloss an den 
Anschlüssen gibt mir nicht wirklich die Spannung welche dann zwischen 
den Elektroden hängt wieder. Im speziellen nicht wenn sich Faktoren mit 
Laufe der Synthese verändern, wie zB. der Widerstand..

> Stromversorgungen für Elektrochemie sind i.A. stromgeregelt, weil man
> mit Spannungsregelung keinen gleichmässigen Prozess hinkriegt, z.B. bei
> der Metallabscheidung. Näheres würde hier zu weit führen.

Ich sehe Du hast da einiges an Erfahrung und Wissen. Was würdest Du 
vorschlagen wenn ich es über diesen Weg machen würde?


Gruss Rainer

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Rainer "s" schrieb:
> Für elektrochemische Prozesse ist es äussert wichtig das Potential
> während fortschreiten des Prozesses genau geregelt zu haben. (z.B.
> -1.1V)

Was genau ist denn die Regelgröße? Die Spannung wie Du oben gesagt hast 
oder der Strom wie Reinhard vermutet hat.
Auf alle Fälle wird ein Laburnetzteil eher ungünstig sein, da die 
normalerweise für höhere Spannungen konstruiert sind und bei so 
niedrigen Spannungen im ungünstigsten Wirkungsgrad und der höchsten 
Eigenlast fahren.

Wie professionell soll es sein? Selbstgebaut?
Falls ja könnte man evt. ein preiswertes ATX Netzteil nehmen und den 3,3 
V Ausgang dann mit einem Linearregler Stromregeln.

Autor: Burak (Gast)
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bei pollin ist grad eins für 3.50€ im angebot, macht am 5v zweig 18 
ampere.
stromregelung linear ist wegen der hohen verlustleistung ungünstig.
im fall von 1v ausgangsspannung (18A) müssen 72Watt verbraten werden. 
geht wegen der geringen spannung noch grad so. aber fetter regler und 
kühli mit lüfter sind dann längst pflicht. ausserdem muss noch ein 
(geringer) drop mit  eingerechnet werden, man kann also nich die vollen 
5V nutzen sondern nur 4.x. eleganter wär sicher ein stepdown mit µC, der 
über shunt strom ausregelt und die spannung messen und begrenzen 
kann.allerdings auch viel komplizierter

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

die Anforderungen wären etwa:

0..6 V fein regelbar
0..10 A fein regelbar
externe Fühlleitungen für die Spannung
analoge Steuereingänge für Strom und Spannung.

Das ist im normalen Handel kaum zu bekommen, die üblichen Geräte haben 
weder Fühlleitungen noch Steuereingänge, und Einbaunetzteile, die das 
haben, sind nicht mit Konstantstrom betreibbar (wg. Foldback o.Ä.) und 
funktionieren meistens auch nicht von 0 an. Das hier wäre aber geeignet:

http://www.elektroautomatik.de/fileadmin/pdf/katal...

Ich würde mal einfach anfangen und mit den Regelknöpfen für Strom und 
Spannung von Hand regeln, um ein Gefühl für das Verhalten zu bekommen. 
Wenn du so eine brauchbaren Arbeitspunkt bekommst, kannst du versuchen, 
das korrekte Potential zu messen, dafür reicht jedes moderne Multimeter. 
Ob du ein einfaches Platinblech brauchst oder was komplizierteres, musst 
du halt rausfinden. Dann kannst du versuchen, dein Potential entweder an 
die Fühlleitungen anzuschliessen oder eine externe Regelung des 
Potentials an die Steuereingänge anzuschliessen.

Es gibt viele digital steuerbare Geräte, aber dazu brauchst du einen 
Datenausgang und Software, und die Geräte kosten meist jenseits der 1000 
Euro. Interessant wäre das dann, wenn du die erfassten Daten noch 
anderweitig verwerten kannst.

Bei Laborversuchen würde ich mir um den Wirkungsgrad garnicht erst 
Gedanken machen, dann verheizt du halt 50 W, was soll's.

Es melden sich sicher einige, die das für ein paar Euro aus 
Elektroschrott zusammenbauen wollen - wenn du einen Festpreis, zahlbar 
im Erfolgsfall vereinbarst, kannst du das probieren. Grundsätzlich sind 
Labornetzgeräte keine Billigprodukte, dafür werden zuwenig gebraucht, 
ich komme seit vielen Jahren mit meinen aus.

Gruss Reinhard

Autor: Rainer "s" (extrawelt)
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>
> Ich würde mal einfach anfangen und mit den Regelknöpfen für Strom und
> Spannung von Hand regeln, um ein Gefühl für das Verhalten zu bekommen.
> Wenn du so eine brauchbaren Arbeitspunkt bekommst, kannst du versuchen,
> das korrekte Potential zu messen, dafür reicht jedes moderne Multimeter.
> Ob du ein einfaches Platinblech brauchst oder was komplizierteres, musst
> du halt rausfinden. Dann kannst du versuchen, dein Potential entweder an
> die Fühlleitungen anzuschliessen oder eine externe Regelung des
> Potentials an die Steuereingänge anzuschliessen.
>
> Es gibt viele digital steuerbare Geräte, aber dazu brauchst du einen
> Datenausgang und Software, und die Geräte kosten meist jenseits der 1000
> Euro. Interessant wäre das dann, wenn du die erfassten Daten noch
> anderweitig verwerten kannst.
>
> Bei Laborversuchen würde ich mir um den Wirkungsgrad garnicht erst
> Gedanken machen, dann verheizt du halt 50 W, was soll's.
>
> Es melden sich sicher einige, die das für ein paar Euro aus
> Elektroschrott zusammenbauen wollen - wenn du einen Festpreis, zahlbar
> im Erfolgsfall vereinbarst, kannst du das probieren. Grundsätzlich sind
> Labornetzgeräte keine Billigprodukte, dafür werden zuwenig gebraucht,
> ich komme seit vielen Jahren mit meinen aus.
>
> Gruss Reinhard

Hallo Reinhard

Das Netzteil schaut sehr gut aus. Ich denke mit dieser Basis lässt sich 
etwas interessantes aufbauen, vielen Dank. Ich würd mir lieber ein 
rechtes Netzteil wie Du es mir empfiehlst zulegen, auch wenn ich noch 
ein wenig sparen muss.

Ich bin nochmal kurz über die Bücher gegangen.. Folgendes:

- Was wichtig ist, ist anscheinend die Überspannung an der Kathode 
gemessen zu einer Referenzelektrode, zB. Wasserstoffelektrode.
Die gewünschten Werte für die jeweiligen Überspannungen sind ist in 
meiner Elektrochemie-Literatur gegeben.

- Die Sromdichte, z.B. 200mA pro cm2 sollte möglichst konstant gehalten 
werden

- Da sich der Widerstand mit fortschreitender Reaktion erhöht muss dann 
entsprechend die Spannung gemäss U= R *I erhöht werden, damit die 
kontinuerliche Überspannung gewährleistet werden kann.

- Es wäre natürlich wünschenswert die Referenzelektrode bei der 
Steuerung der Spannung einzuspeisen, damit das Überpotenzial konstant 
gehalten werden kann.

- Als Referenzelektrode würde sich nach meinen Recherchen eine 
Silber-Silberchlorid-Elektrode anbieten. Da ich vorwigend in saurem 
Medium arbeiten werde.

Gehe ich korrekt in der Annahme dass es keine Schwierigkeit darstellen 
sollte, eine Spannungssteuerung mittels Referenzelektrode in das von Dir 
vorgeschlagene Modell einzuspeisen?


Ich bin mit Schaltkreisen nicht so vertraut.


Vielen Dank für den Support!

Gruss Rainer

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Rainer "s" schrieb:
> Gehe ich korrekt in der Annahme dass es keine Schwierigkeit darstellen
> sollte, eine Spannungssteuerung mittels Referenzelektrode in das von Dir
> vorgeschlagene Modell einzuspeisen?

Hallo Rainer,

einfach anfangen und probieren. Das Schlimmste was passieren kann, ist 
dass du zwischen deine Potentialmessung und dem Steuereingang der 
Stromversorgung eine eigene Regelschleife bauen musst, aber das ist im 
Prinzip nur ein Differenzverstärker bzw. Instrumentenverstärker, 
bestehend aus 3 Operationsverstärkern, daraus ergibt sich kein ernstes 
Armutsrisiko.

Die Funktion ist einfach: wird das Potential zu gross, wird der Strom 
(oder die Spannung) vermindert, und umgekehrt.

Gruss Reinhard

Autor: Fralla (Gast)
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Mit den Chroma Geräten hab nur gute Erfahrungen. In der Firma beutzen 
ich die größeren zum Testen von DC/DC Converter, Batteriesimulation. Die 
10kW Teile kosten glaub ich >10k€. Aber es gibt auch kleinere, mit 
Voltage-Sense eingängen und die können bis 0V hinuterregeln. Weis aber 
nicht was die kosten.
Oder 
diese:http://www.powercontrol.de/upload/pdf/powersupply/...
Da haben kleinen 750W Teile eine große Auswahl an Strom-Spannung also 
von 6V/100A bis 600V/1,3A und das in 12 Stufen. Ebenfalls mit Sense 
Eingängen. Vom 20V/70A Gerät weis ich dass man bis fast 0V noch Regeln 
kann.
MFG

Autor: Stefan B. (stefan) Benutzerseite
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Nur zur Ergänzung des Themas Potentiostat, nicht für paar Ampere!

Low-Cost Portable Potentiostat for Biosensing Applications
Elliot Friedman (esf59) and Alexander Hartoto (akh75)
http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/Fin...

Die Ausgangsstufe basiert auf einem LM148 Quad op-amp, d.h. max. paar mA 
Ausgangsstrom.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Stefan B. schrieb:
> Nur zur Ergänzung des Themas Potentiostat, nicht für paar Ampere!
>
> *Low-Cost Portable Potentiostat for Biosensing Applications*
> Elliot Friedman (esf59) and Alexander Hartoto (akh75)
> 
http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/Fin...
>
> Die Ausgangsstufe basiert auf einem LM148 Quad op-amp, d.h. max. paar mA
> Ausgangsstrom.

Kann man aber leicht auf 20 bis 40A Ausgangstrom aufbohren.

das Prinzip ist bei allen analogen Potentiostaten/Galvanostaten 
identisch.

Und läuft hier seit Jahrzehnten zur vollsten Zufriedenheit.

Autor: Rainer "s" (extrawelt)
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Vielen Dank für die Infos!

Eventuell würde ich auch ein gebrauchtes Gerät in Betracht ziehen, 
welches so aufgebaut ist wie das von Elektroautomatik, mit Gleichstrom.

Kennt ihr eine gute Site welche gebrauchte Netzteile verkauft? 
Vielleicht käme ich dann etwas günstiger weg, oder aber bekäme mehr 
geboten für das gegebene Geld.


Gruss Rainer

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