Ja mierzyłem na sondzie celem uniknięcia wszelkich pomyłek wprowadzanych przez wyżej wklejony układ, gdyż nie miałem pewności co do jego poprawnego złożenia. Nie ustosunkowuję się do tego co jest na wyjściu tego układu bo chciałem wiedzieć po 1 czy sonda działa poprawnie a później zająć się interpretacją tego co wyjdzie z układu
Zwyklym miernikiem nie zmierzysz napiecia z elektrody - potrzebujesz miernik o b. duzej rezystancji wewnetrznej, rzedu mega omow. Najlepiej to zrobic na Op-Ampie z wejsciem J-FET.
No teraz już lepiej, jakieś dziesiątki i nawet setki mV.Tylko coś pływa mi pomiar o grube dziesiątki (nie oscyluje wokół jednej wartości) , ale podkreślam, że nie mierzyłem w buforze kalibracyjnym, tylko occie. Powinno być to napięcie ujemne a nie jest, mowa o wyjściu za 1 wzmacniaczem operacyjnym.
Jak przygotowales elektrode? Jest w srodku odpowiedni poziom roztworu? Jesli to nowa elektroda to musi byc najpierw zalana odpowiednim roztworem - w srodku jest taka rurka ze wskaznikiem, w korku lub okolicy powinien byc maly otworek do uzupelniania plynu. Potem elektrode trzeba trzymac jakis czas w roztworze KCl, nastepnego dnia powinna byc gotowa. Inna mozliwosc to problem ze wzmacniaczem - on ma gigantyczna opornosc wejsciowa i lapie wszelkie zaklocenia.
Elektrodę kupiłem z listopadzie zeszłego roku i tak leży. Od swej nowości jest moczona (już tak ją kupiłem) w 3 molowym roztworze KCL nigdy nie była sucha.Na jej końcu przymocowany jest pojemnik z tym roztworem. Po rozpakowaniu należało ją opłukać w wodzie destylowanej i wsadzić do roztworu badanego i to zrobiłem. Roztworu wewnątrz sondy jest odpowiednia ilość nic nie ubyło, nie ma osadu na jej dnie. Sondę staram się zatem wykluczyć z tych rozważań. Pomiaru dokonuję miernikiem przykładanym do zacisków złącza BNC może po przylutowaniu przewodów byłoby lepiej? (jakoś doczepić bardziej trwale sondy miernika?) Może zwiększyć pojemność kondensatora na wejściu?? ja mam 220nF w schemacie jest 620nF.
Co to jest za elektroda? Daj linka do opisu. Druga rzecz to wloz ja do roztworu kalibracyjnego i w nim ustaw parametry wzmacniacza, tak, zeby dal wlasciwe napiecie. Dopiero po kalibracji sprawdz wyniki. Zwyklym miernikiem jak to juz bylo pisane nie sprawdzisz potencjalu elektrody - ona ma opor w zakresie mega do gigaomow. Swoj wzmacniacz pomiarowy mozesz przetestowac ustawiajac odpowiednie napiecie na wejsciu dzielnikiem rezystorowym + zrodlo referencyjne. To ulatwi ci kontrole poprawnosci samej elektroniki. Mogles niechcacy uwalic opampa, to jest JFET ekstremalnie wrazliwy na ladunki elektrostatyczne.
Witam!
Mam pytanie. Może źle do tego podszedłem a może nie. Z matematycznego punktu widzenia jest wszystko ok. Dla ph=4 mam napięcie po stopniu wzmacniającym 0,815 mV dla ph=7 mam 1,866 mV. Na szczęście są to wyniki powtarzalne i ich wahania to tylko +/- 0.002V. Dla prostej przechodzącej przez 2 punkty równanie jest wszystkim znane. Stąd pytanie, czy moje założenie, że ta funkcja jest dobrym odwzorowaniem tej innej teoretycznej funkcji y=58mV*x + b?
Mój współczynnik kierunkowy jest inny niż te 58mV/pH, jeśli robię to źle to dlaczego mam poprawne wyniki?
Witam!
częścią mojej pracy dyplomowej jest pomiar pH gleby i wody. Zakupiłem sondy Hydromet ERH-AQ1 i ERH-13-6. Opracowuję schemat elektryczny wzmacniacza do sondy, proces kalibracji oraz przeliczanie mV na pH. Z tego tematu dowiedziałem się (również od promotora), że najlepiej zlinearyzować charakterystykę zależności pH od mV. Doskonale rozumiem idee tego zabiegu jak i zasadę działania sondy, równanie Nersta, itd. Tak jak wyczytałem i powiedział promotor, w przypadku mniejszego zakresu pH można pokusić się o równanie prostej y = ax + b gdzie a i b to graniczne wartości pH z przedziału (pomierzone napięcia na wyjściu wzmacniacza). Posiadam bufory kalibracyjne o pH = 4,7 oraz 9. Mam do rozpatrzenia kilka przypadków i z tym mam problem, co wybrać, jakie są wady i zalety rozwiązań. Mianowicie wyczytałem również, że w przypadku szerszego zakresu należy wprowadzić nieco nieliniowości, tzn. ? równanie kwadratowe ? Bo będzie to wielomian wyższego rzędu (natomiast jakiego ?) Jak będzie wyglądała taka zależność w przypadku kilku buforów ? Chciałbym mierzyć najlepiej cały zakres pH (potrzebne do badań do teorii).
Czyli de facto zastanawia mnie konkretne zastosowanie zależności liniowej/nieliniowej mV od pH wykorzystując kilka buforów. Druga sprawa w takim przypadku to kompensacja temperatury, którą również chciałbym dorobić. Docelowo wykonywałyby ten zabieg termometry cyfrowe DS18B20:
Tylko jak uwzględnić w takim równaniu czy 1 stopnia czy n-tego stopnia ?
Kolejny sposób, który sobie opracowałem to bezpośrednie skorzystanie z równania Nersta (dokumentAN-1852). Przyjmując, że przy pH7 = 0V jako potencjał elektrody standardowej (przy pH7) moje równanie po przekształceniach zamieściłem w zeskanowanym dokumencie.
Wyprowadziłem sobie wzór (uprościłem), podstawiałem wartości od -414mV do +414mV i wyniki wychodziły bardzo dobre. Tylko pytanie, czy ten zapis teoretyczny ma prawo funkcjonować w życiu ? Z praktycznego punktu widzenia, wszędzie czytam, że nie stosuje się równania Nersta tylko linearyzację...nie rozumiem w tym przypadku pojęcia kompensacji temperatury (wiem, tylko tyle, że prosta przesuwa się). Korzystając z równania Nersta, uwzględniam w jasny sposób temperaturę ośrodka mierzonego w Kelwinach, tak więc mógłbym pośrednio wrzucić temperaturę z DS18B20 przeliczoną na kelwiny i podstawiać pod wzór. Korzystając z tego schematu:
dobór odpowiednich rezystancji pozwala uzyskać przesunięcie zakresu z ujemnych na dodanie dzięki sumatorowi na wyjściu układu (uzyskuję zakres 0-2V dla zmian +-414mV). Jedynym problemem, który narazie nie wymyśliłem to proporcja przeliczająca napięcie wyjściowe (0-2V) z powrotem na wartość ~ w mV aby podstawiać pod wzór Nersta.
Co myślicie o tym wszystkim co napisałem ? Bardzo proszę o radę i pomoc w zbudowaniu pH metrów, czas mnie nagli a ja ciągle wałkuję teorie...
Wzmacniacz TL074 NIE nadaje się do budowy pehametru. Należy użyć wzmacniacza o bardzo małym prądzie polaryzacji (prąd rzędu fA) np LMC6041, który jest przystosowany pracy elektrodami pH. TL074 ma duży prąd polaryzacji (rzędu kilkuset nA). Należy pamiętać, że elektroda pH jest baterią której napięcie zależy od stężenia jonów wodorowych w roztworze. Dlatego prąd polaryzacji odgrywa w tym momencie kluczową rolę. Należy też zastosować izolację układu pomiarowego poprzez zastosowanie wzmacniacza izolacyjnego np AD202 firmy AD. Proszę także zwrócić uwagę, że jeżeli zbytnio obciążymy "baterię" - elektrodę nie możemy stosować wzorów, które zostały wyprowadzone dla warunków idealnych. Stąd biorą się te wszystkie niedokładności i rozbieżności.
Dziękuję za kolejne wypowiedzi Rozumiem, że jeśli chodzi o sam schemat elektryczny to jest ok ? Przesymulowałem sobie działanie układu w Altiumie z wykorzystaniem wzmacniacza LMC6041 i działa podobnie (ciężko, żeby tak nie było ). Co do dostępności, to akurat LMC6041 jest dostępny w dość sporej liczbie na tme natomiast tego co podał kolega atom nie ma
Trzeba usunąć kondensator C13, dlatego, że układ mierzy w tym momencie upływność tego kondensatora i tylko część napięcia z elektrody pH. Na wejściu nie należy stosować żadnych elementów - tylko elektroda.
To, że na wejściu bez żadnego kondensatora rozumiem, ale C13 ? Przecież cały ten układ razem z rezystorami i wzmacniaczem operacyjnym lokalnie tworzy filtr Sallen - Keya
Ze schematu widać, że C13 jest połączony równolegle z elektrodą pH. Mając na uwadze duży prąd polaryzacji wzmacniacza głównie mierzymy prąd upływu tego właśnie kondensatora i tylko część napięcia z elektrody. Zastosowanie wzmacniacza izolacyjnego radykalnie poprawia jakość sygnału elektrody pH, poza tym odcinamy się masy przetwornika i zmniejszamy wpływ elektryczności statycznej na stabilność pomiaru. Ma to znaczenie w przypadku bardzo dużych oporności wejściowych. W celu stabilizacji pomiaru należy zrobić filtr programowy np. liczyć średnią z 20 pomiarów odrzucając jednocześnie skrajne wartości.
A rozumiem, może po prostu chodziło nam o inne kondensatory (pewnie patrzymy na schematy o różnych numeracjach elementów Tak, kondensator na wejściu pierwszego wzmacniacza jest już usunięty ze schematu i zostaje tylko sonda pH + gniazdo BNC
Witam, mam pytanie odnośnie samej kalibracji sondy. Jestem w trakcie pisania równania liniowego zależności napięcia sondy od pH. Tak jak już wcześniej kolega tmf napisał komuś, że wkladam elektrodę do roztworu nr 1 mierzę napięcie - i jest to mój np. współczynnik a, tym samym dobierając b tak aby otrzymać pH badanego bufora. Następnie wkładam sondę do kolejnego bufora i tym razem przy stałym współczynniku b zmieniam a tak aby z powrotem otrzymać pH badanego bufora. Ok - rozumiem, mam pytanie bo posiadam 3 bufory: pH 4, 7 i 9. Czy kalibrację przeprowadzą się tylko np. dla buforów 4 i 7 lub 7 i 9 czy mogę przeprowadzić dla 4 i 9 ? Chcę mieć w miarę uniwersalny zakres pomiaru.
Rozumiem, że będzie to wielomian n-tego stopnia ? Skoro mam 3 punkty empiryczne...Czy są jakieś programy, które wyliczyłyby mi równanie takiej funkcji ? Zaraz dowiem, się, że jestem leniem, niestety nie cierpię probabilistyki i jej totalnie nie rozumiem ani nie umiem. Na studiach miałem aż 4 razy poprawkę z tego badziewia i niemiłe wspomnienia z walką aby to g**** zaliczyć O.o No ale raz na pare lat się przydaje...Na jakiś laborkach wyznaczaliśmy na AVRkach metodą najmniejszych kwadratów miejsca zerowe funkcji kwadratowej. Ale to była dana funkcja a my mieliśmy algorytmem poszukać miejsc zerowych. Tutaj rozumiem sytuacja jest totalnie odwrotna
punkty to:
przy pH9 = 1,47V
przy pH7 = 1,23V
przy pH4 = 0,85V
Dobra to wyznaczę sobie w Excelu. Mam pytanie bo zaczynam się bać o pomiar. Przy pH4 pomiar nie jest stały. Najpierw pokazywalo mi 0,91...potem 0,9 i tak prze zaledwie godzinę spadło do 0,84. Przecież nie mogę uzać to za punkt empiryczny, przecież to spada ? Nie wiadomo do jakiej wartości spadnie...może nawet do 0. To oznaczałoby błędny układ. Co o tym myślisz ?
Nie, będzie to prosta. W sumie jak wstawisz to do Excela to on Ci to policzy najprawdopodobniej właśnie za pomocą metody najmniejszych kwadratów (równanie linii trendu typu liniowego).
A co do spadania wartości to trudno powiedzieć. Nie mam pomysłu co to może być.
Obliczyłem sobie REGLINPem w Excelu współrzędne równania i sprawdzilem na kartce - zgadzało by się. Natomiast martwi mnie to, że przy pH4 naprawdę zaczyna szybko spadać...jest już 0,81V i waha się na 0,8V. Będzie ogromny błąd pomiaru jak nie totalne jego zakłamanie.
Żadna elektroda nie jest wystarczająco liniowa w tak szerokim przedziale i raczej powinieneś użyć wielomianu, a nie funkcji liniowej, a błąd pomiaru mimo wszystko będzie znaczący. Dla precyzyjnych pomiarów elektroę kalibruje się buforami o pH zbliżonym z pH mierzonego. Jeśli wyniki ci skaczą, to warto sprawdzić poprawność układu pomiarowego, a przede wszystkim samą elektrodę. Szczególnie te tanie nie cechują się dużą stabilnością - nie spodziewaj się, że elektroda za 100 zł będzie miała parametry takie jak elektroda za kilkaset zł. Warto sprawdzić też poziom elektrolitu w elektrodzie, czy nie jest zbyt niski, przyczyną może być też zużycie elektrody i konieczność jej wymiany. Zazwyczaj producent elektrody umieszcza też informacje o sposobie jej konserwacji i regeneracji.
Akurat nie ma to nic wspólnego z elektrodą. Elektrody profesjonalne z firmy Hydromet, modele ERH-AQ1 oraz ERH-13-6. Nowe, mają pełen poziom elektrolitu i moczyłem je najpierw 12h w buforze o pH7. Tzn. niestabilny jest pomiar napięcia na ADC, bo na multimetrze jest w miarę stabilny. Co do wielomianu ? Jakaś wskazówka więcej ? Jaki to jest stopień wielomianu, jak przeprowadzić aproksymację ?
Stosując kilka różnych punktów odniesienia, można uniknąć wielomianu, a zamiast niego uzyć funkcji PWL (piecewise linear). Sam wielomian tez da się wyznaczyć różnymi metodami, z punktów (np tu), chociaz ja przeważnie preferuję funkcje PWL, jeśli procek nie ma FPU na pokładzie...
Punktów pomiarowych musisz mieć zawsze o 1 więcej, niż stopień wielomianu. Dla funkcji 1 stopnia (liniowa) potrzebujesz dwóch, dla funkcji kwadratowej 3, itp. Wszystko do znalezienia w necie ;]
Swoją drogą, te wszystkie obwody wzmacniaczy które zobaczyłem w tym wątku to imho mijają się z powołaniem. Do tak małych napięć i prądów stosowałbym różnicowy wzmacniacz instrumentalny - pozwoliłoby to zminimalizować szumy i śmieci (i.e. 50Hz) common mode. Przy takich wzmacniaczach jak w tym wątku, syf indukujący się na przewodach sondy absolutnie rozwala cały pomiar. I samo uśrednianie niewiele tu da.
Na mierniku widzisz 'w miare' stabilne napięcie, bo miernik 'stara sie' liczyc z napiecia wejsciowego srednią (lub RMS). Dlatego ci sie wydaje, że to jest stabilne. Podłącz sobie oscyloskop zamiast miernika i zaobserwuj śliczną składową 50Hz + przeróżnej maści EMI...
Wyjscie z stopnia wejściowego podłączyłbym pod różnicowy LPF 100Hz pierwszego rzędu, nadpróbkowanie ADC 16x, i cyfrowy filtr LPF tnący gdzieś w okolicach 10Hz...
Witam, dawno w temacie nie odpisywałem bo jednak zostawiłem układ taki jaki był. Niestety nie miałem więcej funduszy na kupowanie bardzo drogich wzmacniaczy o jakich była mowa, choć wiem, że dzięki temu pomiar miałby niesamowitą dokładność i powtarzalność. Pojawił się po pewnym czasie problem, którego nie potrafię już rozwikłać, ani zrozumieć. Ponad miesiąc temu udało mi się zrobić ten pHmetr i był naprawdę dokładny. Stosując reglinp w Excelu oraz ręczną kalibrację uzyskałem przy pomocy zwykłego równania liniowego i 3 buforów dokładność rzędu max 0,05pH. Później kod programu został powielony, łącznie z elektroniką i została podłączona druga sonda - wynik był podobny. Niestety kiedy to nie uruchamiałem przez parę tygodni pHmetr ten nagle zaczął źle działać. W weekend robiłem funkcję autokalibracji z poziomu aplikacji na komputer napisanej w C#. Kalibracja działa super i na pewno nie przez nią jest problem. Generalnie teraz jest tak, że DZIWNYM trafem pomiary mam:
dla bufora pH4 = 4.5 do 4.6, w sumie tak samo dla każdego innego bufora...Wszystkie bufory nagle są zawyżone o około 0,5 do 0,6 pH co jest sporym błędem w porównaniu do tego co było. Nawet wgrywając progam samego phmetru (bo jest to jedna z wielu części sterownika uprawy roślin), jest to samo. Także nie jest to raczej wina software...Hardware ? ale co ? Miernik też pokazuje zawyżone pomiary. Mniej więcej o 50mV więcej niż być powinno. Nasuwa się pytanie do fachowców o pH a wiem, że tutaj tacy są. Sondy wisiały sobie spokojnie i zamknięte w pojemniczki z substancją "konserwującą" ich membrany - roztwór KCl ? Czy jakoś tak. Możliwe, żeby sondy padły ? Druga opcja - z tego co wiem, bufory pH mają ogromne stężenie. Może podczas wieelu kalibracji przez cały weekend (przy pisaniu oprogramowania do autokalibracji), przekładają sondy z bufora do bufora, te wymieszały się i mają błędne wartości pH ? Zamiast 4 to 4,5...ale każde z nich miałoby o około 0,6 pH zawyżone ? Nie rozumiem tego. Jak myślicie z punktu widzenia doświadczonego użytkownika sond pH. Co mogło się stać ? Przecież od leżenia nie mogło się "zepsuć"...skoro działało idealnie. Zawsze przy zmianie buforów, sondę opłukiwałem w szklance wody i dotykałem suchą szmatką aby wchłonęła resztki wody z membrany. Gdyby ktoś doradziłby co zrobić...Czy kupić nowe bufory i sprawdzić czy to ich wina, czy co robić...nie mam żadnego pomysłu. Z góry dziękuję
Po pierwsze tej membrany się niczym nie dotyka - usuwasz nadmiar wody, to co tam zostanie jest bez znaczenia - w końcu zanurzasz elektrodę w buforze... Po drugie, pHmetr kalibruje się codziennie, a jeśli zależy ci na precyzji to przed każdym pomiarem o ile od ostatniej kalibracji minął jakiś czas, np. 2-3 godziny. Nie da się na sztywno zaszyć współczynników kalibracyjnych w programie i liczyć że za miesiąc pomiar ciągle będzie dokładny. Elektrody się starzeją i zależność napięcie/pH się zmienia, zmienia się też wiele innych czynników, w efekcie pomiar bez wcześniejszej kalibracji jest nic nie wart. Same bufory też się zużywają - np. pochłaniają CO2 z powietrza, rosną w nich bakterie itd. Dlatego jak masz bufor to odlewasz z butelki trochę do naczynka w którym zanurzasz elektrodę i kalibrujesz. Taki odlany bufor zamknięty można używać przez kilka dni, po czym się go wylewa i bierze nowy z butelki. W swoim programie uwzględniasz też temperaturę? Bo pH kalibratora podaje się dla określonej temperatury, zwykle na etykiecie jest też tabelka jak się zmienia w różnych temperaturach.
Jeśli chodzi o usuwanie nadmiaru wody to jedynie przykładałem delikatnie np. chusteczkę higieniczną zgodnie z tym co było napisane w instrukcji obsługi sondy. Nie dotykałem niczym innym membrany aby jej nie uszkodzić, tak samo nie dotykałem nawet innych części sondy - jedynie za plastikowy uchwyt. OK, rozumiem, że przed każdym pomiarem należy robić kalibrację. Aczkolwiek aktualnie robię je kilka razy dziennie w szukaniu błędu. Podejrzewam, że mam stare bufory. Stoją non stop otwierane i zamykane już ponad 2 miesiące czasu, wkładałem zawsze sondę bezpośrednio do pojemniczka bufora bez odlewania itd. Jedyne co może być naprawdę nie tak to wg. mnie same bufory - są zużyte. Tylko pytanie, to możliwe aby każdy z nich miał nagle wartość pH większą o około np. te 0,5 czy 0,6pH ? Nie zostaje mi narazie nic innego jak kupienie nowych buforów, czy mam rację ?
Co do temperatury - nie uwzględniam jej w swoim równaniu. Przyznając się, nie wiem za bardzo jak w praktyce uwzględnia się temperaturę (wykorzystując równanie liniowe y[pH] = a * Uzmierzone + b i wyznaczając jej współczynniki przy pomocy reglinp'a w Excelu). W teorii wiem jak to wszystko wygląda, równanie Nersta itd. Ale jak chociażby w przypadku samej implementacji - nie wykorzystuje się tego równania, tylko przybliża wielomianami n-tego stopnia.
Wracając do samego problemu: nie wydaje mi się, że obie sondy postarzały się przez tak krótki czas. Przeglądając fora, projekty innych ludzi to takie konkretne starzenie następuje po ponad roku, nawet dwóch latach. Sondy jakie kupiłem nie są zabawkami i nie były tanie. Popularne i dobre firmy Hydromet. Wydaje mi się, że wina leży po stronie buforów...
Do oryginalnych buforów nic się nie wkłada, żeby nie wprowadzić np. bakterii, które w tym nieźle rosną, nawet jeśli są w nim substancje konserwujące. Kalibratory mają określoną ważność po otwarciu - podaje to producent. Nie wiem jakich używasz, piszę o odczynnikach do badań laboratoryjnych. Mogą jak najbardziej się zakwasić np poprzez wchłanianie CO2 z atmosfery, chociaż aż tak nie powinno to wpłynąć, zakwaszenie może być też objawem rozwoju bakterii. Niemniej nie ma co kombinować, po prostu przed każdym pomiarem elektrodę się kalibruje i tu nie ma dyskusji. Niezależnie jakie są powody dla których pomiary się rozjeżdżają. W pracy używam elektrod za kilka-kilkanaście tys. zł i tak samo trzeba je kalibrować, Zwykle różnica wynosi 0,1-0,2 pH, ale i 0,5 by mnie nie zaskoczyło. W zależności od bufora zmiana pH nawet o 0,1-0,2 pH/10 st. C też jest naturalna, stąd jeśli pomiar odbiega od warunków referencyjnych dla bufora kalibracyjnego należy uwzględnić zmianę temp.
W takim razie jak ma się regularność kalibracji w odniesieniu do pomiarów ciągłych pH ? Np. w akwarystyce ? Czy mógłbyś mi podpowiedzieć jak uwzględnić wpływ temperatury, w przypadku gdy wykorzystuję zwykłe równanie liniowe ?
). Co do dostępności, to akurat LMC6041 jest dostępny w dość sporej liczbie na tme natomiast tego co podał kolega atom nie ma 
