Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ph Elektroden Messverstärker. Kann man das so machen?


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von Felix N. (felix_n888)


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Hey Hallo,

Ich habe mir eine pH Elektrode bestellt, um dort mit ein bisschen zu 
experimentieren. Ich habe mir erstmal eine günstige bestellt, da ich 
nicht direkt eine teure von JBL oder so kaufen wollte und sie im ersten 
Anlauf direkt zu zerstören.


Klar kann man von einer ph-Elektrode die 12 Euro kostet nicht allzu viel 
erwarten, jedoch um testen reicht die erstmal. Später möchte ich dann 
eine Elektrode die auch vor Aquarien vorgesehen ist in mein Aquarium 
hängen.

Relativ schnell habe ich herausgefunden das die Elektrode circa 59mV/ph 
Wert liefert. Das messen mit dem Multimeter scheint aber nicht möglich 
zu sein. Wahrscheinlich ist die Elektrode sehr hochohmig. Und so ganz 
tolerant scheinen mir diese Elektroden auch nicht, man darf sie nicht 
belasten vom Strom her.

Nachdem ich ein bisschen im Internet gesucht habe ich ein Thread von 
hier gefunden wo es schon mal darum geht.


Als OpAmp habe ich den MCP602 genommen, da er laut Datenblatt ein 
Eingangsstrom von 1pA aufweist, und die Elektrode daran nicht zerstört 
werden sollte. Konfiguriert ist er als nicht invertierender Verstärker 
mit einer Verstärkung von 2. Und einer Offset Spannung von 2,5 Volt am 
invertierten Eingang.

Meine Frage daher. Kann ich den Elektroden BNC- Anschluss nicht einfach 
auf Masse legen, da ja eigentlich durch die Offset Spannung am OpAmp 
automatisch immer um 2,5V am Ausgang schwankt?


Ein Bild von der Schaltung habe ich angehängt.


Kalibriert habe ich die Elektrode so. Habe die Elektrode in eine 
Bufferlösung mit ein ph Wert von 7 gestellt, ungefähr 5-6 Minuten 
gewartet bis sich der Messwert auf mein Multimeter stabilisiert hat, und 
dann am dem Poti gedreht bis mein Multimeter 2,5V anzeigt.


Danach dann in eine Lösung mit ein pH Wert von 4 und gewartet wechseln 
Wert das ergibt:


Hier die Werte:

pH 7: 2,502 V
pH 4: 2,982 V

Dann müssten ja je pH Wert 0,16 Volt an Spannung sich verändern. Dann 
müsste theoretisch ein pH Wert von 10 die Spannung 2,022 Volt aufweisen.

Das Breadboard verfälscht mit Sicherheit auch noch ein bisschen die 
Daten. Kann man diese Schaltung so aufbauen oder gibt es da was 
besseres?

Lg

: Verschoben durch Moderator
von wolleg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Dann müssten ja je pH Wert 0,16 Volt an Spannung sich verändern.

160mV/pH --> Da ist etwas faul. Du schreibst ja selbst: 59mV/pH

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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wolleg schrieb:
> 160mV/pH --> Da ist etwas faul. Du schreibst ja selbst: 59mV/pH

Nö, das stimmt sogar ganz gut. Felix hat einen nichtinvertierenden 
Verstärker gebaut:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Operationsverst%C3%A4rker-Grundschaltungen#Nichtinvertierender_Verst.C3.A4rker_mit_Offset

Wenn ich richtig gerechnet habe, sollte die Verstärkung etwa 3 sein.

: Bearbeitet durch User
von karadur (Gast)


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Dein Schaltplan stimmt sicher nicht.

von georg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Kann ich den Elektroden BNC- Anschluss nicht einfach
> auf Masse legen, da ja eigentlich durch die Offset Spannung am OpAmp
> automatisch immer um 2,5V am Ausgang schwankt?

Nein, deine Schaltung kann ja keine negativen Spannungen verarbeiten. Es 
ist aber auch nicht optimal, 2,5 V an die Elektrode zu legen, da diese 
ja mit dem galvanischen Bad oder was immer du messen willst elektrisch 
verbunden ist, das kann Risiken und Nebenwirkungen haben. Ich würde es 
vorziehen, einen Opamp bipolar zu versorgen, notfalls die negative 
Versorgung lokal erzeugen - es wird ja nur ein sehr geringer Strom 
benötigt.

Georg

von wolleg (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Wenn ich richtig gerechnet habe, sollte die Verstärkung etwa 3 sein.

Dann ziehe ich meine "Beschwerde" zurück.

von Felix N. (felix_n888)


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wolleg schrieb:
> 160mV/pH --> Da ist etwas faul. Du schreibst ja selbst: 59mV/pH

Nein, die pH Elektrode erzeugt eine Spannung von 59mV/pH Wert. Bei ein 
pH Wert von 7 sind es 0 Volt. Wenn es Richtung pH 0 Wert geht wird die 
Spannung um jeden pH Wert 59mV größer. In Richtung pH 14 um 59mV 
kleiner. So habe ich das verstanden.

Also müsste die Elektrode bei einen pH Wert von 0: 413 mV ausgeben und 
bei einem pH Wert von 14 -413mV ausgeben. Da ich aber keine negativen 
Spannungen messen kann mit meinen µC. Habe ich diese Verstärkerschaltung 
gebaut die die mV verstärkt und mit ein Offset um 2,5 V arbeitet. So das 
ein pH Wert von 0 mit Offset circa 3 Volt sind und pH Wert von 14 circa 
1,5 Volt sind.

Matthias S. schrieb:
> sollte die Verstärkung etwa 3 sein.

Kommt hin.

Ich habe mir den Link mal angeschaut und dort steht Offsetspannung:

Uo = Uv * R2 / R1+R2

Uo = Offsetspannung
Uv = Versorgungsspannung an R1? Also 5V oder ist der Spannungsabfall 
gemeint?

Uo = 5V * 10K / 10K+10K = 2,5 Volt

Auf der Ausgangsspannung findet man ja die Offsetspannung wieder. Also 
wenn mir mein OpAmp bei ein pH 4 eine Spannung von 2.982 Volt gibt und 
ich davon meine 2,5 Volt Offsetspannung subtrahiere bleiben noch 0,482 
Volt übrig. Bei einer Verstärkung von 3 müsste die Sonde also ein 
Spannung von 160 mV erzeugen.

Das heißt bei pH 4 erzeugt die Sonde 160mV

Laut Datenblatt hat die Sonde 59mV/ph Wert, wenn man also jetzt 
59mV*3(von ph7 auf ph4) kommen dort 177mV raus.

Also müsste das in etwa passen oder habe ich mich jetzt irgendwo vertan?

Lg

karadur schrieb:
> Dein Schaltplan stimmt sicher nicht.

Was denn nicht? Kannst du das etwas genau sagen?

georg schrieb:
> galvanischen Bad

Du meinst das der Strom durch die Erde oder PE abfließt? Aber doch 
eigentlich nicht wenn man mit einer Batterie arbeitet.

georg schrieb:
> einen Opamp bipolar zu versorgen

Also mit +/-5V

: Bearbeitet durch User
von Arno H. (arno_h)


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Wenn das ein nicht invertierender Verstärker sein soll, müssen die 
beiden Eingänge vertauscht werden.

Arno

von wolleg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Nein, die pH Elektrode erzeugt eine Spannung von 59mV/pH Wert. Bei ein
> pH Wert von 7 sind es 0 Volt. Wenn es Richtung pH 0 Wert geht wird die
> Spannung um jeden pH Wert 59mV größer. In Richtung pH 14 um 59mV
> kleiner. So habe ich das verstanden.

Die ganze Sache mit pH-Wert und Messung ist wesentlich umfangreicher. Im 
Prinzip werden Potentialdifferenzen gemessen, wobei es hier eine 
Elektrode gibt, deren Potential pH-abhängig ist, während bei der anderen 
Elektrode das Potential konstant ist.
Wenn Du tiefer einsteigen möchtest, dann such mal nach 
Normalwasserstoffelektrode und Glaselektrode.

von Felix N. (felix_n888)


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Arno H. schrieb:
> Wenn das ein nicht invertierender Verstärker sein soll, müssen die
> beiden Eingänge vertauscht werden.

Ups, mein Fehler. Ja du hast voll kommen recht. Auf dem Schaltplan ist 
ein invertierender Verstärker dargestellt. In Wirklichkeit ist es aber 
ein nicht Inventierter Verstärker.

wolleg schrieb:
> wesentlich umfangreicher

glaube ich dir. Aber ist das nicht eigentlich "fast" jedes Thema?

wolleg schrieb:
> Potentialdifferenzen gemessen

Ja, hatte ich mal vor langer Zeit im Chemie Unterricht. Hat glaubig 
irgendwas mit Wasserstoffatomen zutun.

Ich habe jetzt mal ein paar Testmessung durch geführt, und bin ein 
bisschen überrast das die Werte so nah ran gekommen sind, leider habe 
ich kein richtiges PH-Meter um die Werte genau abzugleichen.

Also ich habe die als erstes wieder kalibriert mit pH7 dann auf 2,495 
Volt eingestellt. Danach in pH4.

Kalibrierwerte:

pH7: 2,495V
pH4: 3,025V

Das von einander abgezogen ergibt -0,53 Volt. Da dort zwischen ja 3 PH 
Werte liegen habe ich das durch 3 geteilt. Dort kommt dann 0,176666 also 
177mV je pH Wert raus.

Der Sensor ist für eine Messung mindestens 5 Minuten in der Lösung 
geblieben genau so wie bei der Zitrone und dem Natron

Dann habe ich die Elektrode in Zitronensäure gehalten, dort zeigte mir 
der Sensor 3,297 V an.

Ich habe dann den PH Wert wie folgt dort raus errechnet:

2,495V(pH 7 Grundwert) - 3,297V(Zitronensäure) = -0,802V
-0,802V(Differenz von der Quelle zum Nullpunkt(ph7)) / 0,177V/ph = -4,53
7ph - 4,53 = 2,47 pH.

Also müsste die Zitrone wenn meine Rechnung stimmt ein pH Wert von 2,5 
haben. Kann dieses nicht überprüfen. Laut Google hat Zitronensäure 
ungefähr ein Wert von 2,5 pH. Würde sagen stimmt also.

Ich habe das ganze auch nochmal mit Kaiser Natron gemacht. Viele Natron 
in Wasser gemischt.

Dort hat mein Sensor 2,225V aus:

2,495V - 2,225V = 0,27V
0,27V / 0,177V = 1,52
7pH + 1,52 = 8,5 pH

Laut Internet hat Kaiser Natron in Wasser aufgelöst ein Wert von circa. 
8,2 ph

Die Elektrode gibt ja eine positive Spannung aus wenn es unter pH7 geht 
und eine negative Spannung aus wen es über pH7 geht. Daher sollte es 
recht leicht sein dieses zu rechnen

Lg

von nachtmix (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Also ich habe die als erstes wieder kalibriert mit pH7 dann auf 2,495
> Volt eingestellt. Danach in pH4.

Wo hast du denn die Lösungen mit bekanntem pH-Wert her?
Wasser kannst du für pH 7 nicht nehmen, weil das schon durch kleinste 
Spuren von Verunreinigungen (CO2 aus der Luft) nicht mehr neutral ist.
Such lieber mal nach der Zusammnesetzung von Pufferlösungen und fertige 
dir welche an. Damit kannst du dann die Meßkette kalibrieren.
Die Spannung pro pH ist auch von der Temperatur abhängig!

von Felix N. (felix_n888)


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nachtmix schrieb:
> Wo hast du denn die Lösungen mit bekanntem pH-Wert her?

Ich habe mir auch ein JBL Pro Flora Kalibrierset für pH-Sensoren 
bestellt. Dort sind enthalten:

1x Bufferlösung pH4(25°C), 50ml
1x Bufferlösung pH7(25°C), 50ml
1x Entionisiertes Wasser, 50ml
1x Aufbewahrungslösung, 50ml

nachtmix schrieb:
> Die Spannung pro pH ist auch von der Temperatur abhängig!

Leider, ich weiß. Ein Temperatursensor dran zu klaschen ist nicht das 
Problem. Das Problem ist das das ich nicht weiß wie sich die Kurve 
ändert bei zu/abnehmender Temperatur. Das ganze soll ja am Ende von ein 
µC verarbeitet werden.

Im Moment geht es mir nur um den Test dieser Sonde. Scheinbar 
funktioniert sie aber ganz gut mit der Schaltung. Kann aber auch nicht 
messen wie viel Strom durch die Sonde fließt, da bei meinem Multimeter 
bei 0,01µA Schluss ist. Also muss der Strom kleiner als 10nA sein? 
Eigentlich kann ja nur der OpAmp Eingang die Sonde belasten. Laut 
Datenblatt des MCP602I/P ist der Input Bias Current bei 25°C 1pA.

georg schrieb:
> Ich würde es
> vorziehen, einen Opamp bipolar zu versorgen, notfalls die negative
> Versorgung lokal erzeugen - es wird ja nur ein sehr geringer Strom
> benötigt.

Das musst du mir nochmal erklären. Wenn ich den OpAmp mit +5V und -5V 
versorgen würde. Könnte ich die Sonde Masse auf 0V legen. Dann würde 
aber auch der negative Bereich mit verstärkt werden. Und wie soll das 
dann weiter gehen? Mit ein zweiten OpAmp der dann wieder nur 
SingelSupply hat mit Offset? Also das theortisch der erste OpAmp eine 
Verstärkung so hat das er bei pH 0 2 Volt ausgibt und bei pH 14 -2 Volt. 
Mit eingestellten Offset von 2,5 würde da dann maximal bei pH 0 4,5 Volt 
rauskommen und bei pH 14 0,5 Volt?

Dann muss wohl wieder die gute alte NE555 Ladungspumpe her.

Lg

von nachtmix (Gast)


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Lade dir mal aus dem Netz das "CRC Handbook of Chemistry and Physics 
2005" herunter.
In Papierform ist das ein dicker Wälzer mit Tabellen über Eigenschaften 
von allen möglichen und unmöglichen Stoffen.

Ab Seite 1266 steht einiges über die Theorie und Praxis von pH-Wert 
Messungen sowie die Zusammensetzung von Pufferlösungen mit sehr genau 
bekannten pH-Werten.

Felix N. schrieb:
> ann aber auch nicht
> messen wie viel Strom durch die Sonde fließt, da bei meinem Multimeter
> bei 0,01µA Schluss ist. Also muss der Strom kleiner als 10nA sein?

Viel kleiner!
Da sollte überhaupt kein Strom fliessen.

Wenn dein Opamp 1pA oder weniger garantiert hat, geht das in Ordnung, 
aber es geht besser:
Vor etlichen Jahren brachte National Semiconductor (jetzt Texas 
Instruments) eine Serie von Operationsverstärkern mit Eingangströmen in 
der Gegend von 2 fA heraus. Wegen der Schwierigkeiten solche Ströme zu 
messen ( ca. 300 Elektronen pro Sekunde) wird das zwar nicht garantiert, 
aber es ist gemessen worden. Schau dir mal die Datenblätter und 
Applikationsberichte zu LMC660 und Konsorten an!
Dann erkennst du auch, das du die hochohmigen Anschlüse von von Meßkette 
und Opamp nicht mit einer schmuddeligen Platine in Verbindung bringen 
solltest.
Freiluftverdahtung, allenfalls Lötstützpunkte mut PTFE-Isolaion sind da 
angesagt.

von Felix N. (felix_n888)


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nachtmix schrieb:
> Lade dir mal aus dem Netz das "CRC Handbook of Chemistry and Physics
> 2005" herunter.

Werde ich die Tage machen, habe im Moment kein DSL da irgend jemand die 
Leitung durchgeschnitten hat und wir im Moment eine Reserveleistung 
ADSL2+ mit 128kBit Down und 32 kBit Up haben statt VDSL100. Und ich im 
Moment nur begrenzt mit mein 4GB LTE Datenvolumen machen kann.

nachtmix schrieb:
> Viel kleiner!
> Da sollte überhaupt kein Strom fliessen

Ja das habe ich auch gelesen.

nachtmix schrieb:
> garantiert

ähhmm, woher weiß ich den das er es mir garantiert? Im Datenblatt steht:
Input Current and Impedance:
Input Bias Current: Ib Typ 1 pA
Industrial Temperature: IB Typ 20pA max 60pA(Ta=85)
Extended Temperature: IB Typ 450pA max 5000pA(Ta=125)
Input Offset Current: Ios +/-1pA
Common Moode Onput Impedance: Zcm 10^13 Ohm 6pF
Zdiff: 10^13 Ohm 3pF

Ich würde daher da mehrere Temperatur Beispiele angeben sind das es sich 
bei dem ersten um Raumtemperatur(Ta=25) handelt.

nachtmix schrieb:
> 2 fA

f noch nie gehört. kommt das unter pico?

Lg

von Femto (Gast)


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f steht für femto. Das kommt nach pico.

Hast und einen Link von der ph Elektrode? Ich hatte mir schonmal eine 
aus der Bucht bestellt. Doch die hatte nicht funktioniert.

von Lurchi (Gast)


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Wenn man es nicht übertreiben will für eine Dauermessung mit hohen 
Anforderungen sollte der 1 pA typ. Bias für den OP noch ein Problem 
sein. Weniger wäre besser, muss aber nicht unbedingt. Auch der Aufbau 
kann Leckströme in ähnlicher Größe verursachen.


Der Plan ganz oben hat noch einen Fehler: die Eingänge des OPs sind 
vertauscht.

von Felix N. (felix_n888)


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Femto schrieb:
> f steht für femto. Das kommt nach pico.

Okay. Bei mir war bei pico immer Schluss :D

Femto schrieb:
> Hast und einen Link von der ph Elektrode? Ich hatte mir schonmal eine
> aus der Bucht bestellt. Doch die hatte nicht funktioniert.

Klar. Ich habe diese bei Amazon bestellt für 12 Euro. Die Qualität ist 
mit Sicherheit nicht mit einer zu vergleichen die 80 Euro oder mehr 
kostet. Auch um die Lebensdauer dieser Elektrode lässt sich mit 
Sicherheit auch streiten. Nur ich habe diese erstmal genommen, damit 
falls ich Sie kaputt mache(Passiert mir gerne mal das ich was kaputt 
mache z.b IC's)
https://www.amazon.de/gp/product/B06XWVW34Q/ref=oh_aui_detailpage_o00_s00?ie=UTF8&psc=1

Und ob die Elektrode wirklich eine Genauigkeit von 0,01 hat glaubig ich 
auch er weniger.

Lurchi schrieb:
> Der Plan ganz oben hat noch einen Fehler: die Eingänge des OPs sind
> vertauscht.

Das ist korrekt, da habe ich beim Schaltplan erstellen ein Fehler 
gemacht. In meiner Schaltung vor mir sind die Eingänge richtige 
Beschaltet.

Würde dann nämlich bald diese Schaltung auf ein Lochraster Platine 
löten, eventuell das Poti gegen ein Digitales Poti austauschen, so 
könnte man eine Automatische Kalibrierung erstellen.

Lg

von Harald W. (wilhelms)


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Felix N. schrieb:

> Ich habe mir eine pH Elektrode bestellt, um dort mit ein bisschen zu
> experimentieren.
> Relativ schnell habe ich herausgefunden das die Elektrode circa 59mV/ph
> Wert liefert. Das messen mit dem Multimeter scheint aber nicht möglich
> zu sein. Wahrscheinlich ist die Elektrode sehr hochohmig.

Ja, aber ein 7106-Chip, so wie er in vielen Multimetern verbaut
ist, ist auch ziemlich hochohmig. Niederohmig (typ. 10MOhm)
wird das Multimeter erst durch den Eingangsspannungsteiler.
Man könnte bei einem Billigmultimeter diesen entfernen und
die Elektrode direkt an den Chipeingängen anschliessen. Man
sollte die Pins am besten freifräsen, um keinen Fehler durch
die Platine zu bekommen. Dann muss man nur noch den Spannungs-
teiler an der Referenz so verändern, das man pro ph-Wert "100"
angezeigt bekommt. Hilfreich für die Schaltungsveränderungen
dürfte das Datenblatt des 7106 sein.

von nachtmix (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Man könnte bei einem Billigmultimeter diesen entfernen und
> die Elektrode direkt an den Chipeingängen anschliessen.

Dass würde ich nicht machen. Dafür sind die Eingangsimpedanzen dieser 
DVM-Chips zu niedrig.
Der Innenwiderstand solcher Einstabmeßketten liegt gewöhnlich in der 
Größenordnung von 500..1000 MOhm.
Zwar bedeutet der im DB genannte (imho aber fragliche) Eingangsstrom 
von 1pA nur einen zusätzlichen Spannungsfehler von 0,5..1mV entsprechend 
0,01pH mit unbekanntem Vorzeichen, der leider stark temperaturabhängig 
ist und mit fallender Temperatur steigt.
Wenn du nun aber so ein 7106 DVM da anschliesst, verursacht der 10nF 
Eingangskondensator des IC eine Zeitkonstante von 10s. Die Anzeige 
schleicht also auf den Endwert zu


Felix N. schrieb:
> Werde ich die Tage machen, habe im Moment kein DSL

Das "Handbook" als pdf hat etwa 32,5 Mbyte.



Felix N. schrieb:
> woher weiß ich den das er es mir garantiert? Im Datenblatt steht:
> Input Current and Impedance:
> Input Bias Current: Ib Typ 1 pA

1pA bei Zimmertemperatur ist für den MCP601 leider nur ein typischer 
Wert. Der LMC660 ist in dieser Hinsicht um den Faktor 500 besser.

Garantierte (und viel größere) Werte gibt es beim MCP601 nur für 
deutlich höhere Temperaturen, beim LMC660C werden max. 2pA bei 25°C 
garantiert.
Für die praktische Anwendung kann man sich aber schon ganz gut an den im 
Datenblatt genannten typischen Werten orientieren.

Dass die garantierten Werte so viel höher liegen, liegt an der in der 
Produktion verwendeten Prüftechnik.
Wie gesagt ist es nicht einfach solch geringe Ströme zu messen. Man 
macht das, indem man an den Eingang einen Kondensator anschliesst und 
schaut, wie schnell sich dessen Spannung ändert.
Be so geringen Strömen geschieht das aber sehr langsam und das erfordert 
eine lange Prüfzeit.
Bei 1pA an 1nF ändert sich die Spannung nur um 1mV/s. Kannst ja mal 
überlegen, wie lange das Testen eines Wafers mit vielleicht 5000 Dies 
dann dauert.
Das steht natürlich im Gegensatz zur Forderung des Kunden, dass das IC 
nix kosten darf.
Also wählt man eine kurze Prüfzeit, z.B. 0,1s, mit der man dann aber nur 
relativ hohe Ströme nachweisen kann. V
erstärker, die dieses Ziel von 1..2pA reissen, werden so als Schrott 
erkannt, der Rest ist wahrscheinlich sehr viel besser.

von wolleg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Und ob die Elektrode wirklich eine Genauigkeit von 0,01 hat glaubig ich
> auch er weniger.

Eine Genauigkeit von 0,01 sollte man gleich vergessen.
Schon die Kalibrierung mit Pufferlösungen auf 0,1 ist recht sportlich, 
besonders für jemanden, der nicht tiefer in die physikalisch chemischen 
Zusammenhänge eingedrungen ist.

von Tom (Gast)


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Oh, cool. Gibt es so preiswerte Sonden eigentlich auch zur 
Leitfähigkeitsmessung? Sorry, dass ich das Thema jetzt mal so kapere...

von georg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Das Problem ist das das ich nicht weiß wie sich die Kurve
> ändert bei zu/abnehmender Temperatur

Die Temperaturabhängigkeit des Nernst-Faktors (googeln!!) ist bekannt*, 
handelsübliche pH-Messgeräte kompensieren abhängig von der Temperatur 
nur diese theoretische Abhängigkeit. Die reale Kurve kann zwar davon 
abweichen, aber das zu kalibrieren lohnt sich nicht, die Abweichungen 
von der Theorie sind gering.

*  54,20 mV/pH bei 0 °C und 74,04 mV/pH bei 100 °C

Georg

von MaWin (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Kann ich den Elektroden BNC- Anschluss nicht einfach auf Masse legen

Nein.

Dazu müsste auch +In deines OpAmps an Masse und dann kann er nur pH 
Werte über 7 verarbeiten.

Felix N. schrieb:
> mit einer Verstärkung von 2

Wohl eher 3.

Felix N. schrieb:
> Später möchte ich dann eine Elektrode die auch vor Aquarien vorgesehen
> ist in mein Aquarium hängen.

Diese Billigelektroden sind nicht für Dauermessung gedacht, sie gehen 
schnell kaputt.
Also spülen und in 3MKCL lagern, und gelegentlich neu kalibrieren. Das 
kann man mit Pumpen automatisieren.

Felix N. schrieb:
> Kann man diese Schaltung so aufbauen

Na ja, die 470pF müssten Teflon oder Glimmer sein, und die Frage wäre, 
mit welcher Referenzspannung du misst: 5V ? Dann wird der Fehler 
rauskompensiert. 2.5V ? Dann gibt es Messfehler durch die schwankende 5V 
Versorgung. Wozu sind die 1.5k da ?
Warum 0 der pH Sonde nicht an den 10k:10k Spannungsteiler und die zweite 
Erzeugung einer 0 gleich weglassen, kommt sowieso nie dasselbe raus. 
Warum die angeblichen 2.5V des Spannungsteilers nicht mit einem zweiten 
A/D Kanal mitmessen ? Dann weisst du genau, welche Spannung bei pH7 
rauskommen muss und sparst dir die Kalibrierung.
So richtig gegen ESD geschützt sind deine Anschlüsse nicht, lege in jede 
pH Leitung 100k in Reihe.

von Lurchi (Gast)


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Der Kondensator am Eingang muss wenig Leckstrom haben. Bei Glimmer hätte 
ich da ein paar bedenken - die sind nicht alle gut. Polystyren (PS, 
Sytroflex) Kondensatoren sollte auch gehen.

von Felix N. (felix_n888)


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wolleg schrieb:
> Eine Genauigkeit von 0,01 sollte man gleich vergessen.

Hab ich mir irgendwie schon gedacht ^^

georg schrieb:
> Nernst-Faktors

Hey, cool danke. Bin im Moment nur noch am Überlegen wo ist das dann 
einberechne. Meine Idee ist: Ich habe ja die Differenz Spannung zwischen 
Nullpunkt(pH7) und dem anderen Messpunkt der anderen Lösung(pH4). Wenn 
ich die Differenz durch 3 teile, dann bekomme Ich die Verstärke Spannung 
vom OpAmp. Da mein OpAmp eine Verstärkung von 3 hat kann ich dieses 
wieder durch drei teilen und komme dann auf die Spannung pro pH Wert die 
mir die Sonde "roh" liefern würde. Also bei
pH7: 2,495 v
pH4: 3,025 v
Diff pH7 zu pH4: -530mV
Diff geteilt durch 3: -0,176666777 = -177mV pro pH Wert(verstärkt)
177mV pro pH(verstärkt) wieder durch 3: -58,8888...9 = 
-59mV/pH(gerundet)

Dann habe ich nun ja den Wert die mir die Sonde liefert. Dann könnte man 
den Temperatursensor auslesen. Prüfen welche Temperatur man hat zb. 35°C 
entspricht ja 61mV/pH von der Sonde. Und das ganze dann wieder mal 3= 
61mV*3=183mV pro pH(Verstärkt). Damit könnte man ja dann den pH Wert 
bestimmen, bei einer Temperatur von 35°C

MaWin schrieb:
> Dazu müsste auch +In deines OpAmps an Masse und dann kann er nur pH
> Werte über 7 verarbeiten.

Also müsste ich ein OpAmp mit Dual Supply(z.b +5V / -5V) versorgen dann 
sollte es in beide Richtungen gehen. Müsste dann aber ein zweiten 
dahinter schalten mit Offset um das wieder positiv zu bekommen.

Schadet es der Sonde auf Dauer, wenn ich das BNC Groundpotenzial auf 
+2,5 Volt anhebe?

MaWin schrieb:
> Diese Billigelektroden sind nicht für Dauermessung gedacht, sie gehen
> schnell kaputt.
> Also spülen und in 3MKCL lagern, und gelegentlich neu kalibrieren

Habe ich mir schon gedacht. Deswegen will ich mir ja eine etwas bessere 
Elektrode(wahrscheinlich von JBL) kaufen, die auch für Aquarien 
vorgesehen ist. Die Auslesen ist ja eigentlich die gleiche.

3MKCL hört sich so an als würde man das in der Apotheke bekommen :).
Was heißt den gelegentlich neu kalibrieren? Also in welchen Abständen. 
Ich würde ja sagen so 1x im Monat.

MaWin schrieb:
> 470pF müssten Teflon oder Glimmer
Lurchi schrieb:
> Polystyren (PS,
> Sytroflex) Kondensatoren sollte auch gehen.

Hab dort ein Keramikkondensator verbaut. Geht der auch?

MaWin schrieb:
> Referenzspannung du misst: 5V

In welchen Bezug? Am Mikrocontroller habe ich ein DC/DC Converter 
angeschlossen um die Spannung auf 5V eingestellt, und diesen auf den 
AREF Eingang gelegt so sollte ich keine Probleme mit schwankender 
Spannung bekommen.

Überlege aber vielleicht an AREF 3,3V anzulegen und Offset Spannung 
niedriger zulegen.

MaWin schrieb:
> Wozu sind die 1.5k da ?

Die bilden mit dem Poti ein Variablen Spannungsteiler somit ich die 
Sonde bei pH7 auf 2,5 Volt kalibrieren kann.

MaWin schrieb:
> Warum 0 der pH Sonde nicht an den 10k:10k Spannungsteiler und die zweite
> Erzeugung einer 0 gleich weglassen, kommt sowieso nie dasselbe raus.
> Warum die angeblichen 2.5V des Spannungsteilers nicht mit einem zweiten
> A/D Kanal mitmessen ? Dann weisst du genau, welche Spannung bei pH7
> rauskommen muss und sparst dir die Kalibrierung.

Das habe ich nicht verstanden. Okay, ich kann die Spannung ohne Probleme 
mit messen. Ich gehe mal davon aus das du mit "0" die Masse der Sonde 
meinst?

Aber wie soll ich mir die Kalibrierung sparen???

Ich muss doch die Sonde in eine Bufferlösungen halten um die Differenz 
zwischen zwei bekannten pH Wert zu kennen, oder nicht?

MaWin schrieb:
> So richtig gegen ESD geschützt sind deine Anschlüsse nicht, lege in jede
> pH Leitung 100k in Reihe.

Habe ich auch schon öfters gelesen, das zum Schutz der Sonde in Reihe 
Widerstände sollen. Ich finde hauptsächlich 100k und 1M Ohm. Was ist 
besser?

Lg

von Harald W. (wilhelms)


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Felix N. schrieb:

> Hab dort ein Keramikkondensator verbaut. Geht der auch?

Eher nicht (kommt auf den Typ an).

> Am Mikrocontroller habe ich ein DC/DC Converter
> angeschlossen um die Spannung auf 5V eingestellt, und diesen auf den
> AREF Eingang gelegt so sollte ich keine Probleme mit schwankender
> Spannung bekommen.
> Überlege aber vielleicht an AREF 3,3V anzulegen und Offset Spannung
> niedriger zulegen.

Da würde ich eher ein Referenzelement nehmen.

von Felix N. (felix_n888)


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Harald W. schrieb:
> Eher nicht (kommt auf den Typ an).

Einfacher Scheibenkeramik Kondensator.

Harald W. schrieb:
> Da würde ich eher ein Referenzelement nehmen.

Wie zb. den TL431? Hab mit den Dingern noch nie zu vor gearbeitet. Also 
der DC/DC Regler ist nur am AREF Eingang angelegt. Die eigentlich 
Spannung bekommt der µC von einem LM7805

Lg

: Bearbeitet durch User
von nachtmix (Gast)


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Felix N. schrieb:
> georg schrieb:
>> Nernst-Faktors
>
> Hey, cool danke.

Die Gleichung steht natürlich auch im Handbook. Ich weiß sie auch 
auswendig, aber das nützt dir ja nichts ;-)
Da du die gemessenen Spannungen ja sowieso mit einem µC in pH umrechnen 
willst, brauchst du nur ein Thermometer und vorab mittels Messungen von 
Pufferlösungen die Steilheit der Meßkette sowie ihren elektrischen 
Nullpunkt zu bestimmen. Der Rest ist ein bischen Algebra, die der µC 
leicht erledigt.

Die Verwendung von Glasthermometern oder NTC ist möglich, aber nicht 
mehr ganz zeitgemäß.
Es gibt genug Chips z.B. auf Mainboards, die die Temperatur hinreichend 
genau als fertigen Digitalwert an einer I²C oder 1-Wire Schnittstelle 
zur Verfügung stellen.

Felix N. schrieb:
> Schadet es der Sonde auf Dauer, wenn ich das BNC Groundpotenzial auf
> +2,5 Volt anhebe?

Solange du dafür sorgst, dass weder durch die Glaselektrode noch durch 
die Referenzelektrode Strom fliesst, ist das Potential gleichgültig.
Evtl. muß man aber auf Kabelkapazitäten und Streukapazitäten, 
Y-Kondensatoren u.dgl. achten.

Felix N. schrieb:
> Also müsste ich ein OpAmp mit Dual Supply(z.b +5V / -5V) versorgen dann
> sollte es in beide Richtungen gehen

Mit einem Billig-Opamp, reicht eine 9V-Batterie.
Du verbindest -In mit Out und legst +In an die Mitte eines 
Spannungsteilers aus zwei 100k Widerständen.
Am Ausgang des Opamp kannst du dir dann niederohmig deine virtuelle 
Masse mit halber Batteriespannung abholen.
Wenn du den µC mit mäßiger Taktfrequenz laufen lässt (Die Messungen 
brauchen sowieso Zeit), kannst du ie weigen mA, die er dann braucht, 
auch aus der +4,5V Spannung holen.

Felix N. schrieb:
> Ich finde hauptsächlich 100k und 1M Ohm. Was ist
> besser?

1M.
Normalerweise fliesst da ja fast kein Strom, sodaß der Spannungsabfall 
auch an 1M vernachlässigbar ist, aber im Fehlerfall wird der dann 
fliessende Strom durch 1M besser begrenzt.
Das betrifft übrigens nicht nur die Elektroden, sondern aucn den 
Verstärkereingang.

Ich würde übrigens für den Verstärker nicht gerade die allersimpelste 
Schaltung wählen. Besser opferst du noch ein paar Opamps (im LM660 sind 
sowieso 4 davon drin) und baust sie zu einem Instrumentenverstärker 
zusammen.
Wegen der Symmetrie bzw. des CMRR solltest du nur darauf achten, dass 
paarige Widerstände sehr genau gleich sind. Evtl aus einigen 1%-igen 
nochmals mittels Ohmmeter paaren.

Dann kannst du auch den elektrischen  Nullpunkt auf einen gewählten 
Wert verschieben und trotzdem noch Verstärkung realisieren.
Im Aquarium wirst du ja wohl niemals pH=0 oder pH=14 messen wollen.

von MaWin (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Hab dort ein Keramikkondensator verbaut. Geht der auch?

Nein.

Felix N. schrieb:
> Die bilden mit dem Poti ein Variablen Spannungsteiler somit ich die
> Sonde bei pH7 auf 2,5 Volt kalibrieren kann

Das geht mit dem 10k Trimmpoti alleine, aber es ist unnötig;
+5V ---------------------|Aref
 |                       |
10k                      |
 |                       |
 +-----------------------|A0
 |                       |
 +--(pH)--100k--|+\      |
 |              |  >--+--|A1
 +---100k---+---|-/   |  |
 |          |         |  | uC
10k         +--200k---+  |
 |                       +--
GND                 
Die 2.5V werden zwar durch den OpAmp gezogen, aber mitgemessen und samit 
kompensiert. Man muss pH7 nicht kalibrieren. Und pG4 macht man in 
Software, dazu misst man die schwankenden realen 5V mit den stabilen 
internen (1.1V) genauer aus.

von Felix N. (felix_n888)


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nachtmix schrieb:
> Es gibt genug Chips z.B. auf Mainboards, die die Temperatur hinreichend
> genau als fertigen Digitalwert an einer I²C oder 1-Wire Schnittstelle
> zur Verfügung stellen.

Ich hatte vor den DS18B20 1 Wire Digital Sensor zu verwenden.

nachtmix schrieb:
> Mit einem Billig-Opamp, reicht eine 9V-Batterie.
> Du verbindest -In mit Out und legst +In an die Mitte eines
> Spannungsteilers aus zwei 100k Widerständen.
> Am Ausgang des Opamp kannst du dir dann niederohmig deine virtuelle
> Masse mit halber Batteriespannung abholen.

Also erzeugt dann der OpAmp die negative Spannung am Ende?

nachtmix schrieb:
> 1M.

ok.

nachtmix schrieb:
> Ich würde übrigens für den Verstärker nicht gerade die allersimpelste
> Schaltung wählen. Besser opferst du noch ein paar Opamps (im LM660 sind
> sowieso 4 davon drin) und baust sie zu einem Instrumentenverstärker
> zusammen.

Also mit ein Instrumentenverstärker habe ich noch nie gebaut/gearbeitet. 
Ich habe mir gerade den hier mal angeschaut.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Datei:Instrument.png

Für mich scheint das so zu sein das danach noch ein Differenzverstärker 
geschaltet ist. Und ich habe absolut keine Ahnung wie ich die Eingänge 
beschalten soll bzw. die Widerstände wähle, da muss ich nochmal schauen.

Ich würde für Ue1 sagen das ich dort meine BNC+ anlege und auf Ue2 mein 
BNC- mit dem angehobenen 2,5 Volt Potenzial. Muss ich diesen Verstärker 
dann auch symmetrisch betrieben also mit +/- Spannung?

//EDIT: Ich habe gerade gesehen das es auch fertige IC's die intern als 
Instrumentverstärker schon fertig beschaltet sind. Sollte man diese 
lieber nehmen, oder ist in diesen Fall selbst zusammenschalten auch noch 
in Ordnung?

nachtmix schrieb:
> im LM660 sind
> sowieso 4 davon drin

Muss bald eh nochmal was bei reichelt bestellen dann fliegen davon ein 
paar in den Warenkorb.

Muss man diese Schaltung eigentlich abschirmen? Oder ist das nicht 
nötig?

nachtmix schrieb:
> Im Aquarium wirst du ja wohl niemals pH=0 oder pH=14 messen wollen.

Nein, die "normale" pH Wert liegt zwischen 7-8 je nach Fisch. Von daher 
habe ich an pH6 bis pH 9 gedacht.

MaWin schrieb:
> Nein.

Dann werde ich mal schauen ob ich Telfon finde.

Lg

: Bearbeitet durch User
von Lurchi (Gast)


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Einen Instrumentenverstärker braucht man nicht. Die einfache Schaltung 
mit einem OP reicht vollkommen aus: die Hilfsspannung ist weitgehend 
konstant und den "Nullpunkt" muss man sowieso abgleichen.

Die Schaltung und auch die Leitung zur Sonde sollte man schon 
abschirmen. Einige Teile sind recht hochohmig und können kapazitiv 
Störungen einfangen. Deutlicher ADC Strom über die Elektroden ist auch 
nicht gut.

Die 3 M KCL Lösung dient zum aufbewahren der Sonde, nicht als PH7 
Referenz-punkt. Als Abgleichpunkt sollte es schon eine Pufferlösung 
sein, weil die weniger empfindlich auf Verunreinigungen reagiert.


Durch den Nernst Faktor ist die Ausgangsspannung in guter Näherung 
proportional zur Temperatur (in K). Für die 1. Näherung sollte das 
ausreichen um eine veränderliche Temperatur zu berücksichtigen. Wenn man 
es analog korrigieren will könnte so etwas wie ein PT1000 funktionieren: 
da ist der Widerstand etwa proportional zur absoluten Temperatur.

von Felix N. (felix_n888)


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nachtmix schrieb:
> und baust sie zu einem Instrumentenverstärker
> zusammen.

So ich habe nun mal Testweise diese Art von Verstärker mit zwei TL072 
aufgebaut. Und habe diesen mit +12V und -12V versorgt aus meinem 
umgebauten PC-PSU.


Die Schaltung funktioniert scheinbar nur mit einer Dual Supply. Macht 
auch irgendwie sinn. Wenn Ue2 an 0V liegt kommt bei Ua2 immer eine 
negative Spannung raus wenn Ue1 positiv ist. Also die Hilfsspannung 
bekomme ich mit einer Ladungspumpe später. Wenn ich jetzt an Ue1=1V 
anlege und Ue2=0V ist und ich für R_gain=10K und für R1=10K wähle ist 
die Verstärkung 3. Bekomme also 1V Differenz zwischen Ue1 und Ue2 raus. 
Verstärkt 3V. Wenn ich dann noch den eigentlichen 
Differenzverstärker(3er OpAmp) hinterher schalte. Man er mir die 
Differenz aber wieder negativ!!


Eig. auch richtig weil 0 Volt(Ue2) - 1 Volt(Ue1) ist halt -1 Volt. Nur 
ich kann diese Spannung nicht in mein ADC weitergeben.


Ich habe mich mal umgeschaut und gesehen das gängige IC's(zb. INA116) 
ein Pin haben der sich "REF" nennt. Und ist verbunden mit dem Potenzial 
am 3en OpAmp. Normalerweise habe ich diesen Pin auf Ground. Wenn ich 
aber dort 2,5 Volt anlege müsste er doch als "Offset" dienen, und die 
Differenzspannung von abziehen.

Also zb. 2,5V als Offset und Idle Ausgang des Verstärkers, jetzt kommt 
-1V Differenz also müsste mir der OpAmp doch eigentlich 1,5 Volt nun 
ausgeben oder nicht?

Ich habe mal ein Schaltplan davon erstellt wie ich das aufgebaut habe 
linkes so wie ich es oben beschrieben habe und rechtes nur der dritte 
OpAmp mit einer Offset Anpassung wie beim Nicht Inv. Verstärker von 
vorher von mir.

Lg

von Felix N. (felix_n888)


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Heyho Leute,

Ich habe mich heute ein bisschen mit dem Instrumentenverstärker 
beschäftigt. Und weiß nun auch wie dieser Funktioniert. Habe im Moment 
alles auf ein Steckbrett aufgebaut(Ich weiß ist nicht so gut wegen 
Kapazität und Induktivität aber zum testen gut genug).

Habe viel mit den Widerständen und der Ladungspumpe rum experimentiert.


Nun habe ich einen fertigen Schaltplan erstellt so wie ich es glaube das 
man es mit der pH-Sonde umsetzten kann.


Die Ladungspumpe mit dem NE555(kein CMOS!) erzeugt ungefähr -3,5 bis 4 
Volt bei +5 Volt Betriebsspannung ohne Last. Unter Last bricht die 
Spannung auf circa -2 Volt zusammen der OpAmp braucht circa. 5-6mA auf 
der negativen Leitung. Bin noch am überlegen den 555 direkt mit +12 Volt 
zu speisen. Dann würde ich ungefähr -10 Volt bekommen und unter Last 
circa. -7 Volt. Bin mir aber noch nicht sicher.


Im Schaltplan ist zwar ein LMC660 eingezeichnet. Jedoch benutzt ich im 
Moment den TL074 da das der einzige OpAmp ist den ich mit Dual Supply 
versorgen kann. Sobald mein LMC660 hier eintrifft wird der eingebaut.


Ich habe vor den Impedanzwandler nochmal ein 1M Ohm Widerstand 
geschaltet. Und in der BNC+ Leitung hängt noch ein 470pF Styroflex 
Kondensator.


Habe dem eigentlichen Differenzverstärker ein Offset von Vcc/2 also 2,5 
Volt geben. So habe ich dann wenn beide Eingänge bei 0 Volt sind genau 
2,5 Volt am Ausgang. Geht nun die Sonde unter pH7 also die Spannung wird 
positiver so wird die Verstärke(V=3) Spannung vom Offset abgezogen. Geht 
über pH7 wird sie hinzuaddiert. So kann ich das Signal an den ADC 
Eingang weiter geben.


Wo ich mir noch nicht ganz sicher bin ist wo jetzt wirklich der 
Styroflex Kondensator und das GND beim zweiten Impedanzwandler(BNC-) hin 
muss. Vor oder nach dem 1M Ohm Widerstand?


Jetzt muss ich nur noch schauen wie ich den ADC Eingang gegen die 
Negative Spannung schütze. Da der OpAmp wenn der erste Eingang schwebt 
die maximale Negative Spannung ausgibt.


So würde ich die Schaltung dann auflöten.


Habe sie im Moment noch nicht mit der pH-Sonde getestet. Da der TL074 
ein Bias Current von 10-20nA hat und ich denke das dadurch die Elektrode 
zerstört werden kann sehr schnell, daher habe ich es bis jetzt nur mit 
Testspannung getestet, also Zweiter Eingang auf GND Erster an +500mV für 
ein pH Wert 0(Ist extra ein bisschen größer, kleinere Spannung sind auch 
schwer mit mein Labornetzteil einzustellen) und mit ein Spannungsteiler 
habe ich die negative -12 Volt Spannung in -300mV und -1V geteilt um 
auch denn pH 7-14 Bereich zu testen. Das funktioniert auch alles bekomme 
dann Spannungen am Ausgang von 300mV bis 3,8V(je nach Verstärkung)

Lg

von Werner H. (werner45)


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Hallo Felix!

Da hast Du aber schon viel Aufwand investiert, um ein pH-Meter zu 
konstruieren.
Solche Geräte wurden und werden von vielen Firmen professionell 
gefertigt und auch günstig bei ebay angeboten. Warum orientierst Du Dich 
nicht an deren bewährten Konzepten, die eine Glaselektrode garantiert 
nicht schädigen?

Gruß   -   Werner

von Felix N. (felix_n888)


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Werner H. schrieb:
> Da hast Du aber schon viel Aufwand investiert, um ein pH-Meter zu
> konstruieren.

Ich weiß, wen ich daran kein Interesse hätte bzw. mir das kein Spaß 
machen würde, würde ich es auch nicht tun. Und es fertig kaufen.

Werner H. schrieb:
> Solche Geräte wurden und werden von vielen Firmen professionell
> gefertigt und auch günstig bei ebay angeboten. Warum orientierst Du Dich
> nicht an deren bewährten Konzepten, die eine Glaselektrode garantiert
> nicht schädigen?

Klar gibt es diese Teil fertig. Nur ich wollte nicht 10 Gerätschaften 
her rumstehen haben deswegen habe ich das ganze zusammengefügt wie zb. 
schon die Temperaturregelung und Temperaturüberwachung, Tag und Nacht 
Rhythmus mit Sonnen auf und Abgang mit Hilfe von Dimmen einer LED Lampe 
die dafür vorgesehen ist mit einen MOSFET. Und nun halt noch ein 
bisschen Messtechnik für die Wasserwerte.

Schließlich haben diese Firmen ja auch sowas in der Art verbaut. Und 
zudem sollte mal was kaputt gehen weiß ich wie das ganze zusammenhängt. 
Da ich davon ein Schaltplan besitze was ich da zusammen gebastelt habe. 
Und kann defekte Teil(z.b IC) austauschen da die meisten Bauteil 
gesockelt sind bei mir

Lg

von Werner H. (werner45)


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...mit "orientieren" meinte ich, daß Du Dir mal die Eingangsschaltung 
professioneller pH-Meter in einem Schaltplan ansehen oder die 
Eingangsstufe rauszeichnen sollst. Den Rest kannst Du machen, wie Du 
willst.

Glaselektroden benötigen einen Eingangswiderstand von 10^14 Ohm, deshalb 
werden auch oft Chopperverstärker verwendet. Bei den einschlägigen 
Analog-IC-Herstellern kannst Du in den AppNotes u.a. was finden, 
jedenfalls habe ich dort schon mal was gesehen.

Gruß   -   Werner

von Felix N. (felix_n888)


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Werner H. schrieb:
> ...mit "orientieren" meinte ich, daß Du Dir mal die Eingangsschaltung
> professioneller pH-Meter in einem Schaltplan ansehen oder die
> Eingangsstufe rauszeichnen sollst. Den Rest kannst Du machen, wie Du
> willst.

Aso sorry dann hatte ich das falsch verstanden. Nur leider bekommt man 
keine Schaltpläne dazu. Zu solchen professionellen Produkten zu 
mindestens nicht.

Werner H. schrieb:
> Glaselektroden benötigen einen Eingangswiderstand von 10^14 Ohm

Schon heftig dieser Widerstand. Also den IC den ich verwenden will ist 
der LMC660 kommt ziemlich nah ran Widerstand sowie Eingangsstrom
Input Bias: typ 0,002pA max 2pA
Mit dem Eingangswiderstand steht es nicht so genau dort steht nur >1 
TeraOhm also größer als 10^12. Sollte ausreichen.

Habe gerade meine Schaltung auf dem Breadbroad getestet mit der Sonde. 
Naja funktionieren tut es nur die Test Umstände sind nicht die besten 
man muss nur mit der Hand in die nähe des BNC Steckers kommen und die 
Spannung ändert sich komplett. Da muss wohl eine Abschirmung später her. 
Zudem habe ich den Styroflex Kondensator nicht der muss erst noch 
mitbestellt werden. Den ich noch gefunden hatte hat ein Kurzschluss.

Werde heute oder morgen alle nötigen Teile bei Reichelt bestellen und 
die Schaltung dann auflöten(Falls noch jemand ne Idee hat was man besser 
machen kann sofern es was gibt zum verbessern gerne mitteilen :)).

Wenn ich Sie fertig habe werde ich sie hier nochmal posten

Lg

von wolleg (Gast)


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nachtmix schrieb:
> Der Innenwiderstand solcher Einstabmeßketten liegt gewöhnlich in der
> Größenordnung von 500..1000 MOhm.

Ich dachte immer, dass sich auch Glaselektroden weiter entwickelt haben.
Vor ca. 50 Jahren gab es schon Glaselektrode mit einem Innenwiderstand
von 50 -200MOhm

von Michael B. (laberkopp)


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Felix N. schrieb:
> man muss nur mit der Hand in die nähe des BNC Steckers kommen und die
> Spannung ändert sich komplett.

Das ist bei pH normal.

Auch mit Abschirmung bleibt etwas Empfindlichkeit übrig.

von Harald W. (wilhelms)


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wolleg schrieb:

>> Der Innenwiderstand solcher Einstabmeßketten liegt gewöhnlich in der
>> Größenordnung von 500..1000 MOhm.
>
> Ich dachte immer, dass sich auch Glaselektroden weiter entwickelt haben.
> Vor ca. 50 Jahren gab es schon Glaselektrode mit einem Innenwiderstand
> von 50 -200MOhm

Wozu? Im Gegensatz zu damals ist es heutzutage überhaupt
kein Problem, Verstärker mit solch hochohmigen Eingangs-
widerständen zu bauen. Allerdings ist ein solches Projekt
nicht unbedingt für Anfänger mit Steckbrett geeignet.

von Lurchi (Gast)


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Der Aufwand für die extra negative Spannung ist eigentlich nicht nötig. 
Es gibt genügend OPs die mit 5 V Versorgung klar kommen und die 
Ladungspumpe verursacht leicht Störungen. Die einfache Versio von weiter 
oben mit 1 OPs ist ausreichend.

von Felix N. (felix_n888)


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    ph.jpg
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Hallo nochmal,
Ich habe heute meine Schaltung zusammengebaut mit dem LMC660. Die 
Schaltung funktioniert sehr gut. Wenn man den BNC Eingang kurzschließt, 
bekommt man am Ausgang sehr genau 2,499 V.

Das Problem ist jedoch wenn nix angeschlossen ist, am BNC Eingang 
schwankt die Ausgangsspannung zwischen -4,5 und +3,7 Volt.

Dadurch kann ich die Schaltung nicht am ADC Eingang meines ATMega328P 
anschließen, da ich nicht weiß was passiert wenn er eine negative 
Spannung abkriegt, laut Datenblatt darf dort keine Anliegen.

Und ich im Moment keine Ahnung habe, wie ich den Eingang gegen die 
negative Spannung schützten soll. Habt ihr da eine Idee wie man das 
machen kann?

Die Berechnung(Aus Spannung in pH Wert) ist die gleiche wie bei der 
anderen Schaltung, außer das ich die mV/pH Steilheit per Hand nach 
korrigiert habe. In dem ich die Differenz zwischen den Bufferlösung(pH7 
und pH4) durch 3 geteilt habe für die Verstärke mV/pH dann nochmal durch 
3(ph7-ph4=3). Der Wert der dort raus kommt ist dann ja eigentlich die 
mV/pH Wert die mir die Elektrode liefert. Dann habe ich einfach in der 
Tabelle geschaut bei welche Temperatur(Die wir haben) und habe dieses 
dann mal drei gerechnet um wieder auf die Verstärke mV/pH Wert zuhaben.

Damit habe ich dann den eigentlich pH-Wert ausgerechnet bei der 
aktuellen Temperatur.

Lg

von georg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Und ich im Moment keine Ahnung habe, wie ich den Eingang gegen die
> negative Spannung schützten soll. Habt ihr da eine Idee wie man das
> machen kann?

Bei 10^14 Ohm geht das nicht so einfach, jedenfalls hast du dafür nicht 
die Mittel. Du kannst aber den Ausgang auf positive Spannungen 
begrenzen, um den ADC-Eingang zu schützen.

Georg

von Felix N. (felix_n888)


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georg schrieb:
> Bei 10^14 Ohm geht das nicht so einfach, jedenfalls hast du dafür nicht
> die Mittel. Du kannst aber den Ausgang auf positive Spannungen
> begrenzen, um den ADC-Eingang zu schützen.

Guten Morgen.

Was mir noch in den Sinn gekommen ist eine einfache Diode parallel zum 
ADC zuschalten, und zwar in Sperrrichtung zeigend zum ADC Eingang. Dann 
müsste doch nur maximal die Durchlassspannung im negativen Bereich 
kommen also -0,6V oder -0,7V. Im Datenblatt des µC habe ich was gelesen 
das es interne Dioden gibt die nach GND und Vcc geschaltet sind und 
restliche Spannung ableiten bis zu einem Strom von maximal 1mA. Deswegen 
ist der 10K noch dort drin um bei maximal 5V den Strom auf 0,5mA zu 
begrenzen. Bzw. -0,5mA.
Man könnte zusätzlich noch eine 5V1 Z-Diode dort Anti-Parallel zur 
1N4148 schalten dann müssten Spannung über 5,1V abgeleitet werden wenn 
ich mich richtig erinnere.

georg schrieb:
> Bei 10^14 Ohm
Ist das nicht der Eingangswiderstand? Ein OpAmp hat doch im Ideal Fall 
am Ausgang ein Widerstand von 0 Ohm, oder nicht?
          R1 ___
ADC--+------|___|---o Messschaltung OpAmp Out
     |K     10K   
    _|_
    /_\1N4148
     |
     |A
GND--+--------------o Messschaltung GND
Lg

von Andrew T. (marsufant)


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Felix N. schrieb:
> Und ich im Moment keine Ahnung habe, wie ich den Eingang gegen die
> negative Spannung schützten soll. Habt ihr da eine Idee wie man das
> machen kann?

Picoamperediode PAD5 oder FET-Diode nutzen.

von Felix N. (felix_n888)


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Andrew T. schrieb:
> FET-Diode nutzen.

Moin, meinst du das ich dann einfach das Gate des FET nicht beschaltete, 
und den FET wie oben in der kleinen Zeichnung anschließe also Drain des 
FETS an die Anode und wo die Kathode der 1N4148 ist das Source des FET 
hin?


              R1__
ADC------+-----|__|---
         |     10K
 | |-----+ Drain
G|      _|_
A| |<-+ /_\
T|    |  |
E| |--+--+ Source
         |
GND------+

Lg

von georg (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Ein OpAmp hat doch im Ideal Fall
> am Ausgang ein Widerstand von 0 Ohm, oder nicht?

Ideal gibt es nicht, ist aber auch egal, man kann bzw. muss ja einen 
externen Widerstand dazuschalten. Du bist mit den 10 kOhm und der Diode 
schon auf dem richtigen Weg, die Frage ist nur, was ist der 
Eingangswiderstand deines ADC und welchen Fehler erzeugt der 10 
kOhm-Widerstand. Die meisten ADCs sind ja hochohmig, so dass das keine 
Rolle spielt, aber wir kennen deinen ADC ja nicht. Im Zweifelsfall hilft 
das Lesen von Datenblättern.

Für die Diode würde ich Schottky nehmen, damit die Begrenzung auf -0,4V 
erfolgt.

Auf Experimente am Eingang würde ich mich nicht einlassen, vermutlich 
kannst du überhaupt nicht messen, ob die Schutzschaltung tatsächlich so 
wenig Strom aufnimmt wie für eine Glaselektrode erforderlich. Oder hast 
du zufällig ein Picoamperemeter?

Georg

von Lurchi (Gast)


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Eine Diode gegen GND ist schon im ADC drin. Wenn überhaupt müsste eine 
externe Diode schon eine Schottky-diode sein, damit sie früher anfängt 
zu leiten. Als Schutz gegen eine Zerstörung des µC über den ADC Eingang 
reicht ein Serienwiderstand, allerdings kann es mit Strom über die µC 
internen "Dioden" zu Fehlfunktionen, etwa bei benachbarten ADC Kanälen 
kommen.
Ein etwas besserer Schutz wäre eine Begrenzung in 2 Stufen: einmal vor 
dem Widerstand auch grob 0.7 V und dann noch einmal eine Schottkydiode 
am µC.

Der einfachste Schutz wäre es den OP auch nur mit 5 V wie den µC zu 
versorgen. Es gibt genügend CMOS OPs, die auch mit 5 V auskommen, bzw. 
gar nicht viel mehr vertragen.

Am Eingang reicht als Schutz in der Regel ein Serienwiderstand (z.B. 1 
M) und dann OP interne Diode und ggf. ein kleiner Kondensator (z.B. 
10-100 pF PS) nach Massen.

von Felix N. (felix_n888)


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georg schrieb:
> as ist der
> Eingangswiderstand deines ADC und welchen Fehler erzeugt der 10
> kOhm-Widerstand. Die meisten ADCs sind ja hochohmig, so dass das keine
> Rolle spielt, aber wir kennen deinen ADC ja nicht. Im Zweifelsfall hilft
> das Lesen von Datenblättern.

Hi, der ADC ist der des ATMega328P. Ich habe mal kurz im Datenblatt 
geschaut dort steht drin Rain = Typ: 100 M Ohm. Ich würde an der Stelle 
sagen das der 10K Widerstand ein vernachlässigen Fehler erzeugt.

georg schrieb:
> Für die Diode würde ich Schottky nehmen, damit die Begrenzung auf -0,4V
> erfolgt.

okay. Habe da aber nur "dicke" Dioden also SR550 und 1N5819.

georg schrieb:
> Auf Experimente am Eingang würde ich mich nicht einlassen, vermutlich
> kannst du überhaupt nicht messen, ob die Schutzschaltung tatsächlich so
> wenig Strom aufnimmt wie für eine Glaselektrode erforderlich. Oder hast
> du zufällig ein Picoamperemeter?

Nein habe ich nicht. Es geht ja hier auch nicht mehr um die 
Glaselektrode sondern um den Ausgang des Operationsverstärkers(LMC660) 
und den Eingang des Mikrocontrollers. Oder vertausche ich das was?

Lurchi schrieb:
> Ein etwas besserer Schutz wäre eine Begrenzung in 2 Stufen: einmal vor
> dem Widerstand auch grob 0.7 V und dann noch einmal eine Schottkydiode
> am µC.

Also Doppelt. Eine Diode vor dem und eine hintern dem Widerstand? Also 
so:
      
                      R1 10K
                        __
ADC----+-----------+---|__|-+-------LMC660 Ausgang
      _|_         _|_      _|_
      /_\1N4148   _ _C1    /_\ 1N5819
       |           |  100pF |
GND----+-----------+--------+------- GND
Lg

von Lurchi (Gast)


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Der doppelte Schutz passt im Prinzip - allerdings müsste man die Dioden 
Tauschen. Die Diode am OP begrenzt die Spannung und damit den Strom den 
die 2. Diode ableiten muss. Bei der 1N5819 reicht auch 1 Diode.

Die 100 pF am Eingang des ADCs haben schon einen negativen Einfluss. Ein 
kleiner Kondensator verursacht Probleme mit der S&H Schaltung am Eingang 
des ADC -  den Bereich von etwa 10 pF - 10 nF gilt es zu vermeiden, weil 
die S&H Stufe langsamer macht und nicht ausreicht um den Strompeak zu 
puffern. Da könnte ggf. die Kapazität einer zu großen Schottkydiode ein 
Problem sein. Wenn überhaupt sollten es mehr als 20 nF sein, als ein 
Antialiasing Filter. Das ist dann genug als Puffer, um den S&H 
Kondensator ohne merklichen Fehler zu laden.

von Jan N. (jan_n497)


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Lurchi schrieb:
> Bei der 1N5819 reicht auch 1 Diode.

Hallo nochmal. Okay

Also ich habe mir eine pH-Elektrode von einem Freund besorgt da bei ihm 
das Steuermodul der pH-Elektrode defekt war und er sein Aquarium dem 
nächst weggeben will, habe ich die Elektrode günstig von ihm gekauft. 
Die Elektrode selbst ist von Dennerle und 2,5 Monate alt.


Ich habe die Elektrode nun an meinen System ausprobiert. Und irgendwie 
ist das alles ein bisschen komisch.


Als erstes habe ich die Elektrode kalibriert. Dafür habe ich mir gestern 
ein Software Programm für den ATMega328P geschrieben. Alle Ein und 
Ausgaben erfolgen über die Serielle Schnittstelle des µC. Nun nachdem 
ich die Elektrode in pH7 und pH4 Bufferlösung kalibriert hatte, habe ich 
eine kleine Wasserprobe aus mein Aquarium entnommen(20ml) und dort meine 
ph-Elektrode rein gehalten. Nach kurzer Zeit kam dort ein pH Wert von 
7,4 raus. Ein Tröpfentest hat nachgewiesen das dieser Wert stimmt.


Nun im Moment betreibe ich es noch über 12V von mein Labornetzteil. 
Nachdem ich die Halterung im Aquarium befestigt habe und die Elektrode 
dort reingehängt habe ich gesehen das der Strom von 30mA auf 50mA 
gestiegen ist. Als erstes dachte ich das die 20mA durch die Elektrode 
fließen. Habe sie dort abklemmt. Und mein Multimeter mit in die BNC+ 
Schiene gehängt. Und konnte keinen Strom messen.


Wenn man den LMC660 entfernt und dann die Elektrode anschließt steigt 
der Strom nicht an. Also scheint der OpAmp mehr Strom zu gebrauchen. 
Zudem ist der Messwert komplett verfälscht. In der 20ml Wasserprobe 
hatte ich ein Wert von 7,4. Im Aquarium habe ich aber laut der Sonde ein 
Wert von 6,0 pH was viel zu niedrig wäre und auch nicht passt das es ja 
das gleiche Wasser ist.


Ich habe alles sich im Aquarium befand und ein Netzstecker besitzt 
getrennt. Dieses brachte aber auch keine Verbesserung.


Ich kann mir diese nicht erklären? Bin mir nicht sicher ob dort 
eventuell Strom über die Elektrode ins Aquarium geht und von dort 
irgendwie wieder raus geht? Hat einer von euch ne Ahnung was das sein 
könnte?

//EDIT: Sorry versehentlich mit E-Mail Adresse meines Kumpel mich 
angemeldet. War mit dieser noch bei Google Angemeldet bei Google weil 
ich für ihn Einstellungen vorgenommen hatte.

Lg

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Felix N. schrieb:
> Das Problem ist jedoch wenn nix angeschlossen ist, am BNC Eingang
> schwankt die Ausgangsspannung zwischen -4,5 und +3,7 Volt.
>
> Dadurch kann ich die Schaltung nicht am ADC Eingang meines ATMega328P
> anschließen, da ich nicht weiß was passiert wenn er eine negative
> Spannung abkriegt, laut Datenblatt darf dort keine Anliegen.

Zwischen LMC660 Ausgang und ATmega328 Analogeingang kommt ein 10k 
Widerstand und alles ist gut. Er begrenzt den Strom bei negativer 
OpAmp-Ausgangsspannung auf ungefährliche Werte für die Schutzdioden des 
ATmega die illegale Spannungen abhalten und verschlechtert die 
Messgenauigkeit nicht.

Der ganze zusätzliche hier vorgeschlagene Kram ist überflüssig.

: Bearbeitet durch User
von Michael B. (laberkopp)


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Jan N. schrieb:
> Ich kann mir diese nicht erklären?

Vermutlich schwingt die Schaltung wenn die Sonde durch Eintauchen ins 
Aquarium eine höhere Kapazität bekommt.

An statt sich nun mit der Stabilität eines Differenzverstärkers 
rumzuplagen, der sowieso immer mit einem Anschluss an exakt 0V auf Masse 
liegt und daher keine Differenz zu verstärken hat, sollte man die 
Schaltung gleich abrüsten auf die übliche 1 OpAmp nichtinvertierende 
Verstärkung mit Offset. Schon hat man nur noch 1 Gegenkopplung zu durch 
einen Kondensator vom OpAmp Ausgang zu negativen Eingang zu 
stabilisieren statt 3.

von Felix N. (felix_n888)


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Michael B. schrieb:
> Analogeingang kommt ein 10k
> Widerstand und alles ist gut. Er begrenzt den Strom bei negativer
> OpAmp-Ausgangsspannung auf ungefährliche Werte für die Schutzdioden des
> ATmega die illegale Spannungen abhalten und verschlechtert die
> Messgenauigkeit nicht.

Ah okay. In der Theorie würde das gehen da bei -5V zb. +5V und 10K 
maximal ein Strom von -/+0,5mA fließen würden. Positiv sowie negativ je 
nach Spannung. Nur ich kann im Datenblatt nix finden was für Dioden 
genau verbaut sind und wie viel Sie wirklich aushalten.

> gesehen das der Strom von 30mA auf 50mA
> gestiegen ist.


Nochmal zu oben. Was ich nun feststellen konnte war wo ich das System 
testweise auf 9V Batterie und LCD Display umgebaut habe das ich keine 
Stromveränderung mehr messen konnte wenn die Elektrode angeschlossen 
ist. Mit Batterie wird das Messergebnis auch nicht mehr verfälscht. Und 
die Elektrode liefert Werte die ich mit dem pH-Tröpfchen Test auch 
nachweisen kann.

Es kommt wohl scheinbar so ein Stromkreis zum stehen:

Labornetzteil -> Messschaltung -> pH Elektrode -> Aquarium Wasser -> 
Aquarium Filter -> Durch das Stromnetz zurück zum Netzteil.

Das würde auf Dauer teuer werden mit den ganzen Batterien....


Sind die alten "Analogen Wanzen" die 12V AC ausgeben isoliert vom Netz 
durch den Trafo ja eigentlich schon oder? Dann könnte man diese "Wanze" 
nehmen gleichrichten, glätten und nutzten oder? Dann sollte eig. kein 
Strom mehr über die Pumpe fließen.

Lg

von Michael B. (laberkopp)


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Felix N. schrieb:
> Nur ich kann im Datenblatt nix finden was für Dioden
> genau verbaut sind

Was denkst du, ist auf einem Chip, eine 1N4148 in DO35 ?

> und wie viel Sie wirklich aushalten

Steht klar drin:

Table 32.1. Absolute Maximum Ratings
DC Current per I/O Pin 40.0mA

von nachtmix (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Ich habe heute meine Schaltung zusammengebaut mit dem LMC660.

Aber falsch.
Das extrem hochohmige Input-Bein des Opamp steckt man nicht in die 
Fassung, sondern biegt es hoch, denn es hat auf der schmutzigen Platine 
nichts zu suchen.
Ebenso sollte der Mittelkontakt der BNC-Buchse die Platine nicht 
berühren.

Dann kannst du die beiden Pole auf dem Luftweg über den Schutzwiderstand 
miteinander verbinden.

Nur unter Beachtung solcher Vorsichtsmaßnahmen kommt man in den Genuss 
des extrem niedrigen Eingangangstroms des LMC660.

von Felix N. (felix_n888)


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nachtmix schrieb:
> Aber falsch

HI. hmm ok.

nachtmix schrieb:
> Das extrem hochohmige Input-Bein des Opamp steckt man nicht in die
> Fassung, sondern biegt es hoch, denn es hat auf der schmutzigen Platine
> nichts zu suchen.
> Ebenso sollte der Mittelkontakt der BNC-Buchse die Platine nicht
> berühren.

nachtmix schrieb:
> Dann kannst du die beiden Pole auf dem Luftweg über den Schutzwiderstand
> miteinander verbinden.

Also wir nehmen man an das ich den Mittelkontakt des BNC mit dem 1 
Megaohm Widerstand direkt mit dem Input Pin des LMC660C verbindet(Über 
die Luft). Der 470pF Styroflex Kondensator kommt dort dann auch noch mit 
dran und geht nach Ground?
Der Außenkontakt des BNC Anschluss kann aber auf der Platine bleiben 
oder?

nachtmix schrieb:
> Genuss
> des extrem niedrigen Eingangangstroms des LMC660.

OK. Wusste ich nicht das man Over Air Verdrahtung anwenden muss.

Michael B. schrieb:
> Was denkst du, ist auf einem Chip, eine 1N4148 in DO35 ?

Nee, ist glaubig zu groß :)

Michael B. schrieb:
> DC Current per I/O Pin 40.0mA

Ist das nicht der maximal Ausgangsstrom? Dachte ich zumindestens immer.

Lg

von Eddy C. (chrisi)


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TO, tue Dir bitte einen Gefallen und ersetze den R5 durch eine 
Drahtbrücke.

Begründung:

Auf diese Weise liegt die Abschirmung der Sonde auf Masse, womit in das 
System deutlichst weniger Gleichtaktstörungen eingekoppelt werden.

Im Moment dürfte sich Dein Aufbau „komisch“ verhalten, wenn Du den 
BNC-Stecker (und damit die Abschirmung) berührst.

Auch ohne Berührungen dürfte der Messwert nicht sonderlich stabil sein, 
weil zwar ein Differenzverstärker vorhanden ist, aber der 
Eingangsbereich nicht symmetrisch ausgeführt ist (Fehlen des dem C7 
entsprechenden Kondensators im Minus-Zweig)

Empfehlenswerter ist aber wie gesagt Kurzschluss von R5.

Damit wird auch erkennbar, dass der Differenzverstärker eigentlich 
komplett überflüssig ist, wurde ja oben bereits öfters angedeutet, muss 
aber auch nicht sofort umgesetzt werden.

In der aktuellen Schaltung dient der Differenzverstärker lediglich dazu, 
die Störungen zu kompensieren, die ohne die symmetrische Anordnung gar 
nicht vorhanden wären...

von Michael B. (laberkopp)


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Felix N. schrieb:
> Michael B. schrieb:
>> DC Current per I/O Pin 40.0mA
>
> Ist das nicht der maximal Ausgangsstrom?

Nein, so viel fliesst nicht freiwillig aus einem Pin. Die Diagramme 
Figure 33-22. I/O Pin Output Voltage vs. Sink Current (VCC = 5V) hören 
nicht ohne Grund bei 20mA auf.

Dazu muss man schon von aussen Strom hineinschicken, durch Spannungen 
die unter GND oder über VCC liegen.

von Felix N. (felix_n888)


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Eddy C. schrieb:
> TO, tue Dir bitte einen Gefallen und ersetze den R5 durch eine
> Drahtbrücke.
Eddy C. schrieb:
> Empfehlenswerter ist aber wie gesagt Kurzschluss von R5.
Eddy C. schrieb:
> Aufbau „komisch“ verhalten

Guten Morgen,
Ich werde den 1Megaohm Widerstand gegen eine Drahtbrücke auswechseln. Ja 
mit dem komisch verhalten hast du recht wenn man die Abschirmung berührt 
oder den BNC Stecker schwankt der Wert sehr stark.

Eddy C. schrieb:
> aber der
> Eingangsbereich nicht symmetrisch ausgeführt ist (Fehlen des dem C7
> entsprechenden Kondensators im Minus-Zweig)

Macht es dort überhaupt ein Sinn ein Kondensator einzubauen. Den der 
Minus Zweig(Es ist doch die BNC- Leitung gemeint oder?) liegt ja auf 
GND. Wo soll ich den Styroflex Kondensator gegenschalten?
Wenn ich doch den Widerstand R5 entferne und ein Kondensator hinzufüge 
ist das doch immer noch unsymmetrisch weil der Widerstand nun ne 
Drahtbrücke ist oder?

Michael B. schrieb:
> Nein, so viel fliesst nicht freiwillig aus einem Pin. Die Diagramme
> Figure 33-22. I/O Pin Output Voltage vs. Sink Current (VCC = 5V) hören
> nicht ohne Grund bei 20mA auf.
>
> Dazu muss man schon von aussen Strom hineinschicken, durch Spannungen
> die unter GND oder über VCC liegen.

Stimmt diesen Wert hatte ich auch im Kopf. Ja gut dann sollte das ja 
eigentlich kein Problem sein und ein 10K Widerstand genügt. Maximal 
werden dort dann geh nur 0,5 bis -0,8mA fließen.

Lg

von Eddy C. (chrisi)


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Felix N. schrieb:
> Macht es dort überhaupt ein Sinn ein Kondensator einzubauen.

Ja. Er wirkt als Tiefpass und täte Brummeinstreuungen unterdrücken - 
wenn die Grenzfrequenz niedriger wäre. Momentan liegst Du bei 338 Hz, 
womit vielleicht ein paar Hochfrequenzstörungen unterdrückt werden. Wenn 
der Messwert stabil ist, konzentriere dich auf andere Dinge.

> Den der Minus Zweig(Es ist doch die BNC- Leitung gemeint oder?)

Ja.

> liegt ja auf GND. Wo soll ich den Styroflex Kondensator gegenschalten?

Das passt so wie es ist, also gegen Masse.

> Wenn ich doch den Widerstand R5 entferne und ein Kondensator hinzufüge
> ist das doch immer noch unsymmetrisch weil der Widerstand nun ne
> Drahtbrücke ist oder?

Der Witz ist: Du willst weder Symmetrie, noch Instrumentenverstärker, 
noch Differenzverstärker. Das Signal der pH-Elektrode ist asymmetrisch 
und auf Masse bezogen. Es ist einfach eine niedrige Gleichspannung, die 
verstärkt werden will.

Da Du später sowieso alles entweder in Software oder Hardware abgleichen 
wirst, brauchst Du keinen geringen Offset. Und über die Verstärkung hast 
Du selbst Kontrolle durch die Bauteildimensionierung.

Hohe Gleichtaktunterdrückung ist auch keine gefragt, weil sich die zu 
messende Spannung angenehmerweise auf Masse bezieht. Da kann man also 
noch vereinfachen.

Für den Moment täte ich die Schaltung lassen, wie sie ist (mit R5 = 
0Ohm) und mich auf's Messen und Abgleichen konzentrieren. Es sei denn, 
Du willst da noch mehr Energie hineinstecken...

von Felix N. (felix_n888)


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Eddy C. schrieb:
> Wenn
> der Messwert stabil ist, konzentriere dich auf andere Dinge.

Eddy C. schrieb:
> Für den Moment täte ich die Schaltung lassen, wie sie ist (mit R5 =
> 0Ohm) und mich auf's Messen und Abgleichen konzentrieren. Es sei denn,
> Du willst da noch mehr Energie hineinstecken...

Hallo nochmal!

Ja im Moment mit R5 gebrückt läuft die Schaltung wirklich sehr gut. Wenn 
man die Abschirmung abfasst bzw. den BNC Anschluss ist kaum etwas davon 
zu merken. Auch der Strom schwankt nicht mehr durch die Gegend. Die 
Schaltung liefert mir sehr stabil Werte, es sind nur Schwankungen im 1mV 
Bereich zu erkennen. Und dann auch 1-2 mV. Genaue Werte sind es auch bei 
2.576 Volt die mir die Schaltung liefert sind es bei meinen 
Kalibrierungswerten mit dieser Elektrode genau ein pH Wert von 7.6. Ein 
Tröpfchen Test hat nachgewiesen das der pH Wert bei 7.5 bis 7.7 liegt. 
Also sehr gut. Das einzige was ich wahrscheinlich noch machen werde an 
dieser Schaltung ist ein weiteren 470pF Styroflex Kondensator in die 
BNC- Schiene zu packen.

Eddy C. schrieb:
> Das passt so wie es ist, also gegen Masse.

Ah okay. Interessant dachte immer wenn ich ein Kondensator gegen GND 
schalte nutze ich dieses um Schwingen zu glätten bzw um 
Versorgungsspannung zu stabilisieren. Aber ein Kondensator der auf 
beiden Seiten im Prinzip gegen GND geschaltet ist, ist für mich auch 
neu.


Eddy C. schrieb:
> Du willst da noch mehr Energie hineinstecken...

Das einzige was mich jetzt wirklich noch interessiert ist dieses hier:

nachtmix schrieb:
> Das extrem hochohmige Input-Bein des Opamp steckt man nicht in die
> Fassung, sondern biegt es hoch, denn es hat auf der schmutzigen Platine
> nichts zu suchen.
> Ebenso sollte der Mittelkontakt der BNC-Buchse die Platine nicht
> berühren.
>
> Dann kannst du die beiden Pole auf dem Luftweg über den Schutzwiderstand
> miteinander verbinden.

Denn im Moment habe ich den BNC Innenleiter auf der Platine mit dem 
Kondensator aufgelötet. Und nix in der Luft verdraht. Ist dieses nun 
erforderlich, um auf diesen niedrigen Eingangsstrom zukommen??

Lg

von Eddy C. (chrisi)


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Wenn Du die Eigenschaften des LMC660 nicht nennenswert verschlechtern 
willst, stimme ich der Luftverdrahtung zu.

Aber:

Der Styroflex-Kondensator ist vermutlich deutlich niederohmiger, z.B. 
100GOhm, was bei pH 7 roundabout 4pA Strom ergibt ... 2fA macht der 
OpAmp.

Die Isolation des BNC-Kabels lassen wir mal ganz außer acht.

Las die Schaltung, wie sie ist.

Die Leiterplatte von Flussmittelresten befreien könnte schlau sein.

von Felix N. (felix_n888)


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Eddy C. schrieb:
> Wenn Du die Eigenschaften des LMC660 nicht nennenswert verschlechtern
> willst, stimme ich der Luftverdrahtung zu.

Ok.

Eddy C. schrieb:
> Die Isolation des BNC-Kabels lassen wir mal ganz außer acht.

Tun wir das mal.

Eddy C. schrieb:
> Der Styroflex-Kondensator ist vermutlich deutlich niederohmiger, z.B.
> 100GOhm, was bei pH 7 roundabout 4pA Strom ergibt ... 2fA macht der
> OpAmp.

Ja gut. Ich habe noch nie eine Angabe gefunden mit wie viel Strom man so 
eine Elektrode nun wirklich belasten darf. Kann mir vorstellen das es 
nicht viel sein darf. Im pA Bereich ist man ja schon ganz weit unten, 
und es fließt ja so gut wie "kein" Strom mehr. Wenn jetzt 1-2 mA durch 
die Elektrode fließen würde wäre das schon heftiger.


Laut dem Beilegeblatt der Elektrode hat diese eine Lebensdauer von 12 
bis 18 Monaten, zudem kommt zum guten noch dazu das wir Relativ hartes 
Wasser mit 17°DH haben und das die Lebensdauer verlängern soll.


Mal sehen wie lange sie wirklich hält. Mit mein Multimeter soll ich ja 
bis zu 100nA Strom messen können, falls dieses wirklich so sein sollte 
ist der Strom der im Innenleiter des BNC Steckers fließt unter 100nA.

Eddy C. schrieb:
> Die Leiterplatte von Flussmittelresten befreien könnte schlau sein.

Ich reinige meine Platine immer nach dem Löten / nachlöten, mit ein 
bisschen Desinfektionsmittel mit Alkohol und einer Zahnbürste(Die war 
natürlich vorher nicht benutzt worden :))

Das einzige womit ich mich jetzt noch beschäftigen muss ist der verdammt 
ADC des ATMega328P. Trotz Externer Referenzspannung mit exakt 5.00V 
weicht der gemessene Wert immer 50-80mV vom realen Wert ab. Eventuell 
schwingt auch der Ausgang des OpAmp das muss ich mir nochmal anschauen.

Lg

von Eddy C. (chrisi)


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Schalte probeweise einen Tiefpass von 1k/100n zwischen OpAmp und ADC. 
Mag sein, dass die S/H-Schaltung des ADC so schnell ist, dass der OpAmp 
den kapazitiven Lastpuls nicht so schnell ausregeln kann. Der 100n 
puffert die Spannung, der 1k verhindert Schwingen.

von Felix N. (felix_n888)


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Eddy C. schrieb:
> Schalte probeweise einen Tiefpass von 1k/100n zwischen OpAmp und ADC.
> Mag sein, dass die S/H-Schaltung des ADC so schnell ist, dass der OpAmp
> den kapazitiven Lastpuls nicht so schnell ausregeln kann. Der 100n
> puffert die Spannung, der 1k verhindert Schwingen.

Werde ich auf jeden Fall auch noch ausprobieren. Ich habe im Moment zum 
Testen ein TL431 als Referenz beschaltet der gibt mir konstant 2,518 
Volt aus. Diese speise ich nun am AREF Pin ein mit 100nF nach GND. Habe 
jetzt zum ein Spannungsteiler mit zwei 10K Widerstanden aufgebaut so das 
die Spannung in der Mitte aufgeteilt wird. Habe die Widerstände 
ausgemessen vorher und in den Code übernommen. Bei einer 
Referenzspannung von 2,518 Volt habe ich ja bei 10 Bit Auflösung 
2,46mV/Step. 13 mV Differenz ist ja so schon mal ganz nicht schlecht. 
Aber die fehlenden 13 mV einfach dazu zurechnen im Code weiß nicht ob 
das so gut ist.

Habe zum testen ein Poti an den Spannungsteiler angeschlossen, wenn ich 
am Poti 2,445 Volt einstelle gibt mir der ADC umgerechnet in Spannung 
2,431V aus. 13 mV Unterschied. Im der Software mache ich 20 Messungen in 
100ms und bilde daraus dann den Mittelwert.

Lg

von nachtmix (Gast)


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Eddy C. schrieb:
> er Styroflex-Kondensator ist vermutlich deutlich niederohmiger, z.B.
> 100GOhm, was bei pH 7 roundabout 4pA Strom ergibt ... 2fA macht der
> OpAmp.

Due verwechselst einen Isolator mit einem Widerstand.
So schlecht ist der Kondensator allenfalls, wenn du ihn vorher durch den 
Mülleimer gezogen hast.
470pF || 100GΩ ergibt eine Zeitkonstante von 47s.
Ordentliche Folienkondensatoren haben Zeitkonstanten im Bereich von 
Stunden, also etwa 100 Mal besser.

Man kann so geringe Ströme kaum direkt messen, aber man kann ihre 
Wirkung auf die Spannungsänderung eines Kondensators beobachten.
Übrigens sind die preiswerten MKP-Kondensatoren hinsichtlich der 
dielektrischen Nachwirkungen besser als PS.

Aber alle Isolatoren müssen sehr, sehr sauber sein!
Fingerabdrücke, vermeiden  bzw. reinigen, denn da ist Salz drin, das 
Feuchtigkeit aus der Luft anzieht.
Dehalb auch den Kontakt des Meßsignals mit der Platine vermeiden.

von Eddy C. (chrisi)


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nachtmix,

Für meine Abschätzung der 100 GOhm hatte ich einen Blick in ein 
Datenblatt riskiert, wo diese Angabe so zu finden war, allerding >100 
GOhm.

Einen Kondenstor einfach mal liegen lassen wäre tatsächlich ein 
interessanter Versuch.

Alleine schon das Verhalten des pH-Verstärkers bei offenem Eingang 
brächte aufschlussreiche Erkenntnisse über die Qualität der Anordnung, 
zumal dieser Versuch mit einem einfachen Multimeter am Ausgang des OpAmp 
durchführbar ist.

von Felix N. (felix_n888)


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Eddy C. schrieb:
> Alleine schon das Verhalten des pH-Verstärkers bei offenem Eingang
> brächte aufschlussreiche Erkenntnisse über die Qualität der Anordnung,
> zumal dieser Versuch mit einem einfachen Multimeter am Ausgang des OpAmp
> durchführbar ist.

Hallo,
Ich weiß dieser Beitrag ist schon etwas länger, möchte ihn aber nochmal 
aufgreifen da ich ein paar Veränderung an meine Verstärker nun vornehme.

Wenn der Ausgang offen liegt dann steigt die Spannung auf 4,10 Volt an 
und bleibt dort stehen.

Eddy C. schrieb:
> Wenn Du die Eigenschaften des LMC660 nicht nennenswert verschlechtern
> willst, stimme ich der Luftverdrahtung zu.

Das ist ein Punkt den ich auf jeden Fall ändern will, denn ich weiß es 
nicht woran es genau liegt aber meine Elektrode die ich seit 5 Monaten 
an dem Verstärker betrieben habe lässt sich nun nicht mehr Kalibrieren 
bzw. die Asymmetrie der Elektrode ist zu hoch. Ob die Elektrode nun 
wirklich durch mein Verstärker kaputt gegangen ist kann ich nicht sagen. 
Es gab aber da wo ich Sie her habe mehrere negative Kritik das sie nicht 
so lange halten soll.

Eine neu Platine wollte ich nicht löten. Sondern eigentlich nur den Weg 
vom BNC Innenleiter zum OpAmp Eingang ablöten. Und dann mit beschichten 
Kupferlack draht eine Luftverdrahtung machen, also direkt hinter der BNC 
Buchse den Schutzwiderstand anlöten dann das OpAmp Bein hochbiegen und 
den Schutzwiderstand dort auch wieder dran löten und den Kondensator 
hinter dem Widerstand anlöten gegen GND.

Eddy C. schrieb:
> Schalte probeweise einen Tiefpass von 1k/100n

Ja das hat auch erfolg gebracht. Der OpAmp schwingt nun nicht mehr. Aber 
ich aber nun habe ist ein nerviges 50Hz Brummen auf dem Ausgang.

Ich habe mir nun nochmal mein Schaltplan angesehen(den letzten von hier) 
und vermisse selber irgendwie die Abblockkondensatoren am OpAmp.

Bin mir nur aber nicht sicher ob ich dort 1 Abblockkondensator oder 3 
verbauen soll.

Also nur zwischen den -Vcc und +Vcc oder zwischen -Vcc und GND, +Vcc und 
GND und einmal zwischen -Vcc und +Vcc. Als Kapazität dachte ich an 
100nF/220nF.

nachtmix schrieb:
> Ordentliche Folienkondensatoren haben Zeitkonstanten im Bereich von
> Stunden, also etwa 100 Mal besser.

Also würde ein Austausch des Styroflex Kondensators in dem BNC+ Zwerg 
gegen ein Folienkondensator(MKP) sinn machen. Problem: Ich finde keine 
MKP2/4 Kondensatoren mit Kapazität im pF Bereich bei reichelt, nur FKP2.

mfg

von Thomas (Gast)


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Hallo Felix,

eine Schaltung für ne PH-Elektrode zu kreieren ist nicht ganz trickly. 
Die Elektrode muß direkt auf den OpAmp - Pin. Dieser Pin darf nicht in 
der Platine, oder noch schlimmer im Sockel sein. Pin aufbiegen und 
Short-Way.

Wenn die Elektrode falsch gelagert, oder trocken geliefert wurde, ist 
diese Schrott. 08/15 Elektroden sind zudem nicht für Dauerbetrieb 
ausgelegt. Ich kenne Ingold, bzw Mettler. Diese sind zwar andere Liga, 
aber funktionieren.

Habe nicht den ganzen Tread gelesen, aber wenn der Kondensator vorne 
noch drin ist, dann ist das auch ein Fehler.

von Felix N. (felix_n888)


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Thomas schrieb:
> Wenn die Elektrode falsch gelagert, oder trocken geliefert wurde

Wurde Sie nicht sie wurde mit einer Schutzkappe gefüllt mit KCI 3mol/l 
geliefert. Sie war bis jetzt im Einsatz.

Thomas schrieb:
> 08/15 Elektroden sind zudem nicht für Dauerbetrieb
> ausgelegt.

Ja ich weiß. Das ist eine Gel-Elektrode die für den Dauerbetrieb im 
Aquarium vorgesehen ist. Haltbarkeit circa. 12 bis 18 Monate. Je nach 
Wasserhärte länger oder kürzer.

Thomas schrieb:
> Habe nicht den ganzen Tread gelesen, aber wenn der Kondensator vorne
> noch drin ist, dann ist das auch ein Fehler.

Ich bin mir jetzt nicht ganz sicher welchen Kondensator du meinst. Aber 
ich gehe davon aus das du den Kondensator hinter dem Schutzwiderstand 
meinst.

Der Kondensator bildet ja mit dem Widerstand ein R-C Tiefpass der alles 
über 338Hz rausfiltert. Ist der Problematisch weil sich der Kondensator 
über die Sonde auflädt?

Thomas schrieb:
> Pin aufbiegen und
> Short-Way.

Wird geändert.

Mfg

von MaWin (Gast)


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Felix N. schrieb:
> Ja ich weiß. Das ist eine Gel-Elektrode die für den Dauerbetrieb im
> Aquarium vorgesehen ist. Haltbarkeit circa. 12 bis 18 Monate. Je nach
> Wasserhärte länger oder kürzer.

Klingt stark danach, als ob man mit Pumlen nur eine stichprobenmässige 
pH-Wert-Messung machen sollte. Dann immer abspülen und in 3M-KCl halten.

Meine nur gelegentlich genutzte Elektrode ist schon über 20 Jahre alt, 
und ein mal trockengefallen, tut immer noch..

von Thomas (Gast)


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Bezogen auf den Beitrag:
> 18.08.2018 00:0

Ist der weiße, transparente Kondi der, der an der PH Elektrode durch die 
Platine hängt?

von Felix N. (felix_n888)


Angehängte Dateien:

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Thomas schrieb:
> Ist der weiße, transparente Kondi der, der an der PH Elektrode durch die
> Platine hängt?

Ich habe den Kondensator den ich vermute den du meinst mal eingekreist.
Falls du diesen meinst, Ja er befindet sich noch immer in der Platine

Achso der 1M Ohm Widerstand(R5) in der Ground Schiene(BNC-) befindet 
sich dort nicht mehr drin dort ist eine Drahtbrücke.

mfg

: Bearbeitet durch User
von Thomas (Gast)


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Ja, den meinte ich! der muß raus. Und dann den Pin der BNC-Buchse direkt 
zum Eingang des OpAmp's. Dieser sollte eigentlich 'nur' den 
Eingangswiderstand erhöhen, so dass die Elektrode  - nicht - belastet 
wird. Dadurch würde der Messfehler entstehen. Also V=1.
Was dann nach dem Op-Amp kommt würde ich weniger kritisch einschätzen, 
muß aber auch passen! Ub + und - wenn vorhanden auch unmittelbar an den 
OP's stützenmit 100nF oder Tantal's.

von Felix N. (felix_n888)


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Thomas schrieb:
> Ja, den meinte ich!

Ok.

Thomas schrieb:
> der muß raus

Ich denke mal das er raus soll weil, er die Elektrode beim Aufladen 
belastet? Aber okay. Wenn ich diesen Entferne dann habe ich ja nur den 
1M Ohm Widerstand dazwischen der den Strom begrenzt, so das der 
Eingangswiderstand noch weiter erhöht wird. Aber fange ich mir dann 
nicht auch noch wieder Störungen auf die Messleitung ein oder ist das 
ehr unkritisch?

Ich meine den Verstärker habe ich in ein Kasten gebaut und versucht mit 
Alufolie abzuschmieren wie gut das mir gelungen ist kann ich nicht genau 
sagen aber was ich sagen kann der Messwert am OpAmp Ausgang ist so gut 
wie Stabil.

Den Handy Test hat er auf jeden Fall überstanden.

Thomas schrieb:
> Ub + und - wenn vorhanden auch unmittelbar an den
> OP's stützenmit 100nF oder Tantal's.

Also 100nF(Folienkondensator) direkt an die Beinchen des OPAmps löten 
wäre glaubig am einfachsten.

Thomas schrieb:
> Also V=1

Mein Verstärker hat aber eine Verstärkung von 3. R_gain(R6)=10K und R7, 
R8 sind ja auch 10K.

Mfg

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