Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ESP32 - "negative" Spannung erzeugen


von Simon S. (simon_s832)


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Moin,

ich bastel mir gerade ein Gerät zur Messung der Leitfähigkeit von 
Wasser. Dafür habe ich einfach zwei, sich nicht berührende Drähte 
verwendet, deren Widerstand ich mittels Spannungsteiler bestimme.

Da bei DC-Spannung diese Elektrode mit der Zeit korrodieren würde, 
wollte ich sie mit Wechselspannung betreiben. D.h: Wenn für 10ms an der 
Elektrode eine Spannung von 3.3V anliegt, soll danach 10ms eine 
entgegengesetzte Spannung von -3.3V über den beiden Elektroden anliegen.

Meine Idee: Die beiden Drähte sind an GPIO12 und 14 angeschlossen,also 
die negative Spannung so erzeugen:
1
long counter = 1;
2
3
#define Vplus 12
4
#define Ground 14
5
 
6
void setup() {
7
  Serial.begin(9600);
8
  pinMode(Vplus, OUTPUT);
9
  pinMode(Ground, OUTPUT);
10
}
11
12
void loop() {
13
  Serial.print(counter);
14
  Serial.println("ter Powerzyklus");
15
  digitalWrite(Ground, LOW);
16
  digitalWrite(Vplus, HIGH);
17
  delay(50);
18
  digitalWrite(Vplus, LOW);
19
  digitalWrite(Ground, HIGH);
20
  delay(50);
21
  counter++;
22
}

Das funzt auch ganz gut, wenn ich nichts an den ESP angeschlossen habe. 
Bei der fertigen Schaltung kommt aber irgednwie keine negative Spannung 
an. (Siehe Bild).
Könnt ihr mir helfen? Ich stehe gerade voll auf dem Schlauch und finde 
nicht heraus, warum es nicht funktioniert. Danke euch!

von Stefan F. (Gast)


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Dein Lösungsansatz sieht gut aus. Die Frage ist, was genau du mit
> Bei der fertigen Schaltung kommt aber irgednwie
> keine negative Spannung an.
meinst. An welchen Punkten hast du gemessen?

von Simon S. (simon_s832)


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Ich messe an den Headern, also zwischen den beiden Elektroden.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Simon S. schrieb:
> Achso, ich messe nicht gegen Ground

Ja habe ich inzwischen auch geschnallt, deswegen meine Antwort 
überarbeitet.

Was ist mit dem Wasser, ist das in einem geerdeten Behälter?

von Simon S. (simon_s832)


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Die "Probe" befindet sich in einem Glas und ist nicht anderweitig 
geerdet.

von Stefan F. (Gast)


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Simon S. schrieb:
> Die "Probe" befindet sich in einem Glas und ist nicht anderweitig
> geerdet.

Gut, dann müsste dein Ansatz funktionieren. Vielleicht hast du nur 
falsch gemessen?

von Simon S. (simon_s832)


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Die Möglichkeit besteht. Brauch ich dafür AC oder DC kopplung auf dem 
Oszi?

von Stefan F. (Gast)


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Simon S. schrieb:
> Die Möglichkeit besteht. Brauch ich dafür AC oder DC kopplung auf dem
> Oszi?

DC oder AC ist erst einmal egal. Dein Problem ist eher, dass einer der 
beiden Anschlüsse deines Oszilloskops mit seiner Masse und der Erdung 
verbunden ist.

Das musst du differentiell messen, also entweder mit zwei Tastköpfen 
oder einem speziellen mit zwei Eingängen.

von Simon S. (simon_s832)


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Vielen, vielen Dank!

Das mit der differentiellen Messung hatte ich nicht auf dem Schirm. Hab 
gerade keinen differtiellen Tastkopf zur Hand, hab mein Multimeter 
gebraucht. Jetzt wechselt es schön zsichen +3,23 und -3,23V.

von Stefan F. (Gast)


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Simon S. schrieb:
> hab mein Multimeter gebraucht.
> Jetzt wechselt es schön zsichen +3,23 und -3,23V.

Na also, geht doch.

von FS (Gast)


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Nur mal zu meinem Verständnis: durch den Polaritätswechsel schaltest du 
hier lediglich die DC-Stromrichtung durch den Draht um. Quasi wie bei 
einer H-Brücke. Bezeichnet man sowas dann trotzdem als AC? Weil, eine 
echte auf GND bezogene negative Spannung existiert hier doch nicht. Der 
Potentialunterschied ist immer 3.3V bezogen auf GND, nur das Vorzeichnen 
kehrt sich durch die Messanordnung um.

von Peter R. (Gast)


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Der auf dem Scope gezeigte Spannungsverlauf hat keine DC-Komponente ist 
also, wenns man theoretisch sieht, reine Wechselspannung.

Aber bei dem Bild soll eine Gleichspannung im Sekundentakt umpolen.

Dazu verhält sich die Elektrolysestrecke wie bei einer Gleichspannung.

Erst entsteht an einer Elektrode Wasserstoff, wenn dann umgepolt wird, 
ist dieser Wasserstoff schon längst weg und kann nicht zurückgeholt 
werden. Nach einer Sekunde wird an der andren Elektrode Wasserstoff 
erzeugt, aber auch das kann nicht mehr zurück zu der eigenen Elektrode.

Die Umpolfrequenz sollte im kHz Bereich sein und möglichst über einen 
Folienkondensator an die Elektroden geführt werden. Alleine durch den 
Messvorgang könnten sich Sperrschichten an den Metallflächen bilden, die 
dann Gleichrichterwirkung haben.

von Stefan F. (Gast)


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FS schrieb:
> Bezeichnet man sowas dann trotzdem als AC?

Ich würde es so bezeichnen, weil es hier aus Sicht der Elektroden 
gemeint ist. Die wissen nicht, was GND ist.

von Simon S. (simon_s832)


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Peter R. schrieb:
> Die Umpolfrequenz sollte im kHz Bereich sein

Ja, desto höher, desto besser. Aber dann werden meine Werte leider sehr 
ungenau. Ich habe hier zum Vergleich ein gekauftes Messgerät, das 
verwendet eine Frequenz von 714Hz zum messen.

Habe meins jetzt auf 200Hz programmiert und nehme den Durschnitt aus 50 
Messwerten, um die Genauigkeit zu erhalten.

: Bearbeitet durch User
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