Dauerhafte Leitfähigkeitsmessung in Wasser

Louis schrieb:
> Jemand Ideen?

Isoliere dein Leitfähigkeitsmessmimik, d.h. isolierenden DC/DC-Wandler 
zur Versorgung und Datenübertragung über Optokoppler.

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!?

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.

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 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.

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 ?

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.

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.

Es ist doch so, oder?

Wo würdest du denn messen?

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