Hi *, ich möchte eine Schaltung zum dauerhaften Messen der Leitfähigkeit (bzw. später nach Kalibrierung umgerechnet in den Leitwert) in Wasser realisieren. Keine Batterielösung, sondern fest installiert. Die Daten wandern per I2C in einen uC. Es gibt allerdings zwei drei Besonderheiten, da ich schon einen pH-Sensor im Wasser habe, mit einem Bezugspotential größer 0 Volt! Jemand Ideen? Im Anhang ist eine (übliche?) Schaltung dafür zu finden. Jetzt kann ich die natürlich so nicht verwenden, wegen des Massebezugs. Ich dachte daran, die Elektroden mit Kerkos zu entkoppeln. Aber das scheint ja nicht so einfach zu gehen.
Angehängte Dateien:
Louis schrieb: > Jemand Ideen? Isoliere dein Leitfähigkeitsmessmimik, d.h. isolierenden DC/DC-Wandler zur Versorgung und Datenübertragung über Optokoppler.
> Isoliere dein Leitfähigkeitsmessmimik ..
ist nicht ganz so trivial, wenn es um Stroeme von pA geht.
Louis schrieb: > Im Anhang ist eine (übliche?) Schaltung dafür zu finden. Leitwert misst man immer mit Wechselspannung damit die Elektoden nicht korrodieren. Man braucht also einen Wechselspannungserzeuger und einen Synchrongleichrichter. Der Vorteil, da man mir Wechselspannung misst, ist, daß man dadurch Koppelkondensatoren einsetzen kann und so eine galvanische Trennung erhält, so daß deine pH-Elektrode nicht mehr stört, sondern das Wasser auf dem Potential der pH-Elektrode liegen kann. Hat man einen uC mit A/D-Eingängen, geht Leitwertmessung so
1 | ----+ Probe |
2 | PA0|---o o--+ |
3 | | | |
4 | PA1|--------+ |
5 | | | |
6 | PA2|-+ | |
7 | | | | |
8 | PA3|-+-10R--+ |
9 | uC | | |
10 | PA4|---1k---+ |
11 | | | |
12 | PA5|--100k--+ |
13 | | | |
14 | PA6|--10M---+ |
15 | ----+ |
16 | PA0 und PA2&3 oder PA4 oder PA5 oder PA6 erzeugen ein gegenphasiges Rechteckwechselsignal mit genau 50% Pulsbreite, die andeeren PAx sind inputs, PA1 misst den Spannungsteilereffekt, ist er zu klein muss auf einen andern Widerstandsausgang umgeschaltet werden. |
Mit 2 Kondensatoren C kann man nun die Probe galvanisch trennen
1 | ----+ Probe |
2 | PA0|--C--o o--C--+ |
3 | | | |
4 | PA1|--------+----- |
5 | | | |
6 | PA2|-+ | |
7 | | | | |
8 | PA3|-+-10R--+ |
9 | uC | | |
10 | PA4|---1k---+ |
11 | | | |
12 | PA5|--100k--+ |
13 | | | |
14 | PA6|--10M---+ |
15 | ----+ |
Ihre Werte müssen gross genug sein, damit sie während der Messung nicht leer werden, und klein genug, damit in endlicher Zeit sich die Potential anpassen können. Da der uC recht schnell umschalten und messen kann, reichen da 1uF, wenn der Leitwert nicht super-klein ist (10R oder 1k Messwiderstand nötig).
Hmmmm. Das sieht aber extrem simpel aus. Ich habe nichts gegen simple Lösungen (im Gegenteil). Aber es muss doch einen Grund geben, warum die Schaltungen, die man sonst so findet (mit teilweise 8 OPs und Wien-Robinson-Oszillator) komplexer sind!?
Louis schrieb: > Aber es muss doch einen Grund geben, warum die > Schaltungen, die man sonst so findet (mit teilweise 8 OPs und > Wien-Robinson-Oszillator) komplexer sind!? Aus der Steinzeit vor der Erfindung des uC. https://www.mikrocontroller.net/attachment/347666/0540_0549.pdf
Jetzt ist G. schrieb: > ist nicht ganz so trivial, wenn es um Stroeme von pA geht. Es geht um Ströme von ein paar Milliampere ;-) Louis schrieb: > Die Daten wandern per I2C in einen uC. Für I2C gibt es I2C-Isolatoren. Wenn man die Elektroden nicht zu sehr stressen will, macht man sowieso keine Dauermessung, sondern legt das Messsignal immer nur kurz an, sofern die erforderliche Zeitauflösung das sinnvoll erscheinen lässt. Bei vielen Anwendungen ändert sich alleine auf Grund der Trägheit des Messobjektes die Leitfähigkeit sowieso nur langsam. Sonst müsste der TO mal etwas konkreter werden. Und auch den pH-Wert muss man nicht unbedingt genau dann messen, wenn die Leitfähigkeitsmessung stattfindet.
Andere Methode waere ein Kondensator mit Wasser als Dielektrikum. Der Leitwert erhoeht dann die ohmschen Verluste.
Louis schrieb: > Im Anhang ist eine (übliche?) Schaltung dafür zu finden Die ist eher sehr unüblich. Messung mit Wechselstrom, Kopplung über Kondensatoren. Dazu noch würde ich die Wechselspannung abschalten, wenn nicht gerade der Leitwert gemessen wird, dann kann es auch keine Störungen der pH-Messung geben. Das ist ja kein Hexenwerk. Georg
Noch ein paar Fragen dazu: Der Innenwiderstand eines uC-Pins ist doch recht hoch, selbst bei Parallelschaltung von zwei. Hast du damit keine Genauigkeitsprobleme gehabt? Ich muss ja mit dem Umschalten warten, bis der ADC fertig gewandelt hat. Dadurch ist die Frequenz am Ende gar nicht so hoch. Das wiederum erhöht den (Blind)Widerstand der Kerkos. Reicht da 1µF wirklich? Übrigens, ja, mit "Dauermessung" meinte ich nicht, dass da die Elektroden die ganze Zeit rödeln sollen. Aber sie sind halt immer im Wasser, selbst wenn nur alle paar Sekunden oder gar Minuten eine Messung gemacht wird. Es reicht ja, nur dann Strom fließen zu lassen. Die pH-Messung findet in den Pausen statt. Das hatte ich schon vorab so geplant.
Louis schrieb: > Der Innenwiderstand eines uC-Pins ist doch recht hoch, selbst bei > Parallelschaltung von zwei. Das kommt auf den Maßstab an. Parallelschaltung halbiert ihn ziemlich genau ;-) Um welchen Leitfähigkeitsbereich geht es denn bei deiner Messung. In den zu messenden Widerstand geht sowohl Elektrodenabstand als auch -fläche ein.
Also erstmal der Bereich 0 bis 1000 uS/cm. Sensor habe ich mir noch keinen besorgt. Es gibt wohl welche mit Zellenkonstante 0.1, 1 und 10. Ich suche mir erstmal einen preiswerten, den ich zur Not auch schrotten kann, wenn's Probleme gibt. Ich habe mir mal dein Dokument angesehen. Das Messprinzip ist da (Zeitmessung) ja deutlich anders als das, was du in eigenen Worten beschrieben hast (ADC). Welche Methode ist denn genauer? Mit (wie die schreiben) 3 kHz kommt man beim ATmega wohl haarscharf hin, wenn man die volle Genauigkeit des ADC haben möchte.
Achso, es soll später einfach erweiterbar sein auf 40-50 m(!)S/cm.
>> Jetzt ist G. schrieb: >> ist nicht ganz so trivial, wenn es um Stroeme von pA geht. > >Es geht um Ströme von ein paar Milliampere ;-) Dann willst du ein starke Salzploerre messen und richtig Chemie an den Elektroden machen..
geht nicht. sobald strom fließt, auch nur kurz gibt es einen galvanischen Effekt. Irgendwann (kann Jahre dauern) ist die Elektrode tot. Außer man misst optisch...
Also, ich habe das mal wie von Laberkopp beschrieben aufgebaut, bzw. einen einzelnen Messbereich (1k5-Widerstand). Die Frequenz ist 5 kHz und der ADC misst immer zur halben Periode nach dem Umpolen. Die Elektrode ist laut Händler platiniert und hat eine Zellenkonstante von ca. 1,1. Kalibriert habe ich noch nix, aber es geht ja erstmal nur um das Prinzip. Die Kondensatoren sind Kerkos 4,7 µF 50V X7R. Im Wasser meiner uralten Osmoseanlange kriege ich 180 µS als Messwert raus. Der bleibt auch ziemlich konstant, wenn man von leichten Temperaturschwankungen absieht (was sich ja später rausrechnen lässt). Leider sieht die Messung in Leitungswasser anders aus. :( Der Wert ist hier 650 µS (das kommt mit dem Wert vom Wasserwerk hin), sinkt aber langsam ab. Beide Messungen finden in Gläsern statt, in denen sich nichts außer dem Messwasser und der Elektrode befindet. Ich habe den Verdacht, dass sich das Wasser zersetzt oder zumindest irgendetwas ausgefällt wird (Karbonat), was dann die Elektrode teils isoliert. Habt ihr Ideen? Frequenz hoch? Spannung runter (wird sehr schwierig, weil der µC mit 5 Volt laufen muss)? Kerkos durch andere ersetzen (welche)?
Ich nehme an, daß CO2 aus dem frischen Leitungswassser ausgast und daher der Leitwert wirklich anders ist. Koch es mal vorher ab zum entgasen. Ich würde übrigens Folienkondensatoren nehmen, ist ja eine Messanwendung.
:
Bearbeitet durch User
Ich werde mal zwei Gläser vorbereiten, beide gleich alt und stelle die Elektrode morgen in das andere Glas. Dann sehe ich, ob sich das Wasser durch die Elektrode verändert oder von alleine. Danach nochmal eine Messung mit ganz frischem Wasser, damit ich sehe, ob die Elektrode möglicherweise einfach nur langsam verkalkt. Folie heißt Polypropylen oder Polyester oder Polymer oder?? Ich dachte bis vor kurzem auch noch, Kerkos hätten einen tollen Leckstrom... daher habe ich gar nicht daran gedacht, mir etwas anderes zu besorgen.
Ok, das Experiment mit dem frischen Wasser im Vergleich zu abgestandenem kann man streichen. Ich habe gerade festgestellt, dass das Wasser hier aus verschiedenen Quellen gemischt wird und das merkt man auch: Verschiedener Leitwert bei frischem Wasser je nach Uhrzeit. Habe eben bei einem neuen Glas 100 µS mehr gemessen. Bevor ich die Sonde aus dem alten Glas rausnahm, habe ich mal gerührt und der Leitwert sank ein ganzes Stück. Das spricht ja dafür, dass an der Oberfläche schon CO2-armes Wasser war, was dann erst nach dem Verrühren in Erscheinung trat. Kann also wirklich sein, dass das nur daran liegt.
Es macht einen großen Unterschied, wie man das Glas füllt. Mit stark aufgedrehtem Hahn und sprudelnd durch den Perlator. Dann entweicht das CO2 schnell. Oder eben langsam, dann ist noch viel CO2 vorhanden. Irre, welchen Einfluss das hat. Hast du einen Vorschlag/Link zu einem passenden Folienkondensator? Ich tue mich schwer, zu beurteilen, ob ein PET-Folko reicht oder ob es ein PP sein muss.
Louis schrieb: > Übrigens, ja, mit "Dauermessung" meinte ich nicht, dass da die > Elektroden die ganze Zeit rödeln sollen. Aber sie sind halt immer im > Wasser, selbst wenn nur alle paar Sekunden oder gar Minuten eine Messung > gemacht wird. Dann werden sich Biofilme auf den Elektroden bilden und du kannst gleich die Messwerte durch würfeln ermitteln.
ach, naja. letztlich kochen die kommerziellen messgeräte auch nur mit dem sprichwörtlichen wasser.
Louis schrieb: > Hast du einen Vorschlag/Link zu einem passenden Folienkondensator? Ich > tue mich schwer, zu beurteilen, ob ein PET-Folko reicht oder ob es ein > PP sein muss. Egal welcher, normalerweise nimmt man Wima MKS, aber auch PET jeden anderen Herstellers gehen und auch alle anderen Folienkondensatoren sind besser als hochkapazitive Keramik, die ihre Kapazität mit der anliegenden Spannung verändert und Piezoeffekte hat, man braucht keine teuren Teflon, PP oder Styroflex.
nachtmix schrieb: > Dann werden sich Biofilme auf den Elektroden bilden Deshalb soll man die Messeinrichtung regelmäßig mit Hilfe einer Kalibrierlsg. überprüfen.
Ich werde mal schauen, ob ich Folkos auftreiben kann. Mein aktuellstes Problem ist, dass das Eintauchen der pH-Sonde den gemessenen Leitwert um ca. 4-5% reduziert. Nach dem Rausziehen ist der Wert wieder wie vorher. Meint ihr, das kommt auch von den Leckströmen? Die pH-Sonde hat, wie schon geschrieben, einen Offset von 0,5 Volt gegenüber der Platinenmasse. Es macht allerdings keinen Unterschied. Wenn ich die Sonde statt dessen schirmseitig einfach auf Masse klemme, passiert das Gleiche.
Wir reden seit dem letzten Post von gleichzeitiger Messung von Leitwert und pH-Wert. Angekündigt was dieses Ziel schon ganz oben.
Also ich messe Leitwert und PH Wert über natürlich getrennte Elektroden. Geht ja nicht anders. Aber diese sind in keins der Weise von einander abhängig, oder beinflussen sich nicht gegenseitig. Für den Eingang des PH-Wertes muss sehr hochohmig, und sauber gearbeitet werden. uA ist noch übertrieben, was die Elektrode abgibt. 8 Op's könnte sein. Ob das Leitwertmessgerät mit Wechselspannung arbeitet, wage ich zu bezweifeln. Weiß ich aber auch nicht.
Ach ja, meine Elektroden sind seit Jahren im Aquarium. PH gibt natürlich von Zeit zu Zeit den Geist auf, bzw will nachkallibriert werden.
Mit dem pH-Signal habe ich überhaupt keine Probleme. Die Messung ist stabil und genau. Als OP habe ich einen LMC6482 verwendet. Freiluftverdrahtung von der BNC-Buchse zum OP, usw. Wie gesagt, das ist auch überhaupt nicht das Problem. Es reicht, wenn ich nur den Schirm der pH-Sonde, also nur deren Referenzelektrode anschließe. Und es spielt keine Rolle, ob an Masse oder einem Offset. Dann messe ich einen zu kleinen EC-Wert.
Der Massebezug, wie oben angeschrieben, sollte nicht wirklich das Problem sein. Auch auf einer Ein-Platinen-Version. Besser wäre aber absolut getrennt. Oder 'saubere' sternförmige Masseführung zur Stromversorgung hin. Die Gerätschaften sollten sich nicht wirklich stören. Evt. liegt da ein Problem mit der Eingangsimpendanz vor. Die PH-Elektrode nimmt das sehr schnell übel, da wirklich nur pA. Welche Elektroden verwendest Du ? Mettler-Toledo ?
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521 Bytes
Das sind derzeit preiswerte China-Elektroden, damit der Schaden nicht allzu groß ist, wenn etwas schief geht. Das "falsche" Signal ist übrigens in sich frei von Rauschen o.ä. Mit unsauberer Masse hat das nichts zu tun. Nach einigem Nachdenken (siehe Anhang): Wenn ich PWM_EC_INVERT abschalte und den Pin zusätzlich als Eingang(!) schalte, hängt ja diese Seite der Elektrode "in der Luft" (Wortspiel völlig unbeabsichtigt) und ich sollte 0 µS messen. Tatsächlich kann aber ja dann trotzdem ein Strom fließen, wenn das Wasser selbst auf einem Potential ist (nämlich dem der pH-Elektrode). Also erhalte ich dann fälschlicherweise einen Wert >0. Ich nehme an, dass dieser Effekt auch meine normale Messung verfälscht.
Zugegebener weise bin ich nicht wirklich in dem Problem. Aber wirklich vermeiden sollte man solche Konstellationen schon, dass irgendwelche Pole frei in der Luft hängen. Warum strebt man saubere Leiterbahnen an, um dann irgendwelche 'Luftsprünge zu machen. Sorry - bitte keine neuen Probleme/Fehler einschleifen. Elektroden, wenn in Betrieb, immer auf Potentialbezug halten, oder raus. Sonst Schäden evtl an den Elektroden.
Louis schrieb: > Wenn ich PWM_EC_INVERT abschalte und den Pin zusätzlich als Eingang(!) > schalte, hängt ja diese Seite der Elektrode "in der Luft" (Wortspiel > völlig unbeabsichtigt) und ich sollte 0 µS messen Nein, dein Beckenwasser hat auch eine Kapazität zu anderem Potential, z.B. Erde (Schutzleiter) oder eben Masse vom pH-Meter. Du hast 2 Kondensatoren, das ist gut, es sollte sich nach längerer Zeit dieselbe Spannung an beiden einstellen, nur durch die Messung ständig am Schwanken aber bei beiden auf gleiche Art. Wenn nun die pH-Elektrode im Wasser hängt, wäre alles in Ordnung, wenn dadurch das Becken auf ein gleichmässiges Potential gehoben wird. Wenn aber die pH-Elektrode z.B. auf ihrer Masseleitung eine Einstreuung aus dem 50Hz Netz hat, kommt es ständig zu Polaritätsverschiebungen. Die sollten imMittel zwar auch 0 werden, aber vielelicht misst du nicht mittelnd genug.
Das Rechtecksignal hat knapp unter 5 kHz, ist eine krumme Zahl, kein Vielfaches von 50 Hz und ich messe bei jeder Periode, insgesamt 2^12 = 4096 Mal, mittele und rechne dann. Das Ganze dauert also immer knapp über eine Sekunde und sollte eigentlich alles rausfiltern.
Habe selbst Aquarien. Messe derzeit noch mit 'alten' Leitwert-/ PH Eletrode. Diese sind absolut stabil. Aber keinen Ramsch aus China. Die PH-Eletrode kann allein vom Transport defekt sein (ausgetrocknet). Wie willst Du dass je erkennen? Auch deutsche Gel-Elektroden sind nicht der Hit, geschweige Lebensdauer.
Ich kann das Wasser auch auf anderem Wege mit einem Potential verbinden (z.B. über einen Widerstand). Dazu brauche ich keine pH-Elektrode. Der Effekt tritt auch dann auf und zwar unterschiedlich je nach Widerstandswert.
Louis schrieb: > Es ist doch so, oder? Merkwürdiges ANSTEIGEN der Spannung, hätte ein abfallen vermutet, weiss aber nicht was du misst. Gross A und gross B ist V(a) und V(b) aber warum misst man dort ?
In der Tat messe ich ein Fallen des Leitwerts (= sinkende Spannung). Aber vielleicht stimmt mein "Becherglas-Ersatzschaltbild" auch nicht.
also, ich sehe da im spice auch eine fallende spannung a gegenüber b du misst ja die spannung wenn die rechte quelle/pwm gerade 0 volt hat
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