Sauerstoffsensor mit OPV

[Peter M. (pflak)]

Hallo,
Ich glaube, dass ich einmal eure Hilfe in Anspruch nehmen.

Ich möchte mit einem chemischen Sauerstoffsensor den Sauerstoffgehalt in 
einem Raum messen. Ich benutze dafür zwei Sensoren, um die Messung 
redundant zu gestalten. Der zweite Sensor überprüft also den ersten 
Sensor.

Das Signal meiner Sensoren greife ich über jeweils einen 2,2 MegaOhm 
Widerstand ab. Laut Datenblatt der Sensoren soll ein Widerstand größer 1 
MegaOhm verwendet werden.
Das Sensorsignal beträgt in etwa 10 mV bei Umgebungsbedingungen, also 
21% Sauerstoff.
Um die Spannung beider Sensoren mit einem Arduino Uno zu messen, 
verstärke ich meine Signale mit einem LM324N OPV um das ca. 15-fache. 
Die Referenzspannung vom Arduino ist auf 1,1 Volt gestellt.
Zwei der vier Eingänge des OPVs werden für die Sensoren benutzt. Die 
anderen beiden als Impedanzwandler und als PI-Regler für ein anderes 
Element. Haben also eigentlich nichts mit den Sensoren zu tun.

Da ich die Sensoren vor jedem Gebrauch an der Umgebungsluft kalibriere, 
ist auch ein Offset, bedingt durch den OPV, zu vernachlässigen, da der 
momentane Wert 21% entspricht. Das Signal bei höheren Konzentrationen 
verhält sich linear und der Offset bleibt ja auch konstant.

Mein Problem ist jetzt folgendes:
Messe ich die Spannung eines Sensors alleine, schwankt mein Signal vom 
AD-Wandler am Arduino um etwa 50 Bit.
Benutze ich einen anderen Eingang des OPVs (den vom zweiten Sensor), 
schwankt das Signal nur "noch" um 10 Bit. Schließe ich beide Sensoren an 
und messe das Signal von einem Sensor, schwankt mein gemessenes 
Sensorsignal nur noch um 2-3 Bit.
Ist der OPV nicht geeignet für die Verstärkung von Gassensoren? Oder 
kann diese Schwankung auf ein Defekt des OPVs deuten?

Kann mir jemand ein Rat geben, was mir mein Problem erklären könnte?

Ich danke euch!

Beste Grüße

[Patrick J. (ho-bit-hun-ter)]

Hi

Bitte zeige uns einen Schaltplan und ein Foto vom Aufbau.
So wie sich Das liest, schwingt der OPV.
Warum Er Das aber nicht mehr macht, wenn beide Sensoren angeschlossen 
sind ... ??

MfG

[oszi40 (Gast)]

Patrick J. schrieb:
> Warum Er Das aber nicht mehr macht, wenn beide Sensoren angeschlossen
> sind ... ??

Vermutlch ein Problem des hochohmigen Aufbaus sagt das heutige Horoskop.

[Peter M. (pflak)]

Hallo,

hier mal ein Schaltplan meines Aufbaus und ein Foto.
Ich hoffe man kann ein bisschen was auf dem Foto erkennen. Ich habe mal 
die Teile gekennzeichnet, die für die Sensoren gedacht sind.
Die Sensoren werden an den Pins (grün und rot) angeschlossen und das 
Signal zum OPV (gelb). Von da aus über die ~15-fache Versärkung (blau) 
an den Arduino. Das Verbindungskabel zwischen Sensoren und Pins ist ca 
2m lang, da die Elektronik woanders platziert werden muss als die 
Sensoren.

oszi40 schrieb:
> Vermutlch ein Problem des hochohmigen Aufbaus sagt das heutige Horoskop.

Also den 2,2MOhm Widerstand durch einen kleineren austauschen?
Oder auch die Widerstände der Versärkung verkleinern?

Grüße

[Werner H. (werner45)]

Es könnte sein, daß der LM324 den Sensor zu stark belastet.

Schau mal in das Datenblatt des Sauerstoffsensors, ob der einen internen 
Buffer hat. Die Sensoren sind hier warscheinlich galvanische Elemente 
Blei/Gold in Kalilauge, dürfen strommäßig nur ganz wenig belastet werden 
(sind aber nicht ganz so penibel wie pH-Elektroden).

Schalte versuchsweise einen hochohmigen Fet-OpV-Buffer dazwischen.

Gruß   -   Werner

[oszi40 (Gast)]

Werner H. schrieb:
> LM324 den Sensor zu stark belastet.

Kann sein,außerdem ist ein offener OPV-Eingang Mist.

[Pandur S. (jetztnicht)]

Der 324 hat eine viel zu hohe Offsetspannung und eine zu hohe Drift. 
Nimm etwas neues, mit Low Offset und Low drift, und trotzdem RRO, zB 
einen MCP617 oder so.

[Der Andere (Gast)]

So wie das verdrahtet ist werden da ja mehrere (10)V Netzbrumm 
eingestreut.

Nur mal so kurz ein paar Stichpunkte:

Tiefpass am Eingang
Offene Eingänge am OP weg.
Besserer OP
Rückkopplungswiderstände nah an den OP
Zuleitungen von den Sensoren geschirmt und verdrillt.
...

[Jemin K. (jkam)]

Sieht nicht gut aus. Wie schon gesagt, Zuleitungen etc. völlig 
indiskutabel. Bist Du sicher, dass die Widerstände so richtig 
angeschlossen sind? Die belasten den Sensor nämlich schon erheblich. 
Welchen Sensor verwendest Du?

[Peter M. (pflak)]

Hallo,

vielen Dank für euer Feedback.

Ich benutze einen chemischen Sauerstoffsensor der Firma itg (MLF-16). 
Das ist ein bleifreier chemischer Sensor für medizinische Anwendungen.

Die anderen beiden OPV Eingänge/Ausgänge meines LM324 sind Teil eines 
Boost-Converters und Ansteuerung um ein Piezoventil zwischen 0 und 300 
Volt anzusteuern. Ein OPV dient als Impedanzwandler und der andere als 
PI-Regler. Die Elektronik für die Ansteuerung des Ventils habe ich dabei 
von der Ventil-Firma zur Verfügung gestellt bekommen. Darum kann ich die 
hier nicht hochladen.

Ich habe aber nochmal ein bisschen rumprobiert und mitbekommen, dass 
durch die Ventil-Ansteuerung ein zusätzliches Rauschen mit in das 
Sensorsignal gelangt. Lese ich nur das Sensorsignal mit dem OPV aus 
funktioniert alles.

Ich würde einmal probieren, ob ein Tiefpass für die Entrauschung des 
Sensors bei der zusätzliches Verwendung des Ventils helfen würde.
Ist es dann sinnvoll den Tiefpass zwischen Verstärkung und ADC-Eingang 
des Arduinos zu verwenden? Weil eigentlich könnte man ja auch auf 
Software-Basis einen Tiefpass (Mittelwert) erstellen.

Beste Grüße

[oszi40 (Gast)]

Peter M. schrieb:
> Die anderen beiden OPV Eingänge/Ausgänge meines LM324 sind Teil eines
> Boost-Converters und Ansteuerung

1.Ob die Spannung ausreichend stabil ist?
2.Mir würden 2 GETRENNTE OPVs besser gefallen, wenn einer davon 
geknechtet wird. Das erleichtert einen störungsärmeren Aufbau.
3.Es gibt heute bessere OPVs.

[Hp M. (nachtmix)]

oszi40 schrieb:
> Vermutlch ein Problem des hochohmigen Aufbaus sagt das heutige Horoskop.

Mindestens.
Und eines des planlosen Aufbaus.
Ich sehe da die Drossel eines Schaltreglers,
umschlungen von den Sensor Anschlüssen.
Das kann eigentlich nur schief gehen.


Im Übrigen ist die Belastung durch den LM324 etwas anders,
als mancher erwartet:
Aus seinen Eingängen kommt Strom heraus, bis zu etwa 0,1µA.