Hallo, ich habe eine Messzelle und eine Schaltung zur Bestimmung der Leitfähigkeit in Flüssigkeiten aufgebaut. Die Schaltung misst den Spannungsabfall über einem Widerstand, der in Reihe mit der Messzelle geschaltet ist. Dabei handelt es sich um einen Instrumentenverstärker wie im beigelegten Bild, nur dass R2 durch ein Potentiometer ersetzt ist, um die Verstärkung einstellen zu können. Für die Ops habe ich ein LM324 genommen und mit symmetrischer Spannung versorgt, weil die Messzelle mit Wechselspannung betrieben wird, deren Abfall am nachgeschalteten Widerstand gemessen wird. Klappt auch alles ganz prima. Nach Eichung mit KCl Lösungen sind die Messungen bei einigen Versuchen zufriedenstellend genau ausgefallen. Ein Manko bekomme ich aber nicht beseitigt. Die Leitfähigkeit ist auf 25° Celsius bezogen, und nimmt von dort bei Temperaturerhöhung pro Grad um ca. 2% zu bzw. bei Erniedrigung ab. Ohne Temperaturkompensation muss ich also meine zu testenden Lösungen immer genau auf 25° temperieren. Mir ist schon klar, dass ein NTC oder PTC die Lösung sein dürfte, und dass er wahrscheinlich in die Rückkoppelung eines Ops muss, aber dann hört es auf. Wie ich es anstelle, dass tatsächlich die 2% drauf bzw. heruntergerechnet werden, habe ich nicht herausgefunden. Empirische Versuche blieben erfolglos, und um es selbst zu berechnen, fehlen mir die Grundlagen, und entsprechende Erläuterungen im Internet waren zu komplex für mich. Könnte mir hier jemand einen für Nichtfachleute nachvollziehbaren Tipp geben, wo NTC oder PTC im Instrumentenverstärker hin müssen, und wie die genannten 2% zu erreichen sind? Gruß von Jason
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Zuerst wäre zu klären, wie die Leitfähigkeit sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, also ob die Messkurve nach oben oder unten parallel verschoben wird oder ob die Kurvensteilheit verändert wird, wenn die Temperatur sich ändert. Eine Parallelverschiebung lässt sich kompensieren, indem du den Ausgang deines Instrumentenverstärkers in einem Analogsummierer zu einem passend skalierten Temperatursignal addierst. Wenn es um die Kurvensteilheit geht, ist R2 vielleicht der passende Ansatzpunkt. Vielleicht kann man mit einem temperaturabhängigen Widerstand etwas arrangieren. Eine andere Möglichkeit wäre ein nachgeschalteter Analogmultiplizierer, z. B. eine Gilbertzelle (zu der es hier einen guten Artikel gibt). Oder man erfasst Temperatur und Leitfähigkeit mit A/D Wandlern und macht die Auswertung digital.
@jason: Bei mir steht demnächst auch die Messung der Leitfähigkeit von Wasser an - ich habe mir noch keine Gedanken darüber gemacht, bin aber froh um Inputs. Leider konnte ich dir nicht ganz folgen. Könntest du hier den Rest der (Wechselspannungs)Schaltung zeigen? Zu deiner Frage: Ich nehme an, dass du nicht direkt den analogen Wert brauchst, sondern den in einen uC einspeisst (ADC). Eine Kompensation im uC ist vermutlich einfacher als dies in der analogen Schaltung kompensieren zu versuchen.
Hallo Ernst, ich habe die Stichwörter, die Du geschrieben hast, mal nachgeschlagen. Wäre das nicht vielleicht mit Kanonen auf Spatzen schießen? Aber nichts für ungut, ich weiß eben nicht, ob es nicht einfacher geht. Die Leitfähigkeit ändert sich zwar nicht wirklich linear mit der Temperatur, aber im relevanten Bereich, etwa von 15 bis 30° Celsius ist es linear genug. Es wäre nötig, mal in meinen Worten ausgedrückt, vom Messergebniss für jedes Grad über 25° Celsius 2% abzuziehen und für jedes Grad unter 25° 2% zu addieren. Und es wäre schön, wenn sich das durch eine einfache Schaltung mit einem temperaturabhängigen Widerstand realisieren ließe. Ausgehend vom beschriebenen Instrumentenverstärker.
@Master Snowman Als Wechselspannung nehme ich die halbe Trafospannung der Dualstromversorgung also ein Trafopin gegen die Mittelanzapfung. Sind knapp 15 Volt. Da insgesamt wenig Strom fließt, geht das problemlos. Doch, aus "optischen Gründen" nehme ich als Anzeigeinstrument ein analoges Voltmeter für Wechselstrom bis 10 Volt. Die Skala habe ich durch die Eichung mit KCl-Lösungen erstellt. Ist verblüffend genau, vorausgesetzt ich temperiere sorgfältig. Deshalb würde ich eben gern die 2% pro Grad schon in der Schaltung berücksichtigen, aber dazu verstehe ich nicht genug von der Materie, um das mal eben zu lösen. Es müsste durch einen Spannungsteiler, der einen NTC oder PTC enthält und im Instrumentenverstärker sitzt, gehen, nur wie?
jason schrieb: > Es müsste > durch einen Spannungsteiler, der einen NTC oder PTC enthält und im > Instrumentenverstärker sitzt, gehen, nur wie? Dazu müsstest du mal die Meßschaltung zeigen. Vermutlich ist die Leitfähigkeit gar nicht proportional zum Meßsignal...
Darf ich erst einmal versuchen sie zu beschreiben? Ist fast zu simpel, um sie aufzuzeichnen: Vom Trafo der dualen Speisespannung geht ein Ausgang zur Messzelle. Die andere Seite der Zelle führt an einen Widerstand (je nach Messbereich zwischen 220 Ohm und 1k, Stufenschalter). Vom Widerstand geht es zurück zur Mittelanzapfung des Trafos (Masse). An diesem Widerstand wird die abfallende Spannung mit dem eingangs erwähnten Instrumentenverstärker gemessen. Der mit steigender Leitfähigkeit gemessene Spannungsanstieg ist nicht wirklich linear. Wenn der Messwiderstand aber im Verhältnis zum ungefähren Widerstand, den die Lösung in der Messzelle darstellt, genügend klein ist (z.B. Faktor 20), ergibt sich eine brauchbare Skala auf dem Messinstrument. Darum nehme ich an, dass die Genauigkeit für die Praxis (Bodenkunde) völlig ausreichen würde, wenn auf die verstärkte Spannung, die am Ausgang schließlich ansteht, zwei Prozent pro Grad Abweichung von 25° addiert bzw. davon subtrahiert würden. Das Schöne ist ja, dass man die Sache stets mit eingewogenen und temperierten Messlösungen überprüfen kann. Nur fehlt mir bislang ein Ansatz, wie ich es schaltungstechnisch realisieren könnte, dass über einen temperaturabhängigen Widerstand an der Messzelle eben diese 2% pro Grad in die Messung einfließen. Eigentlich sollte es egal sein, an welcher Stelle auf dem Weg zur Anzeige das passiert. Die Schaltung müsste nur die Möglichkeit bieten, dass man mit einem Poti einstellen kann, dass beim auf 25° gebrachten NTC oder PTC (?) nichts geschieht, während dann mit jedem Grad nach oben 2% addiert bzw nach unten subtrahiert werden.
jason schrieb: > während dann mit jedem Grad nach oben > 2% addiert bzw nach unten subtrahiert werden. Das ist ja nicht korrekt ausgedrückt. Wenn du 2% addierst, so ist das in Wirklichkeit eine Multiplikation (mit 1,02). Deswegen ist das analog recht schwierig, ich würde das eher mit einem Prozessor realisieren. Den Faktor kann man ja trotzdem mit einem Potentiometer steuern. x% vom Messwert analog zu erzeugen ist noch kein Problem, aber das müsstest du ja mit der Differenztemperatur multiplizieren und dann zum Messwert addieren. Georg
Hallo Georg, genauso ist es, pro Grad (x) 2%, als kann man die Additionen auch als Multiplikation sehen. x mal mit 1,02 multipliziert. Ein Prozessor würde den Rahmen sprengen. Dass es analog geht, beweisen alle antiken Leitfähigkeitsmesser, die ohne Prozessor auskommen mussten. Ich habe damals in dem Bereich gearbeitet. Und die mit Temperaturkompensation waren nicht dramatisch teurer als die ohne. Leider kann ich nicht mal eben so ein Gerät öffnen und nachsehen, wie sie es damals gemacht haben. Die Gelegenheit besteht nicht mehr. Die grobe Richtung wäre wohl diese: Der NTC oder PTC wäre so in einen Spannungsteiler eingebunden, den man mit Potentiometern so einstellen kann, dass bei 25° kein Einfluss auf die Verstärkung des Op vorhanden wäre und dann pro Grad der beschriebene Einfluss auftritt. Vermutlich wäre es, jedenfalls für mich, einfacher die Einstellungen dann empirisch vorzunehmen, als sie anhand der Kennlinie des Widerstandes zu berechnen. Aber bisher bekomme ich nicht zusammen, wie und an welcher Stelle so ein Kontrukt in den Instrumentenverstärker einzufügen wäre.
jason schrieb: > genauso ist es, pro Grad (x) 2%, als kann man die Additionen auch als > Multiplikation sehen. x mal mit 1,02 multipliziert. Also Multiplikation, möglichst einfach. Dann schau mal auf den Schaltplan im ersten Post. Das Bauteil an dem du ansetzen musst ist R2. Ein Bauteil mit dem richtigen Temperaturkoeffizienten wählen (PTC oder NTC) und passende Widerstände in Serie und/oder parallel dazu anschliessen... ist halt Rechnerei und Feintuning
Die mir keiner abnehmen will? (Scherz...) Ich hatte gehofft, dass die Sache so trivial ist, dass sie für Leute, die mehr davon verstehen, auf der Hand liegt. Aber egal, gegen ein wenig herumprobieren kann man auch nichts sagen. Vielen Dank soweit!
Alternativ könnte man noch eine weitere Verstärkerstufe nachschalten, in der die Kompensation erfolgt.
Ernst O. schrieb: > Das Bauteil an dem du > ansetzen musst ist R2. Ein Bauteil mit dem richtigen > Temperaturkoeffizienten wählen Sowas kann man sich von einem Mathematik-Programm näherungsweise aber optimal ausrechnen lassen. Zuvor aber müsste man festlegen, in welchem Temperaturintervall die Kompensation erfolgen soll, je grösser desto ungenau, schon weil NTC-Widerstände alles andere als linear sind. Georg
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Ja, ich könnte den vierten Op des LM324 verwenden, um über dessen Verstärkung am Ende die Temperatur einfließen zu lassen. Bei steigender Temperatur steigt die Leitfähigkeit, also sollte die Verstärkung sinken. Wäre es dann der richtige Ansatz, in der Schaltung wie auf dem hier beiliegenden Bild R2 durch einen NTC zu ersetzen, und R1 so einzustellen, dass pro Grad der gewünschte Effekt erreicht wird? Oder aber alternativ R1 durch einen PTC ersetzen und mit R2 einstellen. Der Bereich würde maximal von 15 bis 30° Celsius gehen. Ist die Linearität von entweder NTCs oder PTCs besser?
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