Hallo zusammen, ich arbeite aktuell neben meinem Studium an einem 3-Elektroden-Messsystem (Potentiostat) als größeres Projekt über die Semesterferien. Mit Signalelektronik habe ich noch nicht besonders viel Erfahrung, daher können sich hier und da Denkfehler eingeschlichen haben. Es wurde einiges an Halbwissen, Kommentare von Kollegen und Google Suchen eingearbeitet. Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand Zeit findet, einen Blick auf meine Schaltung zu werfen und mir Rückmeldung zu geben. Ziel ist es, sehr kleine Ströme (µA-Bereich) an einer Platin-Arbeitselektrode zu messen, die durch eine chemische Reaktion entstehen und proportional zur Konzentration einer Substanz X sind. Diese Ströme sollen in eine Spannung umgewandelt, gefiltert, digitalisiert und dann am Ende von einem Arduino GIGA R1 weiterverarbeitet werden. Kurz zum Aufbau: 1. Arbeitselektrode 2. Referenzelektrode 3. Gegenelektrode 4. Potentiostat-Regelkreis 5. TIV (I→V) 6. ADC → Arduino - Galvanische Trennung zwischen Analogteil und Mikrocontroller Die realistisch entstehenden Ströme liegen bei wenigen µA und könnten stark Schwanken und rauschen. Es ist geplant, später die Schaltung als PCB zu fertigen. Die galvanische Trennung im System habe ich eingeplant, um Störungen vom digitalen Teil vom empfindlichen Analogteil fernzuhalten. Ob das so sinnvoll ist wie ich mir das vorstelle, weiß ich nicht. Ich habe die KiCAD-Datei und zwei Übersichtsdarstellungen angehängt, damit ihr ein bisschen nachvollziehen könnt, was ich da gemacht/geplant habe. Wenn euch etwas Grundsätzliches auffällt oder ihr Verbesserungsvorschläge habt, wäre ich für jeden Hinweis dankbar. Danke schon mal an alle, die sich die Zeit nehmen das anschauen. Viele Grüße und ein schönes Wochenende
Mir fällt als erstes auf, das du viel zu wenig die Versorgung abblockst und siebst. Die OpAmps sollten eine stabile, von Störungen durch den Digitalteil freie und verdrosselte Versorgung bekommen. Dazu legst du CLC oder zumindest LC Filter in die Versorgung - für jede Baugruppe einzeln. Ob die Verschaltung der Opamps so stimmt, wage ich mit den ungebräuchlichen Symbolen nicht zu sagen. Solche Kästchen mit Beschriftung helfen da nix.
Moin, Mir faellt als erstes auf, dass der Schaltplan so ueberhaupt keine Struktur hat. Da guck ich drauf, wie ein Schwein in ein Uhrwerk. Oink! Ohne "Schemata.pdf" ist das voellig unklar. Das solltest du dahingehend aendern, dass Schemata.pdf voellig ueberfluessig wird, weil man saemtliche Info sofort aus dem Schaltplan lesen koennen sollte. Das geht auch ohne bunte Draehte. Bauteile haben einen bestimmten Wert und nicht Wertebereich. Bauteile sind in Schaltplaenen durchnummeriert. Alle. Sonst kann man schlecht beschreiben, wo einem was aufgefallen ist. Es gibt Massesymbole. Sogar Verschiedene fuer verschiedene Massegeschmacksrichtungen. Das spart viel teuren Draht im Schaltbild. Das Symbol vom OPA2140 ist kacke. Besser 2 getrennte OpAmp-Symbole und noch eines fuer die Versorgung. Dann ists auch im Layout leichter, die ggf. untereinander zu tauschen. Die zu messenden Signale kommen nicht aus Kästchen, die irgendwas angeflanscht haben, was aussieht, wie ein Kurzschlussbuegel, sondern die kommen hoechstwahrscheinlich aus irgendeiner Art Steckverbinder (wahrscheinlich Buchse). Bei Symbolen, wie auch im Schaltplan: Moeglichst diese Orientierung waehlen: Eingaenge links, Ausgaenge Rechts, Masse unten, Versorgungsspannung oben. tbc. Deine Schaltplansoftware hat hoffentlich eine automatisierte Checkfunktion. Nutze die solange, bis es da keine Warnings oder gar Errors mehr gibt. Nimm mein Geschwaetz nicht persoenlich, ist noch kein Meister vom Himmel gefallen. Gruss WK
Moin, an dne Bezeichnern bitte mal die U? durhc eindeutige Zahlen ersetzten. Der OPA214 ist an dieser Stelle unnötiger FET Doppel OPV. DEr FET-OPV bitte an die Referenzelektrode (so wie bei allen Potentiostaten üblich und sinnvoll) Den OPV für die Gegenelektrode (LM741 sollte mehr Sinn machen) mit 47 Ohm statt 1k an den Ausgang -- die Gegenelektrode muss zügist Strom liefern können. empfehlung: Die Sollwertvorgabe erst im Testaufbau durch klassiche Potis vorgeben und im Testaufbau proüfen wie stabil das System auf Störung reagiert. uA Potentistaten (Wenking, Jaissle, etc.) sind immer kritisch im Frequenzgang -- unbedingt mal mit demjenigne Sprechen der die eignelich Anwendung hat hat welche Reaktionszeitne er als zu erwarten ansieht. Ein solches Sytem mit Frequenzgang im 10 MHz bereich zu planen, aber nahcer nur Millisekunden Elektrodenreaktion zu haben ist gelinde gesagt zum Scheitern verurteilt.
Hallo, ich schließe mich meinen Vorrednern an. Zeichne bitte erst einmal einen vernünftigen Schaltplan. Normale OPV-Symbole. Eingänge links Ausgänge rechts. Farbkonvention (wenn man es denn schon so macht): Plus=rot, blau = Minus, Schwarz (gern auch dicker) = GND = Massezeichen und der Rest auch schwarz. Wenn man denn will, kann man ja noch andere Zwischenfarben hellrot, hellblau für andere Speisespannungen und z.B. grün, orange, gelb für Signale nehmen. So geht das im übrigen auf keinen Fall. Du wirst den OPA140 wahrscheinlich als TIA (Trans Impedance Amplifier) beschalten müssen. Ansonsten ist einige µA zu messen eine recht leichte Aufgabe, der OPA 140 reicht dafür aus. Erzähle uns mal was Du als minimalen zu messenden Strom haben willst und was als maximalen. Und wenn dann noch ein vernünftiger durchnummerierter SP kommt, helfe ich dann gern weiter.
Noch eine kleine Hilfe ;-) das µ macht man mit Drücken der "ALT GR" Taste (rechts neben der Leertaste) und dann "M" Drücken. "Y" im Schaltplan statt dessen??? Was bringen die Euch bei? Oder redet ihr Studenten nicht untereinander? Mal schnell einen Kumpel fragen? Ist das nicht mehr?-Weil keiner sein Nichtwissen zugeben will? Peinlich, peinlich. Das solltet ihr ändern. Wenn man sich in der Elktronik nicht gegenseitig hilft, kommen alle nicht weit.
Lothar schrieb: > "Y" im Schaltplan statt dessen??? Das ist wohl ein Relikt aus der ehemaligen SBZ. > Was bringen die Euch bei? Heutzutage sollte es das SI mit seinen Nebenabsprachen, i.e. den Vorsätze für die Maßeinheiten sein - Yokto für 10^-24 wird mit dem 'y' ja wohl nicht gemeint sein können. https://de.wikipedia.org/wiki/Vorsätze_für_Maßeinheiten
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Paul schrieb: > Verbesserungsvorschläge Kann man so machen ? Nein, U? ist fehlerhaft. Ach bei dir heisst alles U? bzw.. C?, wie übersichtlich. Also der OPA197 zeigt, dass du Operationsverstarker nicht verstanden hadt. Die ESD Elemente führen vermutlich für eine Schaltung die auf 24 bit auflösend messen soll zu zu grosser Beeinflussung. Und alles ist nach 'koste es was es wolle' aufgebaut. Die ADuM sind nicht billig und produzieren Störungen. Der RD0505 auch. Ob die Schaltung die Anforderungen erfüllt,,weiss man nicht, da die Anforderungen fehlen. Vermutlich liefert die Messelektrode eine Spannung von plus minus ein paar Mikrovolt (wie viel Messbereich) gegenüber der Referenzelektrode, aber so bald man sie belastet mit mehr als 1uA bricht die Spannung ein, wird verfälscht. Wie die Gegenelektrode da reinspielt, weiss ich nicht, vermutlich soll sie messen was die Referenzelektrode ins Medium bringt und somit den Nullpunkt definieren. Wie viel Mikroampere darf man denn aus der Elektrode ziehen bevor der Fehler grösser wird als 1/(2^23) vom Vollausschlag und wie gross ist der Vollausschlag ? Ich würde wohl einen zusätzlichen kleinen uC der frn 24 bit ADC ansteuert auf die isolierte Seite bringen und nur 1 serielle Verbindung zum Hauptrechner legen auf der ständig Messwerte gesendet werden. Vermutlich prr Optokoppler, sollte schnell genug sein.
Grundlagen von Leuten, die ihr Geld damit verdienen: https://download.tek.com/document/LowLevelHandbook_7Ed.pdf und ergänzend: https://www.tek.com/en/documents/product-article/switching-handbook Gibt es möglicherweise sogar noch auf Papier. Arno
Rainer W. schrieb: > Lothar schrieb: >> "Y" im Schaltplan statt dessen??? > Das ist wohl ein Relikt aus der ehemaligen SBZ. > Da ich selbst aus der SBZ komme - versichere ich - NEIN. Wir kannten das µ und es war völlig geläufig und üblich. @ Arno: toller Link zum Low-level-Handbuch. Habe es mir gleich runter geladen und abgespeichert. Danke! Grundlagen zum Potentiostat: https://www.gamry.com/application-notes/instrumentation/understanding-specs-of-potentiostat/
Hallo! Ich habe in der "SBZ" vor 40 Jahren an der Entwicklung und Produktion des elektrochemischen Messystems "ECM700" bei der Akademie der Wissenschaften in Berlin Adlershof, Zentrum für wissenschaftlichen Gerätebau (ZWG) mitgearbeitet. Voll Computergesteuert (Z80 DDR), in Assembler programmiert, Grafikausgabe über Bildschirm und Drucker, 128 Tasten über ein!!! PIO-Bit. Da war der Potentiostat nur ein kleiner und unempfindlicher Teil der Messmöglichkeiten der Polarografie. Mikroampere waren da "Hochströme". Ich habe vielleicht noch irgendwo ein Prospekt von der Anlage archiviert? Paul schrieb: > Ziel ist es, sehr kleine Ströme (µA-Bereich) an einer > Platin-Arbeitselektrode zu messen,
Hallo Route 66, Berlin- Adlershof Albert-Einstein-Straße .... ? Da arbeite ich heute beim Nachfolger bzw. einen Nachfolger des ZWG. Die Welt ist manchmal klein.
Ich hatte auch mal so ein Projekt. Ging natuerlich mangels richtiger Kommunikation voll daneben. Zwischen El.Ing und Chemiker, welche halt nicht dieselbe Sprache sprechen ... Referenzelektrode erinnert an GND. Ist es aber nicht, denn GND is Niederohmig, die Referenzelektrode ist/war damals eine Platinelektrode , hochohmig, da sollte kein Strom fliessen. Die Arbeitselektrode sollte die uA messen, also mit einen Transimpedanz OpAmp. Allerdings nicht gegen GND, sondern mit einer Offsetspannung gegen die Gegenelektrode, welche Wasserstroff blubberte. Da geht der Strom aber nur in einer Richtung. Alle 3 elektroden musste also floating sein, Potentialgetrennt gegenueber einen Elektronik GND, aber zusammen auf einer Speisung. Wir datten dann das Problem, dass der Kontakt wegen Blubber an den Elektroden abriss... Die regelnden OpAmp gingen dann an die Speisung, Maximalaussteuerung, bis wieder Kontakt da war. Dann regelten sie zurueck. Die Pulserei hat uns die Samples zerstoert. Es dauerte eine ganze Weile bis wir's merkten und begriffen. Also mussten die Spannungen auf sehr kleine Werte begrenzt sein, sodass keine Elektolyse auftrat. Wenn keine Stroeme fliessen duerfen, verwendet man Ultralow Bias Current OpAmp. Also mit Fet Eingaengen, oder besser. Wobei der niedere Strom nur innerhalb des Gleichtaktbereiches zutrifft. zB LPC661, man kann aber mal mit einem LF356 beginnen
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