pH Wert per ADC

[Robin (Gast)]

Arbeite nun seit ca. einer Woche an einer Steuerung zum Messen von 
pH-Werten.

Meine aktuelle Schaltung dazu im Anhang. Simulation funktioniert 
tadellos. Möchte nämlich den pH-Wert von 5 - 9 messen können. Habe dazu 
einen Puffer von +/- 250 mV für den Sensor als Spannungsquelle genommen, 
um damit Spannungen von 0 - 1,8 Volt zu erreichen. Verschoben wird der 
Wert dadurch, dass die verwendete Spannungsquelle natürlich einen 
Innenwiderstand hat, was aber nicht weiter dramatisch ist. Mit dem 
Multimeter kann ich alles gut messen.

Nun möchte ich die Spannung über meinen Mikrocontroller Msp430 F149 
messen. Schließe ich die Ausgangsspannung an den ADC an, so wechseln die 
Werte von 1 zu 4096. Grounds sind zusammengeschlossen. Die Messung 
funktioniert, aber wenn ich eine Spannungsquelle zwischen ADC und GND 
anschließe; somit müsste der Code also stimmen.

Habe nun versucht mit diversen Kondensatoren gegen Masse zu legen. Dabei 
funktioniert die Messung am Mikrocontroller zwar, jedoch verdoppelt sich 
die Spannung.

Jemand eine Idee, an was es liegen könnte?

Mfg Robin

[Der Rächer der Transistormorde (Gast)]

Robin schrieb:
> Verschoben wird der
> Wert dadurch, dass die verwendete Spannungsquelle natürlich einen
> Innenwiderstand hat, was aber nicht weiter dramatisch ist.

So wenig wie der einer pH Elektrode (um die 500 Megaohm)?

> Mit dem
> Multimeter kann ich alles gut messen.

Eine pH Elektrode mit einem Multimeter messen? Bist du sicher das du 
weißt was du machst?

Robin schrieb:
> Jemand eine Idee, an was es liegen könnte?

Ja, an den Grundlagen. Eine Forensuche hilft da weiter.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Da nasse PH-Sonden einen extrem hohen Innenwiderstand haben, müssen sie 
auch, um den Messwert nicht zu verfälschen, extrem hochohmig abgenommen 
werden. Ein geeigneter OpAmp ist z.B. der CA3140 mit ca. 1,5TOhm 
Eingangswiderstand. Die PH-Sonde geht direkt an den nicht-invertierenden 
Eingang, wobei du hier besonders auf das Layout achten musst. Jegliche 
Kriechströme sind zu vermeiden und keinerlei anderen Bauteile sollten 
hier angeschlossen werden.
http://www.bingo-ev.de/~kh3515/phmess.html
http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Elektrode
http://de.wikipedia.org/wiki/PH-Meter

[Zac Hobson (Gast)]

>Arbeite nun seit ca. einer Woche an einer Steuerung zum Messen von
pH-Werten.

Das sind nun schon 3 Fehler.
Mit einer Steuerung steuert man. Mit einem Messgeraet misst man.
Nach spaetestens einer viertel Stunde haette man mit Gurgel die 
ueblichen Schaltungen gefunden, die man auch nicht erst simulieren muss, 
sondern gleich bauen kann. Ein Tip zu einem Bauteil - INA116

Ich denk das wir eh nie etwas. Kauf ein Eis und vergiss das Ganze.

[spess53 (Gast)]

Hi

>Ein Tip zu einem Bauteil - INA116

Oder diese:

http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/MAX406-MAX419.pdf

MfG Spess

[Stephan K. (stephan_k)]

Ich wuerde das schnell wieder vergessen. Wenn du was haben willst, was 
funktioniert, nimm eine fertige Loesung. Ich verwende die Teile dafuer 
und bin hoechst zufrieden.
http://www.atlas-scientific.com/product_pages/embedded/ph.html

[MaWin (Gast)]

> Jemand eine Idee, an was es liegen könnte?

Du bist deutlich überfordert mit dem Entwurf so einer Schaltung.

Man muß so eine Schaltung slllerdings nicht von Grund auf neu entwerfen, 
weil es schon genug solcher Schaltungen gibt.

CA3140 passt gut ist aber nicht mehr ganz zeitgemäss.

INA116 als Instrumentenverstärker überflüssig.


Du solltest erst mal anfangen, dir über ein Umfeld Gedanken zu machen, 
der Msp430 braucht keine 12V, also ist es Humbug, deine Schaltung mi 12V 
zu beginnen.

Als OpAmp tut es jeder in dessen Beschreibung die Worte
CMOS Rail-To-Rail precision electrometer(oder pA/fA)
auftauchen, und davon gibt es hunderte, auch dein Händler
wird einen davon da haben.
Pollin hätte gerade MAX/ICL76xx im Rausverkauf (2mV Vos=
0.033 pH ungenau),
Reichelt* AD820 (genauer) oder notfalls TS272 (ungenauer)

Schaltungen finden sich zu Hauf im Web, man muß überlegen,
ob man die Temperatur vom MSP korrekturrechnen lassen will
(dann braucht der an einem weiteren Analogeingang einen
Thermosensor, oftmals hat man den sowieso) denn die
(Wasser-)Temperatur beeinflusst den Messwert erheblich,
oder sie in der analogen Schaltung kompensiert (dann braucht
man den zweiten OpAmp dafür, sonst reicht der erste).

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc6001.pdf

Die simpelste Schaltung:

  VCC
   |
 100k
   |           Rail-To-Rail Elektrometer-OpAmp
   +----pH----|+\
   |          |  >-+- A/D pH5=VCC/2-0.65V, pH9=VCC/2+0.65V
   |        +-|-/  |
   |        |      |
   +--100k--+--1M--+
   |
 100k
   |
  GND

Um den Zuleitungsdraht der pH-Elektrode sollte ein Ferritkern um
UKW-Störungen wegzufangen.

[Robin (Gast)]

Ich messe natürlich nicht mit dem Multimeter über dem Sensor...
Die Schaltung habe ich doch gepostet. Gemessen wird vom Ausgang des 
letzten OPV. Hört doch bitte auf einem die Worte im Mund zu verdrehen. 
Den der Innenwiderstand hat bei meiner Schaltung keine Auswirkungen so 
lange der OPV genug Strom bekommt. Gemeint ist der Innenwiderstand der 
Spannungsquelle von 12 Volt. Diese habe ich nämlich durch eine 
Insellösung meiner Solaranlage. Temperatur messe ich auch in dem System 
und habe vor den Fehler im Mikrocontroller heraus zu rechnen.

@MaWin
Werde es mal mit deiner Schaltung probieren. Danke für die Super 
Antwort!


Ich würde aber noch gerne verstehen wieso ich am MSP den Ausgang des 
letzten OPVs nicht messen kann aber per Multimeter schon? Den eigentlich 
funktioniert meine Schaltung solange ich per Multimter messe genau wie 
ich es möchte.

[W.S. (Gast)]

Robin schrieb:
> Meine aktuelle Schaltung dazu im Anhang. Simulation funktioniert
> tadellos.

Und was simulierst du da? Aus deiner verworrenen Simulations-"Schaltung" 
kann man das nämlich nicht entnehmen. Nach meinem Dafürhalten sind dort 
2 OpV's und ne Menge Widerstände zuviel drin.

Wenn du unbedingt simulieren willst, dann fang doch als allererstes 
damit an, daß du der Spannungsquelle, die deine pH-Elektrode darstellen 
soll, einen 1000 MOhm Widerstand in Reihe schaltest. Alle weiteren 
Messereien sollten dann hinter diesem Widerstand beginnen. Eine 
Spannungsverstärkung brauchst du nicht, die pH-Spannungen sind groß 
genug. Aber du mußt sowohl positive als auch negative Spannungen messen 
können, also deinen Nullpunkt so etwa in die Mitte des Eingangsbereiches 
deines ADC's legen. Sonst wird nix draus.

W.S.

[Zac Hobson (Gast)]

Der INA116 hat den Vorteil einen extrem kleinen Biasstrom zu benoetigen. 
Es gibt wenige OpAmps oder Instrumentenamps die so wenig brauchen.

LPC661     2fA
INA116     3fA
LMC 6482  20fA
LMC6001A  25fA

Der INA116 wuerde einen gewissen Gleichtakt aufnehmen, sofern man das 
denn braucht.

[Wolfgang-G (Gast)]

>einen 1000 MOhm Widerstand in Reihe schaltest.

warum 1000MOhm?
eine Glaselektrode hat lt. Brdicka einen Innenwiderstand von 1-10MOhm
MfG

[Fuenf Tassen (Gast)]

Weil die Lebensdauer rabiat kleiner wird, wenn man effektiv Strom zieht. 
Glaub's einfach, man nimmt extreme low bias OpAmps.

[Hubert (Gast)]

>warum 1000MOhm?
>eine Glaselektrode hat lt. Brdicka einen Innenwiderstand von 1-10MOhm

Dann sag bitte Hr. oder Fr. Brdicka, wer immer das ist, dass er/sie da 
um ein paar Zehnerpotenzen danebenliegt:

http://www2.jumo.de/ji/51/Wissenswertes/elektrMem.html

Je nach Bauart und Temperatur werden hier Innenwiderstände von mehreren 
100 MOhm bis über 1000 MOhm gemessen

[Wolfgang-G (Gast)]

Hubert schrieb:
>Dann sag bitte Hr. oder Fr. Brdicka, wer immer das ist,....
Mach ich, wenn ich ihn im Himmel treffe.
Die Werte stammen aus den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts.
Wahrscheinlich wurden damals die Glasmembranen dünnwandiger 
hergestellt, um den Aufwand für die Messverstärker niedriger zu halten.
MfG