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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Widerstandsmessung geht im trockenen, aber nicht im Wasser - versteh ich nicht


Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

Ich möchte den Widerstand von Wasser messen. Aufgebaut habe ich dazu 
eine Anregung mit 1 kHz Rechteck-Wechselspannung, ca 100 mV. Die 
Spannung über die zu messende Strecke wird mit zwei zusätzlichen 
Elektroden abgegriffen (4-Leiter). Das AC-Signal wird mit einem INA131 
verstärkt. Ein Eingang geht zusätzlich über 10 k an Masse, der 
Referenzeingang ist ebenfalls an Masse.

Wenn ich einen einfachen 10 Ohm-Widerstand anschließe, funktioniert 
alles tadellos (Bild1). Wenn ich aber den exakt selben Aufbau mit den 
selben Elektroden (Krokos) ins Wasser bringe (ohne den Widerstand), dann 
funktioniert es eben nicht mehr. Das AC-Signal sehe ich noch am Eingang 
(Bild 2, Channel 2 / gelb). Aber der Ausgang liefert nur konstant 
Vollausschlag.

Was ich nicht verstehe: Wieso funktioniert die Schaltung im trockenen, 
und wieso hängt der INA bei Vollausschlag, wenn ich keinen Ohmschen 
Widerstand habe sondern Wasser?

Hat jemand einen Vorschlag?

Thom.

Autor: hinz (Gast)
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Die elektrische Leitfähigkeit von Wasser wird gerne maßlos überschätzt.

Autor: Thomas P. (thompe)
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> Die elektrische Leitfähigkeit von Wasser wird gerne maßlos überschätzt.

In diesem Fall nicht, denn deswegen habe ich ordentlich Salz ins Wasser 
getan. Und wie man in Bild 2 sieht, fallen über die Messstrecke ca. 25 
mV ab, die nach der Verstärkung etwa 2,5 V ergeben sollten.

Thom.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Der Strom der durch das Wasser fließt hängt im wesentlichen
von der Oberfläche der Elektroden ab.

 Thomas P. schrieb:
>Wenn ich aber den exakt selben Aufbau mit den
>selben Elektroden (Krokos)

Wie groß ist denn die Oberfläche deiner (Krokos)?
Nimm mal Elektroden mit einer Oberfläche von 1m²,
dann sieht es schon anders aus.

Autor: hinz (Gast)
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Zeig halt deine komplette Schaltung.

Autor: Thomas P. (thompe)
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> Der Strom der durch das Wasser fließt

Viel Strom will ich ja genau nicht haben. Und eine ausreichend große 
Wechselspannung liegt an den Eingängen des INA ja an. Nur verstärkt er 
die nur dann, wenn kein Wasser sondern ein Widerstand dranhängt.

> Zeig halt deine komplette Schaltung.

Klar. Siehe Anhang.

Thom.

Autor: hinz (Gast)
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Thomas P. schrieb:
>> Zeig halt deine komplette Schaltung.
                   ^^^^^^^^^
> Klar. Siehe Anhang.

Ich habs dir unterstrichen.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Thomas P. schrieb:
>> Zeig halt deine komplette Schaltung.

Wo liegst du mit den Eingangsspannungen des INA131 bezogen auf seine 
Versorgungsspannung?

Autor: Wühlhase (Gast)
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Klemm an die Krokos mal ein paar Blechstücke an und halte die ins 
Wasser. Der Hinweis mit der Kontaktoberfläche ist nicht zu 
unterschätzen.

Autor: Thomas P. (thompe)
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> Ich habs dir unterstrichen.

(Sigh)

Den µC mit Spannungsregler mal ich nicht, das ist mir zu doof.

> Wo liegst du mit den Eingangsspannungen des INA131 bezogen auf seine
Versorgungsspannung?

Bei +/- 10...50 mV, also ziemlich genau in der Mitte zwischen +9V und 
-9V


Thom.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Wo ist im Schaltplan nun das Wasser?

Autor: Thomas P. (thompe)
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> Wo ist im Schaltplan nun das Wasser?

Ich hab's mit einer Punktlinie markiert. Vier Elektroden für Vierleiter.

Thom.

Autor: Achim S. (Gast)
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Wolfgang schrieb:
> Wo liegst du mit den Eingangsspannungen des INA131 bezogen auf seine
> Versorgungsspannung?

Die Frage mal umformuliert in einen Vorschlag: miss doch mal beide 
Eingänge des INA131 in DC-Kopplung mit deinem Oszi und zeig uns die 
Ergebnisse.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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So wie du den OP-Amp beschaltet hast vergleicht er die beiden 
Eingangsspannungen und liefert am Ausgang ein High, wenn die Spannung am 
Plus-Eingang höher ist, als am Minus-Eingang.

Wenn der Sensor im trockenen liegt, hat der Plus-Eingang keine 
definierte Spannung. Das Ausgangssignal ist dann also ein 
Zufallsprodukt.

Wenn der Sensor im Wasser liegt, hängt das Ergebnis sehr stark davon ab, 
wie er konstruiert ist. Erzähle mal mehr dazu.

Was deine 10kΩ angeht: Für einen Blumentopf könnte das passen, aber 
nicht für normales Leitungswasser. Da musst du mindestens eine Dekade 
höher gehen.

Autor: hinz (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> So wie du den OP-Amp beschaltet hast vergleicht er die beiden
> Eingangsspannungen und liefert am Ausgang ein High, wenn die Spannung am
> Plus-Eingang höher ist, als am Minus-Eingang.

Nein, das ist doch ein Instrumentenverstärker.


Allerdings betreibt er ihn ausserhalb des erlaubten 
Eingangsspannungsbereichs.

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
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Thomas P. schrieb:

> In diesem Fall nicht, denn deswegen habe ich ordentlich Salz ins Wasser
> getan

Vorsicht, wenn das Salz Natriumchlorid heisst, dann entsteht bei der 
Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor (ungesund) und in der Lösung 
Natronlauge (ätzend).

Autor: Thomas P. (thompe)
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Achim S. schrieb:
> miss doch mal beide
> Eingänge des INA131 in DC-Kopplung mit deinem Oszi und zeig uns die
> Ergebnisse.

Gute Idee!

Wenn ich einen Widerstand trocken einhänge, habe ich keinen DC-Offset. 
aber im Wasser sind das über 500 mV. Bei 100x Verstärkung ist das dann 
deutlich mehr als die Betriebsspannung. Hängt der INA deshalb bei 
Vollausschlag fest?

Und was mache ich dagegen? Ich verstehe immer noch nicht den Unterschied 
zwischen Wasser und trockenem Widerstand.

@ Stefanus:

Das ganze soll für Seewasser gehen, Leitfähigkeit ist also nicht das 
Problem. Die Elektroden sind simpler Edelstahldraht. Und der OPV ist ein 
Instrumentationsverstärker mit fixen 100x Verstärkung.

Thom.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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C. A. Rotwang schrieb:
> entsteht bei der Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor

in homöopathischen Dosen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Wie ist dein Sensor aufgebaut?

Autor: my2ct (Gast)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Vorsicht, wenn das Salz Natriumchlorid heisst, dann entsteht bei der
> Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor (ungesund) und in der Lösung
> Natronlauge (ätzend).

Bei einem Strom von 0,5mA sind das wieviel Mol pro Stunde?
Autoabgas sind auch gefährlich und trotzdem gehst du auf die Straße ...

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Rotwang

Da entsteht kein Chlor, denn die Spannung übers Wasser ist bei <200 mV.

@ Stefanus

Ds ist nicht viel zu beschreiben. Dass sind vier Edelstahldrähte im 
Wasser fixiert.

Thom.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Thomas P. schrieb:
> Ds ist nicht viel zu beschreiben. Dass sind vier Edelstahldrähte im
> Wasser fixiert.

Ich gebe auf.

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
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my2ct schrieb:
> C. A. Rotwang schrieb:
>> Vorsicht, wenn das Salz Natriumchlorid heisst, dann entsteht bei der
>> Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor (ungesund) und in der Lösung
>> Natronlauge (ätzend).
>
> Bei einem Strom von 0,5mA sind das wieviel Mol pro Stunde?
> Autoabgas sind auch gefährlich und trotzdem gehst du auf die Straße

Mach mal Selbstversuch, häng Deine Nase direkt drüber und zieh durch - 
dann reden wir weiter (doch das geht noch).
Und vielleicht hatt der TO Haustiere, dennen tut so ein Schluck leichte 
Natronlauge sicher auch gut ...
Vorsicht heisst ja nun nicht, mal soll es garnicht tun...

Autor: hinz (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Da entsteht kein Chlor, denn die Spannung übers Wasser ist bei <200 mV.

Und es ist ja Wechselspannung von ausreichend hoher Frequenz.

Aber um sicher zu gehen, nicht wegen Vergiftung: mach mal Kondensatoren 
in die Zuleitungen.

Autor: my2ct (Gast)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Und vielleicht hatt der TO Haustiere, dennen tut so ein Schluck leichte
> Natronlauge sicher auch gut ...

Alle reden von CO2. Die Kohlensäure wird mit der Natronlauge kurzen 
Prozess machen. ;-)

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Rotwang:

> häng Deine Nase direkt drüber und zieh durch - dann reden wir weiter

Ja, aber eigentlich Nein. Chlor braucht was um 1,36 V für die 
Chlorgas-Bildung. Bei mir gibt es bei <200 mV keine Blasenbildung und 
keinen Chlorgeruch. habs gerade nochmal überprüft.

@ hinz

> mach mal Kondensatoren in die Zuleitungen.

In welche? Von der Anregung mit dem Rechteck? Oder in die, die zum INA 
gehen? Soll DC blocken und AC durchlassen, richtig?

Thom.

Autor: hinz (Gast)
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Thomas P. schrieb:
>> mach mal Kondensatoren in die Zuleitungen.
>
> In welche? Von der Anregung mit dem Rechteck? Oder in die, die zum INA
> gehen?

Ersteres.


> Soll DC blocken und AC durchlassen, richtig?

Ja.

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> @ Rotwang:
>
>> häng Deine Nase direkt drüber und zieh durch - dann reden wir weiter
>
> Ja, aber eigentlich Nein. Chlor braucht was um 1,36 V für die
> Chlorgas-Bildung.

Hm, kein Clor heisst doch keine Clor-Ionen-Bewegung?
Und Keine Ionen-Bewegung heisst kein Strom?

Das ist doch der Unterschied zwischen der Stromleitung in metallischen 
leitern (Energietransport übers Festkörpergitter) und leitfähigen 
Lösungen (Energietransportdurch Ioenen transport)?!

Naja Studium ist ein paar Jahrzehnte her.
Ich  hab "damals" mit Eisanbahntrafo und Kohle-elektrode gearbeitet, da 
war schon ganz schön Bewegung in der Brühe.

Autor: Thomas P. (thompe)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Hm, kein Clor heisst doch keine Clor-Ionen-Bewegung?
> Und Keine Ionen-Bewegung heisst kein Strom?

Doch, doch. Die Chlorid-Ionen wandern natürlich zur Anode, aber mit 
endlicher Geschwindigkeit. Da ist die Wechselspanung mit 1 kHz schneller 
als dass die Ionen nennenswert weit kommen können.

Thom.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ hinz:

Reicht es den Hochpass auf einer Seite einzubauen, oder muss / sollte 
das symmetrisch sein?

Thom.

Autor: hinz (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> @ hinz:
>
> Reicht es den Hochpass auf einer Seite einzubauen, oder muss / sollte
> das symmetrisch sein?

Beide Seiten.

Autor: Werner H. (werner45)
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Meine Güte!
Für eine Elektrolyse braucht man GLEICHSTROM, bei Wechselstrom gibt es 
nur Erwärmung der Brühe, weil eben keine Elektrolyse stattfindet.

Autor: Jonas B. (jibi)
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Autor: Kaktusbombe (Gast)
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Du sagst, du misst per 4-Leiter Technik: Heißt das, du hast 4 separate 
Elektroden im Wasser? Oder enden deine Messleitungen zusammen mit den 
Anregungsleitungen in derselben Elektrode im Wasser? Wenn du in Wasser 
misst, spielt auch die räumliche Verteilung der Messpunkte eine Rolle.

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
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Werner H. schrieb:
> Meine Güte!
> Für eine Elektrolyse braucht man GLEICHSTROM, bei Wechselstrom gibt es
> nur Erwärmung der Brühe, weil eben keine Elektrolyse stattfindet.

Also ist es völlig ungefährlich wenn ein defektes Stromkabel an der 
Steckdose und im Wasser hängt?? Muss ich gleich die FI's ausbauen und 
auf ebay an einem Dummen verkaufen.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Kaktusbombe:

> Heißt das, du hast 4 separate Elektroden im Wasser?

Ja.

> Wenn du in Wasser misst, spielt auch die räumliche Verteilung der
> Messpunkte eine Rolle.

Stimmt. Die beiden Mess-Elektroden sind zwischen den beiden 
Anregungselektroden. Ja nach Abstand der Mess-Elektroden kann ich den 
Spannungsabfall zwischen den beiden Elektroden variieren.

Thom.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Thomas P. schrieb:
> Die beiden Mess-Elektroden sind zwischen den beiden
> Anregungselektroden.

Ist das denn so schwer, den Aufbau deines Sensors verständlich zu 
beschrieben? Mach doch wenigstens ein Foto!

Autor: Georg M. (g_m)
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Thomas P. schrieb:
> ca 100 mV.

"Die Messzelle wird derart konstruiert, dass der Elektrolyt einen großen 
Widerstand erhält; die dann erforderliche Spannung ist so groß, dass die 
Polarisationsspannung dagegen vernachlässigbar klein ist."

https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrolytische_Leitfähigkeit

Autor: Achim S. (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> Ist das denn so schwer, den Aufbau deines Sensors verständlich zu
> beschrieben?

Es sind einfach 4 Drähte, die ins Wasser hängen.

Thomas P. schrieb:
> Und was mache ich dagegen? Ich verstehe immer noch nicht den Unterschied
> zwischen Wasser und trockenem Widerstand.

Offenbar stellt sich ein Kontaktpotential ein, das deinen Verstärker in 
Sättigung treibt. Eine erste Gegenmaßnahme wäre, beide Eingänge deines 
Verstärkers symmetrisch zu behandeln (also nicht einen per 10kOhm auf 
Masse zu ziehen, den anderen offen lassen)

Ansonsten kannst du auch - wie schon von anderen vorgeschlagen, das 
Messsignal AC-koppeln. Also in beide Eingangspfade Längskondensatoren. 
Und hinter die Kondensatoren (also direkt an den Verstärkereingang) 
jeweils hochohmige Widerstände gegen Masse, um das DC-Potential 
festzulegen.

Autor: MaWin (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Klar. Siehe Anhang

Die 10k nach Masse sind doof.

Nimm je 470k zu dem zugehörigen Aussenpol.

Autor: Roland E. (roland0815)
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Dass das Wasser höchstwahrscheinlich geerdet ist, hast du 
berücksichtigt?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Achim S. schrieb:
> Es sind einfach 4 Drähte, die ins Wasser hängen.

In welcher Reihenfolge, mit welchen Abständen und welchen Längen?

Es geht um die relativen Unterschiede der vier Elektroden zueinander, 
die spielen eine sehr große Rolle bei der Funktion.

Autor: äxl (Gast)
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Es geben wirklich alle ihr bestes ...
Nimm Dir doch mal dein Handy und mach'n paar Bilder. Auch wenn es Dir 
eigentlich "zu blöd" ist.
Ich steige nämlich auch nicht ganzu hinter.
LG
Äxl

Autor: Achim S. (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Wenn ich einen Widerstand trocken einhänge, habe ich keinen DC-Offset.
> aber im Wasser sind das über 500 mV.

Es fehlt übrigens immer noch die Messung beider Eingangssignale mit 
dem Oszi. Dein Verstärker arbeitet mit der Differenz beider Größen - ein 
einzelnes  Signal anzuschauen bringt nicht viel.

Stefanus F. schrieb:
> Es geht um die relativen Unterschiede der vier Elektroden zueinander,
> die spielen eine sehr große Rolle bei der Funktion.

Für eine aussagekräftige Interpretation des Messwerts: ja, da ist die 
Geometrie wichtig.

Für die aktuelle Fehlfunktion glaube ich eher nicht, die ergibt sich 
imho aus der ungeschickten Beschaltung des Verstärkers. Aber ich würde 
ebenfalls Äxls Empfehlung unterstützen:

äxl schrieb:
> Es geben wirklich alle ihr bestes ...
> Nimm Dir doch mal dein Handy und mach'n paar Bilder. Auch wenn es Dir
> eigentlich "zu blöd" ist.

Damit würde man vielleicht zusätzlich auch gleich schauen können, ob 
evtl. Rolands Vermutung stimmt:

Roland E. schrieb:
> Dass das Wasser höchstwahrscheinlich geerdet ist, hast du
> berücksichtigt?

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

Vielen Dank erstaml für die konstruktiven Hinweise.

@ Stefanus:

> Mach doch wenigstens ein Foto!

Okay, siehe oben. Ich hoffe, du bist nicht enttäuscht. An den beiden 
äußeren Elektroden liegt die Rechteckspannung an, an den beiden inneren 
Elektroden messe ich.

@ Roland:

> Dass das Wasser höchstwahrscheinlich geerdet ist, hast du berücksichtigt?

Ist es nicht, siehe Foto.

@ MaWin:

> Die 10k nach Masse sind doof. Nimm je 470k zu dem zugehörigen Aussenpol.

Probiere ich heute abend gern aus. Was ist in diesem Fall das Problem 
mit den 10k? Mir schwant, dass der 10k vom Eingang einen Spannungsteiler 
zusammen mit den 10k "Polster"-Wiederständen der Anregung ergibt.

Ich habe auch den Eindruck, dass es vielleicht keine so besonders gute 
Idee war, die beiden Batterien zu unsymmetrisch zu belasten. Die +9V 
versorgen ja den INA und den µC, während die -9V nur den INA versorgt. 
Die beiden Batterien entladen also unterschiedlich schnell, was dann zu 
so doofem Offset führen könnte.

@ Achim & hinz

> AC-koppeln. Also in beide Eingangspfade Längskondensatoren

Die Anregung (Die Rechteckspannung) zu entkoppeln erscheint mir 
plausibel. Oder doch lieber die Messleitungen? Oder ist es am Ende Egal?

Zur Dimensionierung der Kondensatoren. Per Daumenpeilung fließen etwa 
0,25 C pro Halbwelle, was bei 0,1 V etwa 2,5 µF entspricht. Mit ein 
wenig Reserve würde ich also 10 µF Kondensatoren nehmen. Kommt das hin?

Thom.

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Autor: Achim S. (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Die Anregung (Die Rechteckspannung) zu entkoppeln erscheint mir
> plausibel. Oder doch lieber die Messleitungen? Oder ist es am Ende Egal?

In jedem Fall musst du die DC-Offsets von den Eingängen des Verstärkers 
fernhalten. Die können sich durch die Wechselwirkung des Metalls mit der 
Salzpampe bilden, d.h. es reicht auf keinen Fall, die Treiberleitungen 
zu entkoppeln.

Als erstes (und wichtigstes) würde ich an deiner Stelle die Eingänge zum 
Verstärker identisch behandeln. Also beiden einen identischen Widerstand 
spendieren, so dass beide die identische DC-Signalverschiebung sehen. 
Mein Vorschlag wäre z.B. für beide einen 1MOhm Widerstand gegen den GND 
deiner Schaltung.

Vielleicht reicht das alleine schon. Ansonsten gehst du mit den 
Längskondensatoren davor auf Nummer sicher. Zu deren Dimensionierung: 
sie bilden mit dem nachfolgenden Widerstand einen Hochpass, dessen 
Grenzfrequenz weit unter deinen 1kHz liegen sollte. Wenn der Widerstand 
im MOhm bereich liegt (nicht wie bisher 10kOhm), dann bist du mit µF gut 
dabei.

Thomas P. schrieb:
> Die beiden Baterien entladen also unterschiedlich schnell, was dann zu
> so doofem Offset führen könnte.

Das tun sie. Aber das hat nichts mit deinem Offset zu tun. In deiner 
Messung sieht man z.B., dass das Signal negativ ist, obwohl dein Treiber 
nur positive Spannungen anlegt. Die Ursache liegt also imho in der 
Wechselwirkung des Metalls mit der Salzpampe, die zu 
Potentialverschiebungen führt. Und in der Tatsache, dass du diese 
Potentialverschiebungen in deiner Schaltung bei beiden Eingängen 
unsymmetrisch behandelts (mal mit 10kOhm, mal hochohmig)

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Achim:

> für beide [Eingänge] einen 1MOhm Widerstand gegen den GND
> Ansonsten gehst du mit den Längskondensatoren davor auf Nummer sicher

Einverstanden, werde ich heute abend versuchen. Rückmeldung dazu wird 
also etwas dauern.

Thom.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Ich sehe auch garkeine Gegenkopplung in deiner Schaltung,
bei OPV-Schaltungen ist daß eigentlich üblich um die
Verstärkung einzustellen.

Autor: hinz (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Ich sehe auch garkeine Gegenkopplung in deiner Schaltung,
> bei OPV-Schaltungen ist daß eigentlich üblich um die
> Verstärkung einzustellen.

Es ist doch ein Instrumentenverstärker!

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Günter

> Ich sehe auch gar keine Gegenkopplung [...] um die Verstärkung einzustellen.

Das ist ein Instrumentenverstärker mit fixem Gain.

Thom.

Autor: jemand (Gast)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Also ist es völlig ungefährlich wenn ein defektes Stromkabel an der
> Steckdose und im Wasser hängt?? Muss ich gleich die FI's ausbauen und
> auf ebay an einem Dummen verkaufen.

Nur weil kein Chlor entsteht, muss es deswegen nicht ungefährlich sein.
Der FI ist kein ClI  (Chlorgasschutzschalter) sondern ein 
Fehlerstromschutzschalter. Nicht das Chlor oder die Elektrolyse bringt 
dich um, sondern die Wärme (10kV) oder das Herzkammerflimmern (bei 
230V).

Der TE macht das richtig. Das Problem ist nämlich, dass sonst die 
Elektroden wegkorridieren. Mit AC findet keine Elektrolyse statt, und 
damit auch keine Korrosion. der Stromfluss geht über die 
Doppelschichtkapazität, da werden keine Elektonen an Ionen abgegeben 
oder von Ionen entrissen.

Das hier könnte ein interessanter Link sein:
https://gasstationwithoutpumps.wordpress.com/2012/08/12/conductivity-of-saline-solution/

Autor: Werner H. (werner45)
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Die Elektroden sind VIEL zu weit auseinander!
Bei kommerziellen Konduktometern ist der Abstand kleiner als 1 cm und 
die Elektrodenfläche dabei etwa 50 mm².
Informiere Dich mal über Leitfähigkeitsmessung.

Gruß   -   Werner

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Werner

> Die Elektroden sind VIEL zu weit auseinander!

Das kann man so pauschal nicht sagen ohne dem Risiko umrecht zu haben. 
Mir geht es hier darum zu verstehen, warum meine Schaltung nicht wie 
erwartet funktioniert, und da dürfte der Elektrodenabstand von 
untergeordnetem Interesse sein.

Thom.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ich denke, dass durch die Elektroden+Flüssigkeit relativ zum 10kΩ 
Widerstand viel zu wenig Strom fließt.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> Ich denke, dass durch die Elektroden+Flüssigkeit relativ zum 10kΩ
> Widerstand viel zu wenig Strom fließt.

Dann würde aber das Signal am Eingang nicht zu sehen sein.

Thomas P. schrieb:
> Das AC-Signal sehe ich noch am Eingang (Bild 2, Channel 2 / gelb).

Autor: Msd (Gast)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Vorsicht, wenn das Salz Natriumchlorid heisst, dann entsteht bei der
> Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor (ungesund) und in der Lösung
> Natronlauge (ätzend).

Hier nicht relevant Klugscheißer.

Autor: Jonas B. (jibi)
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>>Informiere Dich mal über Leitfähigkeitsmessung.

Eben, dann würde auch klar werden, dass die Temperatur der Flüssigkeit 
hierbei nicht vernachlässigbar ist. Gerade später im Meer, schwankt die 
doch sicherlich?! In dem von mir oben verlinkten Video wird darauf 
eingegangen, ich habe die Schaltung selbst nachgebaut, putzig an der 
Lösung fand ich die Benutzung eines Schukosteckers als Elektrode...

Gruß J

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Wolfgang schrieb:
> Dann würde aber das Signal am Eingang nicht zu sehen sein.

Ist ein valides Argument. Solange ich aber nicht die  Signale beider 
Eingänge gesehen habe, will ich mich dazu nicht weiter äußern, weil es 
in zu viel wildem Raten ausarten würde.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

So, ich habe jetzt beide Verstärkereingänge per 1 MOhm gegen Masse.

Die Schaltung funktioniert jetzt besser in dem Sinne, dass der 
Verstärker das verstärkte AC-Signal plus einem DC-Offset erzeugt.

Aber das DC-Offset driftet durch alles mögliche. Ich kann sogar mit 
isolierten Fingern an den Elektroden wackeln, und der Offset driftet. 
Wenn ich alles in Ruhe lasse, geht der Offset langsam wieder gen null.

Ich werde dann mal die Längskondensatoren in die Messleitungen 
einsetzen, dass sollte das beheben.

Thom.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

Ich habe jetzt den Hochpass an den beiden Eingangsleitungen durch 
jeweils einen 10 nF Kerko komplettiert. Der Offset der verstärkten 
Wechselspannung bleibt aber bestehen, ist aber immerhin stabil. Wenn ich 
die beiden Eingänge kurzschließe, liegen am Verstärkerausgang nach 100x 
Gain ca. 1 V. Das wären also eine scheinbare Differenz an den Eingängen 
von 100 mV. Nur wo die herkommen sollen, ist mir nicht klar.

Der Referenzeingang des INA liegt per kurzer Verbindung an Masse.

Woran erkenne ich eigentlich einen kaputten Verstärker?

Was mir auch aufgefallen ist: Die Anregungsspannung ist nicht ganz 
symmetrisch, sondern die eine Halbwelle ist ca. 50 mV größer als die 
andere.

Ach ja, direkt hinter den Kerkos an den Eingängen gemesssen gibt es 
jetzt eine fiese Schwingung, die um ein mehrfaches größe ist als das 
AC-Signal (siehe Bild).

Ich bin hier echt ratlos. Hat noch jemand einen Vorschlag?

Thom.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> liegen am Verstärkerausgang nach 100x
> Gain ca. 1 V. Das wären also eine scheinbare Differenz an den Eingängen
> von 100 mV.

eher 10mV. Das ist immer noch deutlich zu viel für den INA131, auch wenn 
man den Fehler aufgrund dessen Eingangsstroms mit einrechnet.

Welche Kondensatoren hast du denn verbaut? Wenn einer einen Leckstrom im 
Bereich 10nA hat, kann das den Offset erklären.

Thomas P. schrieb:
> Was mir auch aufgefallen ist: Die Anregungsspannung ist nicht ganz
> symmetrisch, sondern die eine Halbwelle ist ca. 50 mV größer als die
> andere.

Bitte die Messung zeigen.

Thomas P. schrieb:
> Ach ja, direkt hinter den Kerkos an den Eingängen gemesssen gibt es
> jetzt eine fiese Schwingung, die um ein mehrfaches größe ist als das
> AC-Signal (siehe Bild).

Eingestreuter Netzbrumm. Der Eingang ist ja recht hochohmig und kann 
sich einiges einfangen. Solange es beide Eingänge gleich betrifft sorgt 
der INA131 dafür, dass es nicht stört.

Autor: Sven B. (scummos)
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Thomas P. schrieb:
> Ach ja, direkt hinter den Kerkos an den Eingängen gemesssen gibt es
> jetzt eine fiese Schwingung, die um ein mehrfaches größe ist als das
> AC-Signal (siehe Bild).

Was hast du erwartet, wenn du Drahtantennen in die Luft hängst? ;)

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Sven:

> Was hast du erwartet, wenn du Drahtantennen in die Luft hängst?

Stimmt natürlich. Hatte ich vorher so nicht bemerkt und war deshalb 
irritiert.

Thom.

Autor: Sven B. (scummos)
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Das ist ja effektiv der Grund aus dem du einen Instrumentenverstärker 
benutzt, weil er diesen Mist (der auf beiden Eingängen gleich ist) 
wegfiltert.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Thomas P. schrieb:
> Wenn ich die beiden Eingänge kurzschließe, liegen am Verstärkerausgang
> nach 100x Gain ca. 1 V.

Welche Spannung haben die Eingänge dann (relativ zur negativen 
Stromversorgung)? Der Verstärker funktioniert nur in einem beschränkten 
Arbeitsbereich korrekt, womöglich hast du den verlassen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Dumdi D. (dumdidum)
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Thomas P. schrieb:
> Chlor braucht was um 1,36 V für die Chlorgas-Bildung

Das bedeutet aber auch wenn man unterhalb dieser Spannung bleibt keine 
Erhöhung der Leitfähigkeit stattfindet. Die Ionen können sich zwar 
bewegen aber keine Elektronen an die Elektroden abgeben.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Stefanus:

> Welche Spannung haben die Eingänge relativ zur Stromversorgung?

Beide Eingänge hinter den Kerkos liegen bei Messung im Wasser bei ca. 
-7,4 V gegenüber der negativen Spannungsversorgung und 6,6 gegenüber der 
positiven Spannungsversorgung.

Was ich festgestellt habe: jeweils an den Flanken des Rechtecksignals 
mit typisch +/- 10...50 mV Amplitude habe ich Nadelpulse mit > 2 V 
(siehe Bild). Ich schätze, da hat der INA ein Problem. Oder?

Wenn ich die beiden Eingänge außerhalb des Wassers per Widerstand oder 
Kurzschluss verbinde, dann ist der DC-Offset weg und auch die Nadeln 
sind erheblich kleiner (ca +/- 0,5 V)


Thom.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Thomas P. schrieb:
> Beide Eingänge hinter den Kerkos liegen bei Messung im Wasser bei ca.
> -7,4 V gegenüber der negativen Spannungsversorgung und 6,6 gegenüber der
> positiven Spannungsversorgung.

Ich gehe mal von verwechselten Vorzeichen aus. Ich verstehe das so, dass 
die Spannung im mittleren Bereich liegt, nicht nahe an den 
Stromversorgung-Schienen, richtig?

7,4V + 6,6V = 14V

Ist das deine Versorgungsspannung oder ein Messfehler? In deinem 
Schaltplan steht +/-9V, also 18V insgesamt.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Stefanus

> Ich verstehe das so, dass die Spannung im mittleren Bereich liegt, nicht
> nahe an den Stromversorgung-Schienen, richtig?

Richtig.

> In deinem Schaltplan steht +/-9V, also 18V insgesamt.

Richtig. Ganz konkret sind das zwei 9 V Blöcke in Reihe mit der Masse in 
der Mitte. Soll jeweils einmal +9 V und -9 V ergeben. Unter Last sind es 
dann natürlich weniger.

Thom.

Autor: hinz (Gast)
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Sind jetzt eigentlich Kondensatoren an den Ausgängen des TC4424 drin?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Ich denke, dann brauchen wir den Arbeitsbereich nicht mehr in Frage zu 
stellen.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ hinz

> Sind jetzt eigentlich Kondensatoren an den Ausgängen des TC4424 drin?

Nee, noch nicht. Ich will das Stück für Stück machen, damit ich dann 
hinterher weiß, was welchen Effekt hatte. Der Hochpass am Eingang hat 
schon eine Menge gebracht, aber so ganz isses das noch nicht.

Die Kondensatoren in den Treiberleitungen sind dann wohl das nächste, 
was ich machen werde.

Thom.

Autor: Thomas P. (thompe)
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Moin.

Die Längskondensatoren in der Treiberleitung lösen das Problem nicht.

Ich werde die Schaltung nochmal zerlegen und von vorn anfangen, denn ich 
denke dass es wohl nicht so super schlau ist, wenn ich die Anregung 
schon mit einer Wechselspannung mit DC-Offset mache.

Vielen Dank für die konstruktiven Anregungen! Geholfen haben die in 
jedem Fall.

Thom.

Autor: Kai (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> Ich möchte den Widerstand von Wasser messen. Aufgebaut habe ich dazu
> eine Anregung mit 1 kHz Rechteck-Wechselspannung, ca 100 mV. Die
> Spannung über die zu messende Strecke wird mit zwei zusätzlichen
> Elektroden abgegriffen (4-Leiter). Das AC-Signal wird mit einem INA131
> verstärkt. Ein Eingang geht zusätzlich über 10 k an Masse, der
> Referenzeingang ist ebenfalls an Masse.

Finde das super interessant aber leider verstehe ich nicht viel.
Kann mir das mal jemand das Schaltungsprinzip aufmalen oder kurz 
erklären?
Was sind das für zwei zusätzliche Elektroden?
Referenzeingang?
Warum mit 1kHz AC?

Ich hätte jetzt ganz naiv gesagt dass man 2 Elektroden in einem festen 
Abstand im Wasser hat und diesen Fühler dann durch eine Messbrücke 
auswertet.
Aber wahrscheinlich zu ungenau?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Kai schrieb:
> Kann mir das mal jemand das Schaltungsprinzip aufmalen oder kurz
> erklären?

Er benutzt das Wasser als Spannungsteiler und legt daran eine 
Wechselspannung an. Der Verstärker ermittelt die Differenz der Spannung 
an seinen beiden Eingängen (also den Spannungsabfall am mittleren 
Widerstand) und gibt diese verstärkt aus.
~ o------------------------------------+
                                       |
~ o----[===]---+---[===]---+---[===]---+
               |           |
               |           |
               |           |    ______
               |           +---|      |
               +---------------| Diff |----o Ausgang
                               |______|

Thomas, habe ich das so korrekt dargestellt?

Autor: Kai (Gast)
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Stefanus F. schrieb:
> Er benutzt das Wasser als Spannungsteiler und legt daran eine
> Wechselspannung an. Der Verstärker ermittelt die Differenz der Spannung
> an seinen beiden Eingängen (also den Spannungsabfall am mittleren
> Widerstand) und gibt diese verstärkt aus.

Super danke Stefanus.
Zwei Fragen habe ich noch schnell.
- Rechts und links der Widerstand, sind das Festwiderstände, wie 
dimensioniert man die?
- Warum mit AC, warum 1kHz. Hat das was mit dem Salzgehalt im Wasser zu 
tun?

Autor: Kai (Gast)
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Achso, eine Sache ist mir noch aufgefallen.
Warum ist der Channel2 im ersten Bild des Threads ganz oben invertiert?

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Kai schrieb:
> Rechts und links der Widerstand, sind das Festwiderstände

Die Widerstände sind das Wasser!

> Warum mit AC, warum 1kHz

Das wurde weiter oben bereits diskutiert. Lies die vorherigen Beiträge. 
Es geht um chemische Effekte, die zur Korrosion der Elektroden führen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Achim S. (Gast)
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Thomas P. schrieb:
> denn ich
> denke dass es wohl nicht so super schlau ist, wenn ich die Anregung
> schon mit einer Wechselspannung mit DC-Offset mache.

Wenn du Längskondensatoren in den Treiberleitungen machst, dann ist 
damit kein DC-Offset mehr in der Anregung vorhanden.

Und selbst wenn er noch vorhanden wäre, könnte das einen Einfluss auf 
die elektrochemische Situation in der Salzpampe haben, aber nicht auf 
den Offset deines INA131. Denn dessen Eingang muss bei richtiger 
Beschaltung (symmetrisch, mit Längskondensatoren und definierten 
Widerständen gegen Masse) gleichspannungsfrei sein.

Der von dir oben beschriebene Offset von 10mV bezogen auf den Eingang 
des INA131 ist rund 1 Größenordnung zu viel. Die Wahrscheinlichste 
Ursache dafür dürfte ein Fehler in deinem Aufbau sein. Dass muss keine 
größe Sache sein: ein Leckstrom von 10nA reicht schon, um an dem 1MOhm 
Widerstand die besagten 10mV zu erzeugen (wie schon vor Tagen 
geschrieben).

Auch eine Asymmetrie in deiner Anregung (nicht genau 50% PWM) würden 
natürlich am Ausgang des INA131 die Nulllinie verschieben. Wenn der 
Tastgrad von 50% abweicht, dann muss die Kurve verschoben gegenüber der 
Nulllinie sein, wenn das Signal AC gekoppelt ist.

Wenn du weiter kommen willst, dann zeige bitte ein paar klarere 
Messungen (in deiner Messung oben sieht man z.B. die Spannungsspitzen 
bei den Schaltflanken, du man muss raten, welches Signal da überhaupt 
gemessen wurde).

Beginne mal mit einem Bild des INA-Ausgangs. Und mach halt endlich auch 
mal ein Bild, auf dem beide INA-Eingänge gleichzeitig gezeigt werden. 
Das wurde schon von Beginn des Threads an mehrmals vorgeschlagen aber 
noch nicht geliefert.

Ebenso wäre ein Foto des realen Aufbaus inklusive Verdrahtung zum 
Verstärker sinnvoll und ein Bild des Verstärkers, damit man abschätzen 
kann, wo am ehesten Kopplungen oder Leckpfade zu Problemen führen 
können.

Autor: Thomas P. (thompe)
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@ Kai

Zur Grundidee: Im Wasser sind Ionen, die sich im elektrichen Feld 
bewegen können und zu allerlei blöden Effekten führen. Und je nach 
Spannung kann es auch zur Elektrolyse von Wasser, chlorid, etc. kommen. 
Deshalb Wechselspannung, damit sich die elektrochemischen Prozesse 
regelmäßig gegenseitig aufheben.

Die 1 kHz sind aus der Luft gegriffen. Die Frequenz ist hoch genug, 
damit die elektrochemischen Nebeneffekte keine große Rolle spielen. Die 
Frequenz ist aber auch niedrig genug, damit die Schatung einfach genug 
bleibt und ich beispielsweise auch langsame OPV nutzen kann.

Die beiden 10 kOhm Widerstände vor und hinter der Messstrecke sollen zum 
einen den Strom begrenzen, damit die Batterie länger hält und sich das 
Wasser nicht unnötig erärmt. Zum anderen soll der Gesamtwiderstand so 
sein, dass über die Messstrecke nicht mehr als 200 mV abfallen, weil ab 
400 mV im Seewasser die Elektrolyse des Wasser losgeht. Das will ich 
auch vermeiden.

@ Stefanus:

Korrekt, danke.

@ Achim.

> Die Wahrscheinlichste Ursache dafür dürfte ein Fehler
> in deinem Aufbau sein.

Ja, denke ich auch. Aus lauter Übermut habe ich die Schaltung nicht 
gesteckt aufgebaut, sondern gleich auf einer Lochrasterplatine. Sieht 
nicht mehr schön aus und ist echt unübersichtlich. Deshalb will ich 
nochmal ganz von vorn anfangen.

Thom.

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Autor: MaWin (Gast)
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C. A. Rotwang schrieb:
> Vorsicht, wenn das Salz Natriumchlorid heisst, dann entsteht bei der
> Elektrolyse an der einen Elektrode Chlor (ungesund) und in der Lösung
> Natronlauge (ätzend).

Und das Chlor im Wasser wird zur giftigen Salzsäure die von der 
ungesunden Natronlauge zu salzigem NaCL reduziert wird (durch abgabe von 
Wärme)

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