Hallo, ich habe vor die Leitfähigkeit einer Düngelösung mit dem ESP32 zu messen, und bisher 4 Ansätze: 1. Astabile Kippstufe (schon getestet zu ungenau) 2. einfacher Spannungsteiler 3. Wheatstone Brücke mit DC 4. Wheatstone Brücke mit AC nun würde ich es gerne über eine Wheatstone Brücke lösen aber keinerlei Idee wie ich das realisiere, bei DC ist mir unklar wie ich die gemessene Spannung (da nicht ausgeglichen) am ESP in einen Widerstand umrechne. Bei einer AC Brücke habe ich keine Idee woher ich Wechselspannung mit 3.3V und 1-2khz bekomme und dann auch nicht wie/was ich als Ergebnis der Brücke messe um es am ESP umzurechnen. Ansatz 4 wäre mein Favorit da mit Wechselspannung kaum elektrolytische Effekte auftreten und daher die Elektroden nicht korrodieren und das Ergebnis langsamer und genauer abgelesen werden kann. Kann mir da bitte jemand auf die Sprünge helfen? VG Lino
Google kann auch dein Freund sein: "Wheatstone" "AC" "kHz" "AC bridge" Treffer u.a. https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an43f.pdf Gruss
Wenn Du schon mit dem ESP32 unterwegs bist, kann dieser Dir problemlos die gewünschte Frequenz nach dem DDS-Prinzip bereitstellen. Gemessen wird die Spannung mit einem ADC und dann auch wieder im ESP32 verarbeitet. Und zwar sowohl Strom, als auch Spannung. Außerdem erhältst Du einen Phasenwinkel zwischen beiden Signalen, den Du mit verrechnen musst. Gruß Jobst
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Danke für die Antwort, hatte eigentlich schon aufgegeben :) Jobst M. schrieb: > Wenn Du schon mit dem ESP32 unterwegs bist, kann dieser Dir problemlos > die gewünschte Frequenz nach dem DDS-Prinzip bereitstellen. > Gut zu wissen, hatte ich noch garnicht bedacht. > Gemessen wird die Spannung mit einem ADC und dann auch wieder im ESP32 > verarbeitet. > Und zwar sowohl Strom, als auch Spannung. Außerdem erhältst Du einen > Phasenwinkel zwischen beiden Signalen, den Du mit verrechnen musst. > Ich vermute einen OpAmp an die Brücke um den Spannungsunterschied zu bekommen, von dem dann an den ADC? Geht das mit dem Sinussignal? Strommessung über einen IC, der ESP direkt kann das ja nicht? Hast du mir irgendwas wo ich das ganze für nicht-elektrotechniker nachlesen kann? > Gruß > Jobst
Naja, im Prinzip ist es erstmal auch egal, woher Du einen Sinus holst. Einige unserer Geräte arbeiten auch mit Rechteck. Geht auch. Sinus ist aber besser. Grundlagen bekommst Du u.A. hier: https://www.xylemanalytics.com/de/file%20library/resource%20library/wtw/04%20flyers%20brochures/deu/fibel_28_leitf%C3%A4higkeits-fibel_1651-kb_d-pdf.pdf https://www.jumo.net/attachments/JUMO/attachmentdownload?id=4137 Bei denen findest Du auch noch mehr: https://www.jumo.de/web/services/downloadcenter Am Ende legst Du eine Wechselspannung an ein Elektrodenpaar an misst hier den Strom und misst mit einem 2. Paar, welches sich mit seinen Kontakten in der Nähe des 1. Paares befindet die Spannung. Im Prinzip eine Vierleitermessung. https://de.wikipedia.org/wiki/Vierleitermessung Eine Brücke ist dafür eigentlich nicht unbedingt praktikabel. Welche Leitfähigkeit erwartest Du bei Deiner Düngelösung? Und welche Genauigkeit und Auflösung benötigst Du? Gruß Jobst
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Vielen Dank für die schnelle Rückmeldung! Der Leitwert dürfte zwischen 0,4 und 3 mS/cm liegen und sollte auf 0,1mS/cm genau stimmen, als Auflösung würde 2Nachkommastellen schon reichen. Mehr geht Natürlich immer :-D Okay, habe jetzt mal in Spice simuliert was mir vorschwebt: U(start-vor) sollte mit einem Präzisionswiderstand ja den Strom ergeben, U(vor-nach) sollte den Spannungsabfall geben und die Differenz dann meinen Widerstand/Leitfähigkeit. Die Frage ist ob der zeitliche Abstand der Messungen eine Rolle spielt, also ob der ESP die zwei werte schnell genug hintereinander ablesen kann ohne dass die zeitliche Änderung eine rolle spielt? Und tritt eine Phasenverschiebung auf wenn nicht explizit Kondensator oder Induktivitäten verbaut sind? Im Bereich von ~5khz? Grüße Lino
In dem Bereich würde ich noch auf das 4-Leiterprinzip setzen. Ich sehe, dass Du versuchst auf beiden Seiten den DC-Anteil gleich zu halten. Das wirst Du so nur schwer schaffen und Dir damit Deine Elektroden versauen. Besser ist ein Kondensator in Reihe, damit schließt Du einen Gleichstrom sicher aus. Wenn Du den Stromfühlerwiderstand auf die andere Seite setzt, wird die Messung einfacher. Die Messung kann dann einfach als Spannung gegen Masse aufgenommen werden. Bei der Spannungselektrode benötigst Du hingegen einen sehr hochohmigen Instrumentenverstärker mit geringer Temperaturdrift. Alternativ kann hier auch ein differenzieller ADC-Eingang sein. Bestimmt wirst Du dafür für jeden der beiden Eingänge einen Impedanzwandler mit den schon genannten Eigenschaften benötigen. Apropos Temperatur: Du musst immer die Temperatur der Lösung messen, um die Leitfähigkeit auf eine Referenztemperatur umzurechnen. Weitere Punkte, die Du beachten musst: Je höher die Frequenz, desto höher die kapazitiven Einflüsse. Je geringer die Leitfähigkeit ebenso. Je höher die Leitfähigkeit, dest höher muss die Frequenz sein, damit bei steigendem Strom die Zeit für Elektrolyse an den Elektroden immer kleiner wird. Dies hängt auch vom Elektrodenmaterial ab. Evtl. findest Du einen passenden Kompromiss für die Frequenz in Bezug auf kapazitive Einflüsse und damit der Genauigkeit bei fehlender Phasenberechnung. Du musst stetig und kontinuierlich messen. Mit nur einer Messung wirst Du kein brauchbares Ergebnis bekommen. Du musst den Effektivwert berechnen. Für nur eine Messung bräuchtest Du kein Sinussignal. Und selbst mit Rechteck benötigst Du mehrere Messungen pro Welle. Du darfst nur mit den Wechselgrößen rechnen! In jedem Fall wirst Du vor brauchbaren Messwerten eine Justage durchführen müssen, alleine schon, um die exakte Zellkonstante Deiner Messzelle zu bestimmen. Gruß Jobst
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Beispiel. U6 sorgt Dir für eine virtuelle Masse. Wenn Du lieber eine echte Masse und symetrische Versorgung haben möchtest, schmeisst Du ihn raus und setzt Dein GND an seinen Ausgang. Gruß Jobst
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Ohjee, das nimmt gerade ungeahnte Dimensionen an die mein Elektrotechnik wissen um einiges übersteigen... Ich dachte bei den Toleranzen die ich mir erlauben kann wird das nicht so schwierig, da ja auch die China Messgeräte für <4€ erhältlich sind. Ein Instrumentenverstärker kostet da ja schon ein vielfaches... Habe zufällig von einer Thailändischen uni ein paper gefunden in dem dieser Aufbau benutzt wurde um recht solide Ergebnisse zu erzielen, den "absolute circuit" und LPF könnte ich doch auch für die 4Leitermessung verwenden oder wird das zu ungenau? Weil wenn ich das AC signal per adc an den ESP hänge habe ich immer noch das Problem dass der ESP viel zu langsam ist um true RMS zu berechnen und entsprechende ICs sprengen den Preisrahmen für so ein Spaßprojekt dann doch irgendwie :) Viele Grüße Lino
Lino Z. schrieb: > Habe zufällig von einer Thailändischen uni ein paper gefunden in dem > dieser Aufbau benutzt wurde um recht solide Ergebnisse zu erzielen, den Das kann ich mir nicht vorstellen, da nicht einmal der Strom gemessen wird. Außerdem fehlt die Temperaturkompensation. Und der Differenzverstärker beeinflusst die Messung. Nicht nur durch seinen viel zu kleinen Innenwiderstand, sondern auch durch den Strom, der durch die Gegenkopplung fließt. > "absolute circuit" und LPF könnte ich doch auch für die 4Leitermessung > verwenden oder wird das zu ungenau? Du bräuchtest 2 davon! Außerdem kommt aus dem RC-Glied nur ein Mittelwert, kein Effektivwert. Das Problem ist, dass der Strom kein Sinus mehr ist, sonst wäre die Verrechnung der beiden Mittelwerte wohl okay. Es kommt natürlich wie immer auf Deine Anforderungen an. Bau etwas auf und schau, wie es sich verhält. Vielleicht reicht es ja für Deine Anforderungen. > Weil wenn ich das AC signal per adc an den ESP hänge habe ich immer noch > das Problem dass der ESP viel zu langsam ist um true RMS zu berechnen Der ESP32 hat wesentlich mehr Rechenleistung als die Chips, mit denen wir das machen. Ansonsten: Kauf das Gerät für 4€ ... Gruß Jobst
Danke für die Info, also sollte ich zur Spannungsmessung zb. einen INA128 anschließen, brauch ich da trotzdem die Impedanzwandler? Bei der Strommessung würde ein normaler OpAmp reichen? Die beiden Spannungen müsste ich dann in ein ADC Wandler stecken und am ESP das RMS berechnen, die meisten ADC haben aber zb. mcp3204 nur 100kSps, reicht das zum rms berechnen wenn ich von einem Sinus mit 5-10khz ausgehe? Wenn das so passt würde ich teile bestellen und anfangen deine Schaltung mal zu basteln. Vg Lino
Ein Instrumentenverstärker besteht aus 3 OPVs, von denen die ersten beiden bereits Impedanzwandler sind. Vor einem INA sind Impedanzwandler natürlich Mumpitz. Schnapp Dir 2x OPA2156 und bau die Schaltung auf. Der eignet sich als Treiber und ist gleichzeitig hochohmig im Eingang. Und noch viel mehr. Der ADC mit 100kHz reicht bei weitem für Deine Ansprüche aus! Den wirst Du sicherlich noch drosseln können. Allerdings: Als Messfrequenz würde ich für Deine Lösung ehr bei 500Hz bis 1kHz ansetzen. Pegel 1V (ob effektiv oder Spitze ist eigentlich ehr egal) Gruß Jobst
Nachtrag: Die ADC können mit differenziellen Eingangssignalen umgehen (bedeutet, dass Du keinen INA benötigst), aber messen zeitversetzt. Das musst Du bei der Berechnung berücksichtigen! Oder Du nimmst einen simultanen Wandler. Gruß Jobst
Hallo, habe das ganze ausgiebig getestet und komme auf keinen grünen Zweig, ich versuche lediglich mit den zwei mcp3201 und Gleichspannung widerstände zuverlässig zu messen, aber auch das scheitert... habe als "Shunt" einen 1k widerstand genommen und messe an einem 10k widerstand. Zwischen den Messungen liegen >500Ohm... an was kann das liegen? An dem Strom von max. 1uA kann es ja fast nicht liegen, vielleicht an dem 20pF input Kondensator? Grüße Lino
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