Hallo Forum, ich bin dabei eine Messschaltung für pH-Messungen nachzuvollziehen. Die pH-Messung soll über das potentiometrische Messverfahren erfolgen. Nun bin ich auf ein Problem gestoßen, welches ich nicht verstehe. In der Schaltung gibt es nur eine positive Spannung. Diese wird für die Versorgung des Operationsverstärker und des Instrumentenverstärkers genutzt. Da dieses Messverfahren eine positive und eine negative Spannung erzeugt, muss der Nullpunkt des Instrumentenverstärkers verschoben werden. Das wird durch den Operationsverstärker (Spannungsfolger) gemacht. Jetzt versteh ich aber nicht warum ich den Anschluss 24a(Referenzelektrode) mit dem Vref-Eingang des INA verbinden muss. (24B=Messelektrode) VG Quelle(Patent: US2016/0028414 A1)
Der konfuse Patenttext zum nachlesen, mit wenig aussagekräftigen Zeichnungen: https://patentimages.storage.googleapis.com/fa/3d/35/5f2e484b63a774/US20160028414A1.pdf
Ich habe im Schaltplan nach dem "Sensor" gesucht, der heißt da aber PROBE. Aus der Beschreibung die Google-Übersetzung: 0003 Hochwertige Sensoren zur Messung einer Wasserstoffkonzentration oder eines pH-Werts einer Flüssigkeit, in die der Sensor eingetaucht ist, gibt es schon seit einiger Zeit. Eine effektive digitale Messung mit solchen Geräten kann jedoch eine Herausforderung sein. Beispielsweise erzeugen typische Sonden, die in einer pH-Schaltung verwendet werden, Spannungen in der Größenordnung von einigen Millivolt bis zu mehreren Hundert Millivolt. Solche Sonden können auch negative Spannungen erzeugen, was problematisch ist, da die meisten Analog-Digital-Wandler (ADCs), die für die meisten digitalen Messungen verwendet werden, nicht für die Messung negativer Spannungen ausgelegt sind. Für eine effektive digitale Messung sollte daher das analoge Frontend (AFE) eines Systems so ausgelegt sein, dass es dem ADC keine negative Spannung präsentiert. Durch Signalaufbereitung ist es für das System auch wünschenswert, den größten Teil, wenn nicht den gesamten Dynamikbereich des ADCs zu nutzen und das Rauschen, das dem ADC präsentiert wird, zu filtern und/oder zu unterdrücken. 0004 Um sicherzustellen, dass der Dynamikbereich des ADCs am effektivsten genutzt wird, führen typische Schaltkreise eine Verstärkung in den AFE-Abschnitt des Schaltkreises ein. Dies führt normalerweise zu mehreren Problemen, wie z.B. a) die Verstärkung führt zu Rauschen, b) die Verstärkung führt zu anderen Fehlern (z. B. Eingangsoffsetstromverstärkung und andere Verstärkungsnichtlinearitäten) und c) die Verstärkung muss variabel sein, um eine Vielzahl von Signalen effektiv aufzubereiten. 0005. Es ist daher wünschenswert, eine Sensorschaltung für einen elektrochemischen Sensor bereitzustellen, die die Nutzung des größten Teils des Dynamikbereichs des ADC ermöglicht, die Empfindlichkeit und Genauigkeit erhöht und Daten in digitaler Form bereitstellt, die übertragen und von weiteren Systemen genutzt werden können.
Jack S. schrieb: > Jetzt versteh ich aber nicht warum ich den Anschluss > 24a(Referenzelektrode) mit dem Vref-Eingang des INA verbinden muss. Er ist mit dem Ausgang des Buffer-OpAmp verbunden, der eine Spannung liefert, die vom DAC stammt und als virtueller Nullpunkt dient. Es ist völlig überflüssig dazu einen DAC einzusetzen, es täte ein simpler Spannungsteiler aus VCC, denn gemessen wird sie über den zweiten Analogeingang sowieso Ref vom Ina ist AUCH mit dieser virtuellen Nullpunktspannung verbunden. Du kannst in dieser Schaltung alle Widerstände und Kondensatoren weglassen und sie funktioniert genau so. Die Kondensatoren sind mit ihrem Leckstrom sogar verschlechternd. Aber wer weiss, welchen INA sie verwenden, normalerweise sucht man Elektrometerverstärker mit Leckströmen im Femtoamperebereich bei Zimmertemperatur um die Spannung aus den extrem hochohmigen pH-Sonden nicht zu verschlechtern, wie AD515AL OPA128 LMC6041. So hochohmige fertige Instrumentenverstärker kenne ich nicht. Ein Instrumentenverstärker ist an der Stelle aber auch überflüssig.
Genau, das habe ich auch durchgelesen. Ich konnte jedoch nicht die Antwort finden weshalb die Referenzelektrode an Vref angeschlossen werden muss.
H. H. schrieb: >> konfuse Patenttext > > Das muss so sein. Genau, schliesslich wollen Patentanwälte auch von irgendetwas leben. Ich vermute mal, Tastaturen für Patentanwälte haben eine zusätzliche Taste, die "gekennzeichnet durch" in den Text einfügt.
Michael B. schrieb: > Du kannst in dieser Schaltung alle Widerstände und Kondensatoren > weglassen und sie funktioniert genau so. Die sorgen für ein Überleben der Schaltung in Laienhänden, elektronisch gesehen. Und in der Patentschrift dienen sie natürlich der Rechtssicherheit.
Michael B. schrieb: > Er ist mit dem Ausgang des Buffer-OpAmp verbunden, der eine Spannung > liefert, die vom DAC stammt und als virtueller Nullpunkt dient. Ja genau. Müssen Vref und die Referenzelektrode das gleiche Potential haben wenn ja warum? Hat das was mit der Messung an sich oder mir der Nullpunktverschiebung zu tun.
Jack S. schrieb: > Müssen Vref und die Referenzelektrode das gleiche Potential haben wenn > ja warum Da hier ein Instrumentenverstärker genutzt wurde müssen sie nicht gleich sein, aber beide müssen zwischen min (GND) und max (VCC) liegen damit positive wie negative Abweichungen gemessen und verstärkt werden können, warum also nicht für beide dasselbe Potential nutzen. Damit würde es auch ein einfacher OpAmp statt des teuren Instrumentenverstärker tun. Wie hoch die Spannung exakt ist spiel auch keine Rolle da sie vom A/D mitgemessen wird.
1 | +-------------------- Aref |
2 | | |
3 | 10k |
4 | | |
5 | +-------------------- Nullpunkt |
6 | | |
7 | +---o pH o--|+\ |
8 | | | >--+-- pH |
9 | +--100k--+--|-/ | |
10 | | | | |
11 | 10k +--1Meg--+ |
12 | | |
13 | GND |
ist einfacher. Wichtiger ist der OpAmp und der Aufbau, manche biegen den + Eingang hoch und löten das Kabel direkt an damit keine Kriechströme über die Leiterplatte fliessen.
Jack S. schrieb: > Patent: US2016/0028414 A1 Ich verstehe nur nicht, was daran patentwürdig sein soll. Ehr umständlich. Vermutlich geht es nur darum, ein weiteres Patent sein eigen zu nennen um den Wert der Firma zu erhöhen. Christoph db1uq K. schrieb: > Ich habe im Schaltplan nach dem "Sensor" gesucht, der heißt da aber > PROBE. Ist ja auch kein Sensor, sondern eine Elektrode, eine "Batterie". Michael B. schrieb: > manche biegen den > + Eingang hoch und löten das Kabel direkt an damit keine Kriechströme > über die Leiterplatte fliessen. Alternativ legt man einen Guard-Ring von -in um +in und den Anschluss der Probe herum. https://en.wikipedia.org/wiki/Driven_guard Die von Dir gewählte Verstärkung ist allerdings zu hoch. Gruß Jobst
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