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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Allgemeine Probleme mit dem ADC pH-Wert Messen


Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo,

ich stecke gerade in einem kleineren (oder größeren) Problem mit meinem 
ATMega16.

Ich bastele gerade eien Steuerung für ein Aquarium. Alles funktioniert 
soweit ganz gut. Da ich aus der Softwareecke komme, ist die 
Programmierung für mich kein Problem. Temperaturen messen mit den 
Dallas-Sensoren, Steuerung über Relaiskarte (wird via UART angesteuert), 
Ausgabe auf LCD und per (Software)UART an den PC, Licht an und 
ausschalten, alles toll :)

Nun dachte ich in meinem (nicht mehr ganz) jugendlichen Leichtsinn, dass 
man aj auch den pH-wert messen kann und sich dafür die 300€ für einen 
Aquariencomputer (z.b. IKS oder Dennerle) sparen kann.

Also, recherchiert und "da waren sie wieder, meine 3 Probleme".

Elektronikbasteln...jaaa. Hatte ich mal im Studium. Damals...vor 6 
Jahren... ;)

Ich bin auf eine Schaltung im Datenblatt des Max406 von Maxim gestoßen.
Die hab ich gleich mal nachgebaut. Einzige Änderungen:
Statts der 3V batterie lege ich da 5V an. Der -Pol liegt bei mir auf 
GND, nicht der Mittenabgriff. Ich denke mal, dass sollte lediglich 
auswirkungen auf den Offset haben, wenn ich die genaue Funktionsweise 
eines OPV recht in Erinnerung habe. Den Max406 nehm ich, weil der 
Eingang so schön hochohmig (für pH-Sensor ideal) ist. Die 2 Widerstände 
hab ich, wie im Datenblatt angegeben mit je 10MOhm genommen.

Jetzt das Problem:

Schalte ich den ADC ein und leg den Pin auf GND: Wert 0. OK
Leg ich den Pin auf Vref: 1023. Auch OK.
Lass ich den Pin "in der Luft hängen" schwanken die Werte um die 512. 
Kann ich mir auch erklären.
Lege ich nun den Ausgang des OPV direkt an den Pin, schwanken die Werte 
zw. 0 und 1023, ziemlich Random. Auch wenn ich zur Glättung den 
Mittelwert aus mehreren Messungen bilde.

Mit dem Voltmeter messe ich am Ausgang des OPV ne ziemlich konstante 
Spannung um die 1.4V (schwankt im 0.0x-Volt-Bereich (10^-2)). Ob ich den 
pH-Sensor anstöpsele oder den +Eingang vom OPV "offen" lasse, spielt 
keine Rolle.

Meine Intuition sagt mir nun, dass mit der Schaltung was nicht stimmt. 
Bestenfalls sagt mir jemand: "Hier, kondensator zw. OPV-Out und GND", 
schlimmstenfalls: "Alles Falsch".

Als pH-Sensor nehm ich eine "Standardelektrode" mit Glasmembran und 
BNC-Anschluss, wie sie für alle gängigen Aquariencomputer im handel 
erhältlich sind.



Viele Grüße

Sebastian

Autor: Master Snowman (snowman)
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du möchtest unsere hilfe bezüglich deines schaltplans. bevor hier die 
üblichen kommentare bezüglich glaskugel usw. kommen, würde ich an deiner 
stelle schnell den schaltplan anhängen...

Autor: Uwe (Gast)
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Hi!
So als blöde Idee, falschen Pin oder ADC benutzt? Messe doch bitte mal 
am vermeindlichen Pin des Mega ob die 1,4V da auch zu finden sind.
Wenn alles richtig->Schaltplan.

Viel Erfolg, Uwe

Autor: fast so (Gast)
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10MOhm ist etwas wenig fuer eine pH sonde. Die wird nicht lange leben. 
Standardmaessig sollte man noch einen Faktor 1000 mehr haben.

Autor: Kobaltchlorid (Gast)
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Ich nehme an, dass du die Schaltung "Figure.3" aus diesem Datenblatt 
meinst:
http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX406-MAX419.pdf

Die zwei 10M-Widerstände bilden hier eine duale Spannungsversorgung mit 
2x1,5V aus einer 3V-Lithium-Batterie. Deshalb ist das keine gute Idee, 
den Minuspol der Batterie auf Ground zu legen. Du solltest den 
gestrichelten Teil genau so wie im Datenblatt aufbauen. Ob du 3V oder 5V 
verwendest, ist egal.

Der Teil mit der 3V-Versorgung bildet einen Spannungsfolger bzw. einen 
Impedanzwandler mit Verstärkung = 1. Das dient lediglich dazu, die 
Spannung der pH-Elektrode zu puffern. Deshalb steht dort ja auch:
"Figure 3. Buffered pH-Probe Allows Low-Cost Cable". Diese Schaltung ist 
dazu gedacht, im Elektrodengehäuse eingebaut zu werden, deshalb die 
Versorgung mit 3V-Lithium-Batterie und der sehr hochohmige 
Spannungsteiler mit zwei mal 10M. Die Batterie soll ja länger als ein 
paar Stunden leben.

Der gestrichelt umrahmte Teil mit der 3V-Batterie dient also lediglich 
zur Bereitstellung der Elektrodenspannung 1:1, aber mit geringerem 
Innenwiderstand. Du musst diese Spannung mit einem weiteren OpAmp 
verstärken, um sie verwerten zu können! Am eingezeichneten Koax-Kabel 
musst du also deine eigentliche Verstärkerschaltung und deinen 
AD-Wandler anschliessen.

Du musst dann natürlich beachten, dass der Schirm des Koax-Kabels 
lediglich eine virtuelle Masse ist, die aus dem Mittelpunkt des 
2x10M-Spannungsteilers gebildet wird. Wenn du den Minus-Pol der 
3V-Batterie mit der Masse des nachfolgenden eigentlichen Verstärkers 
zusammenschaltest, kann das nicht funktionieren.

Autor: Sebastian (Gast)
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Hallo,

danke erstmal für die Antworten. Am Atmega ist alles OK. Richtiger Pin 
(wenn ich eine simple Poti-Schaltung anschließe, funktionierts)

@Kobaltchlorid:

Das ist so ungefähr die Antwort, die ich gesucht habe :)

Den Mittelpunkt des 2x10M Spannungsteilers habe ich nicht auf den Schirm 
gelegt. Der geht "nur" in die pH-Elektrode.

Ich werde mich dann mal wieder in die Recherchen verkrümeln und die 
Schaltung so erweitern, dass ein 2. OPV dass dann entsprechend 
verstärkt.

Danke erstmal.

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