PH-Messung mit ATmega328p u. OPA128

[Andreas P. (a_p)]

Guten Morgen alle zusammen,

zurzeit versuche ich eine PH-Messung mit einem ATmega328p zu 
realisieren.
Ja ich weis das ist jetzt das X'te mal das Sowas hier gepostet wird, 
also bitte nicht gleich steinigen.

Aber leider komme ich nun mit dem Forum und Google nicht mehr weiter.
Ich habe mal meine Schaltung angehangen. Ich vermute das ich es mir 
wieder zu einfach gemacht habe mit dem Aufbau. Vieleicht könnte es sich 
ja mal jemand anschauen und mir sagen was ggf. flasch ist oder fehlt. 
Bin für jeden wink mit dem Zaunpfahl dankbar.

Zur Erklärung:
-Den OPA128 hatte ich zufällig noch.(warum auch immer)
-Die 6V kommen aus einem Spannungsregler (7806).
-R2 und R3 dienen als Spannungsteiler um die PH-Sonde in den positiven
 Spannungsbereich zu bringen (+0.5V)
-Die +-15V werden über einen DC/DC wandler bereitgestellt.
-R1 ist direkt mit dem ATmega verbunden (ADC0).
-Der ATmega verwendet die interne Referenzspannung von 1,1V
-R4 habe ich aus anderen vergleichbaren Schaltungen übernommen.

Danke schonmal für euren Input.
Andreas

[W.S. (Gast)]

Du kannst die Schaltung doch erstmal mit einem gewöhnlichen Multimeter 
anstlle deines AtMegas ausprobieren. Aber mache den R4 mal 22 MOhm groß, 
das hilft ein bissel, den Eingang des OpV's zu schützen. Die pH-Sonden 
sind normalerweise ja sowieso ziemlich zickig, was die Impedanz des 
dranhängenden Spannungsmessers betrifft, der sollte dramatisch 
hochohmiger sein als nur 22 MOhm, alo am besten weit im 
GigaOhm-Bereich - da spielen die 22 MOhm keinen Leierkasten mehr. Und 
wenn doch, dann ist deine LP zu dreckig oder zu ungünstig layoutet. 
Viele Leute biegen den Eingang einfach hoch und führen ihn durch die 
Luft.

W.S.

[Michael B. (laberkopp)]

Andreas P. schrieb:
> Ich habe mal meine Schaltung angehangen. Ich vermute das ich es mir
> wieder zu einfach gemacht habe mit dem Aufbau. Vieleicht könnte es sich
> ja mal jemand anschauen und mir sagen was ggf. flasch ist oder fehlt

Eigentlich muss deine Schaltung funktionieren.

Für eine Kaliumchlorid-Glaselektrode ist dein Messbereich von -0.5V bis 
+0.6V ausreichend, bei 59mV/pH misst du problemlos von 0 (-1) bis 14 
(17), allerdings ist das Messergebnis temperaturabhängig und zu 
kalibrieren, aber das macht man heute mit dem uC, daher ist deine 
Schaltung ausreichend, die Offseteinstellung sollte sogar entfallen.

Die 1k sind sogar klein gewählt, bei Elektrodenwiderständen im 
Gigaohmbereich können dort auch 100k den Eingang schützen und mit der 
Eingangskapazität des OpAmps einen Tiefpass bilden. Auf dme Weg zum uC 
könnte aus 1k auch 10k werden.

Den teuren OPA128 mit +/-15V zu verwenden ist Overkill, man muss ja auch 
noch diese Versorgungsspanungen erzeugen, es gibt aktuelle OpAmps die 
mit 5V auskämen, wie 
https://www.distrelec.at/de/operationsverstaerker-dual-mhz-dil-lmc6482-texas-instruments-lmc6482in-nopb/p/17327536
der nciht schlechter ist, und der kann bis auf 0.1V runter.

Die Spannung des 7806 ist so ungenau, daß ich sie entweder mitmessen 
würde, oder eine genauere Referenz verwenden würde, beispielsweise 
abgeleitet aus der internen Referenz deines uC, falls du auf 0.01pH 
genau messen willst.

Ob es ok ist, daß ein Pol der Elektrode nicht an Masse hängt (und 
Abschirmung), musst du wissen. Offenbar ist es ok.

[Andreas P. (a_p)]

Moin Moin,
danke für euren Input.

W.S. schrieb:
> Aber mache den R4 mal 22 MOhm groß,
> das hilft ein bissel, den Eingang des OpV's zu schützen.

Das werde ich so Übernehmen.

W.S. schrieb:
> was die Impedanz des
> dranhängenden Spannungsmessers betrifft, der sollte dramatisch
> hochohmiger sein als nur 22 MOhm, alo am besten weit im
> GigaOhm-Bereich

Ja der OPA128 hat eine Eingangsimpedanz von 10 GOhm.

Michael Bertrandt schrieb:
> allerdings ist das Messergebnis temperaturabhängig
> aber das macht man heute mit dem uC

Genau, ein Temperaturfühler ist mit eingebunden. (über den µC)

Michael Bertrandt schrieb:
> die Offseteinstellung sollte sogar entfallen.

Da stehe ich gerade auf dem Schlauch, meinst du das Trim-Poti am OpAmp?

Michael Bertrandt schrieb:
> Die Spannung des 7806 ist so ungenau, daß ich sie entweder mitmessen
> würde, oder eine genauere Referenz verwenden würde, beispielsweise
> abgeleitet aus der internen Referenz deines uC, falls du auf 0.01pH
> genau messen willst.

Das werde ich mir mal genauer ansehen wie das geht.
So nun erst mal wieder das Datenblatt wälzen.

Andreas

[Wolle G. (wolleg)]

Michael B. schrieb:
> bei Elektrodenwiderständen im
> Gigaohmbereich

Bist Du sicher, daß es der Gigaohmbereich ist?
Eine Glaselektrode wird lt. Lehrbuch (Bredicka) von 1972 mit 1-10MOhm 
angegeben.

[Michael B. (laberkopp)]

wolle g. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> bei Elektrodenwiderständen im Gigaohmbereich
>
> Bist Du sicher, daß es der Gigaohmbereich ist? Eine Glaselektrode
> wird lt. Lehrbuch (Bredicka) von 1972 mit 1-10MOhm angegeben.

Ja, stimmt schon, der Elektrodenwiderstand ist so, die (schlechte) 
Leitfähigkeit der zu messenden Flüssigkeit kommt noch hinzu, aber 
wesentlich für den Strom über den Eingangs(schutz)widerstand war nicht 
der Elektrodenwiderstand, da habe ich mich vertan, sondern der 
OpAmp-Eingangswiderstand der wegen der Hochohmigkeit der Elektrode noch 
viel hochohmiger ist, nämlich die angesprochenen Gigaohm.

Und daher spielen auch 100k keine Rolle statt 1k, es fliesst eh kaum 
Strom.