pH-Meßverstärker

[Wuestenrose]

Hallo…

Ich arbeite gerade an einem anderen Projekte und habe für den Quatsch hier eigentlich keine Zeit.

Nämlich daran:







Ein pH-Meßverstärker. Nicht irgendsoein Billigquatsch, wie man ihn leider zuhauf findet. Junge pH-Einstabmeßketten besitzen Ausgangswiderstände in der Größenordnung von 200-500 MΩ. Da funktionieren auch noch irgendwelche Feld-, Wald- und Wiesen-OpAmps als Eingangsverstärker. Die Spreu trennt sich allerdings dann vom Weizen, wenn die Elektrode älter wird. Bei gealterten Elektroden kann der Ausgangswiderstand Werte >2 GΩ annehmen. Das tückische dabei: Der Anwender merkt es nicht. In den (konzentrierten) Pufferlösungen zum Kalibrieren funktionieren die Elektroden noch ganz wunderbar, im Aquarium zeigen sie dann aber nur noch Hausnummern an, zunehmend bei niedrigen Leitfähigkeiten.

Der von mir gewählte LMC6001 besitzt einen Eingangsbiasstrom von typ. 25 fA (0,000000025 µA). Der kann auch noch mit gealterten Elektroden umgehen. Kostet aber auch ummere 30 Euro. Dafür kriegt man schon irgendsoein Billigteil von absolut zweifelhafter Qualität. Das ist auch der Grund, warum die BNC-Buchse auf den Bildern in der Luft hängt: Den Eingangspin des OpAmps löte ich nicht ein, sondern biege ihn hoch und verlöte ihn direkt mit der BNC-Buchse. Damit vermeide ich Leckströme über die Platine.

Das weiße Rechteck ist ein Abschirmgehäuse. Hab nur kein 3D-Model für das Rendering gefunden.

Ausgewertet wird das ganze mit einem Rasbpi mit ADS1115-AD-Wandler. Der übernimmt dann auch gleich so nebenher die Kalibrierung.

Stay tuned…
Robert

 

[Wuestenrose]

Sodele…







Layout ist größtenteils fertig. Muß noch ein, zwei Nächte drüber schlafen, was ich noch ändern oder besser machen könnte, aber es ist so gut wie fertig. Wozu diese von der Lötstoppmaske freigehaltene Fläche? Damit ich mein Abschirmgehäuse drauf verlöten kann.

Stückliste ist schon bei Mouser hochgeladen, an der ändert sich nix mehr. Schön, was man heutzutage alles für Helferlein hat. Früher hätte ich das Ding aufgebaut und festgestellt, Mist, das Teil schwingt… Ich hab zwar auch viel früher schon Schaltungen mit PSpice simuliert, noch unter MS-DOS, aber das ist jetzt mit TINA und LTSpice schon deutlich komfortabler.


Viele Grüße
Robert

 

[Kejoro]

Hey Robert,

ich steh ja auf DIY!
Wenn ich deine Schaltung ins KiCad bekomme, würde ich das gerne mal anschauen.
Sofern es für dich ok ist, würde ich im Bekanntenkreis mal fragen, ob jemandem was auffällt. Bei der EMV gibt's ja nichts, was es nicht gibt

Wo lässt du das PCB fertigen?

Schöne Grüße
Kevin

 

[Wuestenrose]

Hallo Kevin …

Wenn ich deine Schaltung ins KiCad bekomme, würde ich das gerne mal anschauen.

Hab ich dir geschickt. Meine PCBs lasse ich bei JLCPCB fertigen. Ich hab mit denen immer gute Erfahrungen gesammelt so daß ich keinen Grund sehe, auf einen anderen Fertiger zu wechseln.


Viele Grüße
Robert

 

[Wuestenrose]

'N Abend...

Auf ebay wurde ein defektes GMH 3531 angeboten, zu dem ich nicht "nein" sagen konnte. Ich war zu neugierig, wie die Greisingers das machen. Am Wochenende war ich in Leipzig; vor 'ner Stunde bin ich zurückgekommen. Ich konnt's nicht erwarten, das Teil aufzuschrauben:



Sieht mir nach Flüssigkeitsschaden aus:



Ist wohl irgendwas ekelhaftes hineingelaufen. Sieht mir jetzt aber auch nicht irreparabel aus. Mal gucken, ob ich irgendwoher einen Bestückungsplan oder wenigstens einen Schaltplan auftreiben kann.

Als Eingangsverstärker verwendet Greisinger den MCP606:



Was soll ich dazu sagen... Ist halt'n Billigteil. Kostet 'nen Euro. Besitzt typisch den 100-fachen Eingangsbiasstrom wie mein LMC6001 und maximal immer noch den 80-fachen. Mit der Tiefpassfilterung zum Rausfiltern des unvermeidlichen Netzbrumms macht es sich Greisinger ziemlich einfach: Sie setzen auf den Innenwiderstand der Einstabmeßkette und schalten einen Kondensator von 470 pF parallel zum Eingang, was einen passiven RC-Tiefpass erster Ordnung mit einer Eckfrequenz von 0,7 Hz bei einer neuen und 0,17 Hz bei einer gealterten Elektrode ergibt - wobei ich mich frage, ob das Ding mit gealterten Elektroden wirklich noch umgehen kann:



Signalaufbereitung und das ganze Drumherum macht eine MCU aus der MSP430-Familie von TI:



Hab ich irgendwie fast so erwartet. Die Dinger sind echt nicht schlecht und für sowas prädestiniert.

Im Eingangsbereich arbeitet Greisinger zwar brav mit Guard-Ringen, wie es der Layouter mal in seinem EMV-Lehrgang gelernt hat:



Aber die helfen halt auch nicht bei elektromagnetischen Einstreuungen und gegen den sichtbaren(!) Schlonz auf der Platine, der den Eingangswiderstand dramatisch verschlechtert.

Und der Fertiger hat beim Zusammensetzen auch nicht aufgepasst:



Ein Anschlußbeinchen des Displays ist verborgen und steckt daher nicht vollständig im Sockel.

Ich hätte Lust, einen Reparaturversuch zu unternehmen, falls ich an die Unterlagen komme. Aber mein eigenes Projekt hat definitiv Vorrang.


Viele Grüße
Robert

 

[Wuestenrose]

… was einen passiven RC-Tiefpass erster Ordnung mit einer Eckfrequenz von 0,7 Hz bei einer neuen und 0,17 Hz bei einer gealterten Elektrode ergibt…

… woraus sich die 50-Hz-Dämpfung bei einer neuen Elektrode zu 37 dB und bei einer gealterten zu 49 dB errechnet. Bei meiner Schaltung sind es 73,5 dB, also zwischen 24,5 dB und 36,5 dB besser, was spannungsmäßig die Faktoren 17 bzw. 67 ergibt. Halt auf Kosten einer deutlich komplexeren und auch deutlich teureren Schaltung.


Viele Grüße
Robert

 

[Kejoro]

Hi Robert,
eine Frage zum Filter. Wieso willst Du die Brummspannung wegfiltern? Was spricht dagegen, die Filterung nach dem ADC digital vorzunehmen? Dann braucht man nur den Anti-Aliasingfilter, die haben höhere Grenzfrequenzen und sind dadurch idR. kompakter.

Schöne Grüße
Kevin

 

[Wuestenrose]

Hallo Kevin,

mein Konzept sieht vor, einen Raspi mit ADS1115-Karte als Auswerter zu verwenden. Ich müsste schon relativ schnell sampeln, um auch Harmonische der 50 Hz mitzunehmen und ich habe keine Ahnung, wie schnell der Raspi Digitalfilter berechnen kann. Ich komme noch aus der analogen Welt, damit bin ich aufgewachsen und, ja, damit kenne ich mich halt aus.

Man fragt sich natürlich, wozu der ganze Aufwand? Ganz einfach… Gute pH-Einstabmeßketten sind nicht nur ein bißchen teuer, sie sind sogar ganz elend teuer. Eine N61 wird in Gold aufgewogen… Ich will eine Elektrode daher möglichst lange betreiben können, deshalb der getriebene Aufwand.


Viele Grüße
Robert

 

[Erwin]

Hallo Robert,

Ich will eine Elektrode daher möglichst lange betreiben können, deshalb der getriebene Aufwand.

Dann verzichte auf deine erstverlinkte Gelelektrode und nimm eine, wie die zweite verlinkte mit austauschbarem Elektrolyt.
Meine Dupla Glaselektrode hat 2007 auch schon gut über 100 € gekostet. Ist also mittlerweile 18 Jahre im Dauereinsatz.
Off topic
Bierpreisvergleich Wiesn 2007 knapp 8€, 2025 16€

Soll dein Projekt eigentlich nur messen oder auch regeln?
Soll es für eine Dauermessung oder für mobile gelegentliche Einzelmessungen verwendet werden?

 

[Wuestenrose]

Hallo Erwin,

das Projekt, so es mal fertig wird, ist für portable Einzelmessungen gedacht. Dafür bekommt es einen 4s 18650 Standard-Li-Ion-Zellen Pack und einen Ladesanschluß für ein 12-Volt-Netzteil, von denen hier einige rumfliegen.

Regeln könnte es, ich brauch nur den Raspi entsprechend zu programmieren, I/O-Pins hat er ja genug. Ist aber nicht angedacht.


Viele Grüße
Robert

 

[Erwin]

Hallo Robert,

ist für portable Einzelmessungen gedacht.

Dann ist für die Haltbarkeit der Elektrode auch die Lagerung von Bedeutung.
Trocken oder besser Nass, keinesfalls in dest. Wasser. Glaube am besten in der 3mol kcl Lösung. Die kristallisiert gerne bei Luftkontakt.
Solltest du dich, wenn es soweit ist, nochmal genauer informieren.

 

[Wuestenrose]

Konzept umgeworfen…

Leute, die was von der Materie verstehen, haben mich davon überzeugt, daß der Raspi selbst in Python für meine Anwendung noch schnell genug ist für digitale Filterung. Ich filtere daher nur noch mit 2. Ordnung analog vor, dann aber mit 1 Hz Eckfrequenz, spare mir somit einen großen und teuren Kondensator, und filtere digital im Raspi nach. Oder mittle einfach über ein paar Meßwerte. Wenn ich den ADS1115 8 oder 16 Samples pro Sekunde ausgeben lasse, ist da eh schon Oversampling drin.

Greisinger, jetzt senseca, hat meine Bitte nach Schalt- und Bestückungsplan übrigens abschlägig beschieden. Als ob ich das Ding nachbauen und in Verkehr bringen wollte…


Viele Grüße
Robert