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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messung Leitfähigkeit und Sauerstoff


Autor: Markus F. (ergoshape)
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Hallo, Experten!

Die Wahl der OPVs für die Messung von pH- und Redoxwert im Wasser wurde 
ja nun in einigen Beiträgen schon diskutiert. Hierbei wurde auch auf die 
Funktionsweise der Sonden Bezug genommen.

Wie gehe ich denn jetzt vor, wenn ich die Leitfähigkeit und den 
Sauerstoffgehalt von Wasser bestimmen möchte? Ich bin zwar auf einige 
Hersteller von Sonden hierfür gestoßen, jedoch geben diese wohl im 
Hinblick auf ihre eigene Produktsparte von Messverstärkern ungern 
Details preis(?).

Hat schon jemand Erfahrungen mit der Messung o.g. Wasserwerte in 
Verbindung mit einer selbstentworfenen Schaltung gemacht?

VG

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Markus F. schrieb:
> Wie gehe ich denn jetzt vor, wenn ich die Leitfähigkeit und den
> Sauerstoffgehalt von Wasser bestimmen möchte? Ich bin zwar auf einige
> Hersteller von Sonden hierfür gestoßen, jedoch geben diese wohl im
> Hinblick auf ihre eigene Produktsparte von Messverstärkern ungern
> Details preis(?).

Hallo,

was heisst denn Details preisgeben? Wenn jemand einen Sensor verkauft, 
steht ALLES was du wissen musst im Datenblatt. Ein Nachhilfekurs in 
Elektronik allerdings nicht. Sensoren gibt es ungeheuer viele, aber alle 
liefern ein Signal, das vom zu messenden Parameter abhängt, also 
Spannung, Strom, Widerstand, Kapazität, Induktivität... danach richtet 
sich die Auswerteschaltung.

Sauerstoffsensoren habe ich mal zum Testen hiergehabt, die arbeiteten 
auf galvanischer Basis und gaben eine Spannung ab, also x mV für einen 
bestimmten Partialdruck. Die Auswertung ist dann also eine einfache 
Spannungsmessung.

Gruss Reinhard

Autor: Zipp (Gast)
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Sauerstoffsensoren sind in der Regel destruktiv. Dh keine unendliche 
Lebensdauer.

Autor: Markus F. (ergoshape)
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Beispiel: 
http://www.prominent.de/Portaldata/1/Resources/_tr...

da steht ALLES drin?

eine spannungsmessung ist ja kein problem, jedoch gab es bei der 
pH-messung einiges zu beachten, ob dies auch auf die redoxmessung 
zutrifft weiß ich bis heute nicht. des weiteren sollte doch im 
datenblatt einer sonde auch auf das ausgangssignal eingegangen werden - 
oder?

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Markus F. schrieb:
> Beispiel:
> 
http://www.prominent.de/Portaldata/1/Resources/_tr...
>
> da steht ALLES drin?

Ja, da steht alles drin:
Über Festkabel, 6 m (Schutzart: IP 67) an Regler DULCOMETER® D1C

Der Sensor wird also als Zubehör zu einem ganz bestimmten Messgerät 
verkauft. Für die missbräuchliche Benutzung an einer anderen Elektronik 
ist er nicht vorgesehen.

Es ist ein Unterschied, ob du einen Pt100-Sensor kaufst oder eine 
Ersatzsonde für ein Fieberthermometer - da hast du keinen Anspruch auf 
garnichts ausser dass das Fieberthermometer damit korrekt anzeigt.

Du kannst ja auch nicht die Lambda-Sonde aus deinem Auto ausbauen und 
dich dann über mangelnde Daten beschweren.

Gruss Reinhard

Autor: Markus F. (ergoshape)
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Genau - das ist mein Problem.
Ich hatte versucht es zu formulieren. :)
Und nu? ^^
Vielleicht hat jemand Herstellerempfehlungen o.ä.?

Autor: Alter Hase (Gast)
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PH-Sensoren sind nicht ohne, denke z.B. auch daran daß die
Signale sehr hochohmig sind. Lötmittelrückstände, Feuchtigkeit
und ähnliches können da bereits gewaltigen Ärger bereiten.

Ich habe z.T. Teflon-Platinen verwendet, teuer aber unvermeidbar-
daß die verwendeten OP-Amps (hier Chopper-OpAmps (Zero-Drift)
hochwertig sein müssen versteht sich von selber.

Autor: Tine Schwerzel (tine)
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Teflonplatinen für ein pH-Meter? Soll das ein Witz sein? Auf wieviele 
Dezimalstellen zeigt das denn an?

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Markus F. schrieb:
> Wie gehe ich denn jetzt vor, wenn ich die Leitfähigkeit und den
>
> Sauerstoffgehalt von Wasser bestimmen möchte?

Leitfähigkeit ist das kleinste Problem.
Da gibt es Dutzende von (selbst-) Bauanleitungen im web.

Sauerstoff: Auf dem Gebrauchtmarkt wie ebay, etc. einige Zeit schauen. 
Geräte von WTW oder Knick sind oft billig zu haben, auch mit brauchbarer 
(wenn auch schon gebrauchter) Sonde.

die Elektronik dahinter ist kein Hexenwerk, aber da selbst 
Leitfähigkeitsmessgeräte dort für 10 bis 25 euro erhältlich sind: Willst 
du wirklich nochmal selber bauen für das kleine Geld?


http://www.prominent.de/Portaldata/1/Resources/_tr...
>
> da steht ALLES drin?

Wenn man lesen kann, ja. 3.Zeile enthält die Zellkonstante. Der Rest der 
Dich DAMIT zur schaltung führt ist wie Reinhard Dir schon erklärt hat: 
Wissen, dass Du Dir aneignen mußt.

Autor: Haudrauf (Gast)
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Es geht darum keinen Strom zu ziehen. Man verwendet daher fuer die Ph 
Messung opAmps, die einen Eingangsstrom von FemtoAmpere haben. Zum einem 
ergibt sich durch Strom ein Messfehler, zum anderen begrenzt sich die 
lebensdauer, denn die Ph Sonde wird mit Strom abgebaut. Eine 
Teflonplatine ist moeglicherweise vermeidbar, wenn die Leiter in der 
Luft gefuehrt werden, sieht aber schnell nach Gebastel aus.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Alter Hase schrieb:
> PH-Sensoren sind nicht ohne, denke z.B. auch daran daß die
> Signale sehr hochohmig sind. Lötmittelrückstände, Feuchtigkeit
> und ähnliches können da bereits gewaltigen Ärger bereiten.
>

Yepp.

> Ich habe z.T. Teflon-Platinen verwendet, teuer aber unvermeidbar-
> daß die verwendeten OP-Amps (hier Chopper-OpAmps (Zero-Drift)
> hochwertig sein müssen versteht sich von selber.

Das ist vollkommener Overkill.

Normales Expoy für die Platinen reicht vollkommen aus, und für die 2-3 
kritischen Eingangsstellen setzt man 2-3 Teflonstützpunkte.

so what.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Andrew Taylor schrieb:
> Normales Expoy für die Platinen reicht vollkommen aus, und für die 2-3
> kritischen Eingangsstellen setzt man 2-3 Teflonstützpunkte.

Und mit intelligentem Einsatz von Guard-Schaltungen braucht man nichtmal 
die. Aber zuviel Isolation schadet ja nicht.

Gruss Reinhard

Autor: jafi (Gast)
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Was mich hier wundert: Es soll hier doch um Sauerstoff- und 
Leitfähigkeitssensoren gehen, nicht um pH.

Zum O2-Sensor:
Elektrochemische Sauerstoffsensoren sind (großenteils) amperometrische 
Sensoren (s. z.B. "Clark-Sensor"). Das heißt, es wird der Strom bei 
einer konstanten Spannung gemessen. Hinter einer Sauerstoffdurchlässigen 
Membran liegt eine Kathode in einem Elektrolyt. An dieser Kathode wird 
der Sauerstoff elektrochemisch reduziert, dafür ist eine Vorspannung von 
typischerweise 0.8V notwendig. Sauerstoff wird durch Diffusion durch die 
Membran kontinuierlich nachgeliefert, es stellt sich ein 
Fließgleichgewicht ein.  Das heißt: Es geht nicht darum, ein kleines 
Potential zu messen sondern einen kleinen Strom. Wie groß dieser ist 
hängt startk von der Geometrie der Sonde ab (Fläche der Kathode, der 
Membran, Abstände etc.). Bei Mikroelektroden kann es nötig sein im pA 
Bereich zu messen, typischer sind wohl µA.
Wie man das macht? Ich tippe auf Transimpedanzverstärker.

Zur Leitfähigkeit: Es gibt zwei Prinzipien. Induktiv: Eine Sendespule 
und eine Empfängerspule befinden sich nahe aneinander im Wasser. Sie 
sind im Kern offen. Die Sendespule wird mit einer Wechselspannung 
beaufschlagt, im Wasser wird ein Wechselstrom induziert, der von der 
Leitfähigkeit abhängt. Dieser induziert in der Empfangerspule eine 
Spannung.

Konduktiv: Der ohmsche Wiederstand zwischen zwei Leitern wird gemessen. 
Hier gibt's einiges zu beachten. Nimmt man Gleichspannung, so bilden 
sich auf den Elektroden Elektrolyseprodukte, die die Leitfähigkeit an 
der Oberfläche ändern. Deshalb benutzt man Wechselspannung. Da das ganze 
jetzt noch anfällig ist für alle möglichen anderen Ströme, die noch so 
im Wasser vorhanden sein können, nimmt man gerne einen 4-Draht Ansatz 
(wenn es genau sein soll). Zwischen den beiden äußeren Elektroden wird 
der Wechselstrom angelegt und zwischen den beiden inneren die Spannung 
gemessen. Damit die Elektroden lange leben nimmt man Edelmetall, z.B. 
Platin.

Gruß,
Jan.

Autor: Tine Schwerzel (tine)
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Ausgezeichnet geht auch Graphit aus Bleistiftminen oder Zink-Kohle 
Batterien. Edenstahl ist ebenfalls gebräuchlich.

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