EC/PH mit Raspberry Pi messen

[Christiand]

Hallo

ich suche eine möglichst günstige Lösung mit einem Raspberry Pi 6 PH Werte und 6 EC (Leitwert µS/cm) Werte zu messen.

Genauigkeiten sind folgende gefordert:

Leitwert: Bereich 0-1500µS/cm Toleranz 10% oder um die 100µS/cm
PH: 3-8 Toleranz so um die 0,3 ist ausreichend.

Ob das ganze nun per i²c, 1wire oder seriell kommuniziert ist mir relativ egal, es sollte nur günstig sein.

Eigenbau kommt in Frage wenn es nicht zu kompliziert wird und kein SMD löten notwendig ist.

Bin für jede Idee offen. Frage ist auch, muss ich jeweils 6 Umsetzer bauen oder könnte ich einen guten Umsetzer kaufen und die Sonden einfach per Relais o.ä. umschalten? Mir reicht es locker jeden Wert 1x pro Minute zu messen, es müssen also nicht alle Werte gleichzeitig gemessen werden.

mfg

Christian

[BernhardS]

Hallo,

Leitfähigkeit ist in dem Bereich völlig unkritisch. Wenn Du ein fertiges Gerät verwenden willst, dann kannst Du die Aufschaltung der Elektroden mit Relais machen.
Man kann das abe auch leicht selbst basteln. Man misst ja mit Wechselspannung z.B. bei 400 Hz. Ich mach das mit einem NE555. Die Elektroden sind an Masse und über einen Kondensator an Pin 3. Den Meßwert gewinne ich ganz einfach dadurch, daß zwischen Pin1 und Minus der Stromversorgung ein Widerstand eingefügt ist. Der Spannungsabfall über diesen Widerstand wird gemessen. Ist ein wenig ungewohnt, funktioniert aber ausgezeichnet.

Eine Ph-Elektrode hat einen isoelektrischen Punkt und eine Steilheit. Für Wasser verwendet man Elektroden die bei pH 7 mehr oder weniger genau Null anzeigen. Den Nullpunkt muss man korrigieren können. Für jede pH stufe ändert sich die Spannung um 59mV. Unter 7 und über 7 unterscheiden sich dadurch, daß es einmal plus und im anderen Fall minus ist.
Die 59mV stimmen auch nicht genau, mit dem Alter der Elektrode wird das weniger. Das nennt man Steilheit. Auch das muss man korrigieren können.
Die Verstärkerschaltung muss einen sehr hohen Eingangswiderstand haben. Mikrokontroller haben zwar einen sehr hohen Eingangswiderstand. Man könnte es mal eigentlich mal probieren, aber er kann ja nicht im Minus messen. Also muss man einen Operationsverstärker dazwischen setzen, der den Nullpunkt soweit verschiebt daß der gewünschte Meßbereich im Plus liegt. Das Praktische daran: Den Fehler des isoelektrischen Punktes kann man gleich mit korrigieren.

Das direkte Umschalten der Elektrodenkabel wird Schwierigkeiten machen. Zumindest müsste man 6 Eingangsverstärker vorsehen. Danach kann man umschalten.
Das kann man schon selbst basteln, nur muss es wirklich hochohmig sein. Also OP´s mit niedrigen Eingangsstrom und ein sauberer Aufbau. Sauber ist wörtlich zu nehmen, schon das Fußmittel vom Löten erzeugt zuviel Leitfähigkeit auf der Platine.

Die Temperatur sollte entweder stets gleich sein oder gemessen und korrigiert werden. Die Korrekturen kann natürlich der Mikrokontroller rechnerisch durchführen, das braucht man nicht hardwaremäßig basteln.

Zum Einstellen musst Du natürlich Kalibrierlösungen besorgen. Bei guter Behandlung kann man eine pH-Elektrode aber mehrere Jahre verwenden und braucht in der Zeit kaum zu korrigieren.
Gute Behandlung bedeutet: Die Elektrode ist mit Kaliumchloridlösung gefüllt, meist gesättigt - heute aber auch oft 3 Mol pro Liter. Wenn man die Elektrode nicht braucht, dann stellt man sie in Kaliumchloridlösung in der gleichen Konzentration wie die Füllung.

Schön, daß Du mit 0,3 pH Stufen an Genauigkeit zufrieden bist, besser wirst Du nicht schaffen.

Bernhard

[anders]

Leitfähigkeit ist in dem Bereich völlig unkritisch.

Hat aber nur Sinn in Verbindung mit einer Temperaturmessung.
Zweckmäßigerweise macht man das auch bei der pH-Messung, obwohl sich da der Meßwert nicht so dramatisch mit der Temperatur ändert.

Mikrokontroller haben zwar einen sehr hohen Eingangswiderstand.

Für Glaselektroden aber nicht hoch genug.
In diesem pH-Bereich ist aber auch die robuste Antimon-Elektrode einsetzbar.

Also muss man einen Operationsverstärker dazwischen setzen, der den Nullpunkt soweit verschiebt daß der gewünschte Meßbereich im Plus liegt.

Da eignet sich auch bei weitem nicht jeder OpAmp.
NSC (jetzt TI) hat vor ca. 10 Jahren ein paar schöne und preiswerte mit Eingangsströmen im fA-Bereich auf den Markt gebracht: LMC6001, LMP7721 und Abkömmlinge.

Den Meßwert gewinne ich ganz einfach dadurch, daß zwischen Pin1 und Minus der Stromversorgung ein Widerstand eingefügt ist.

In welchem Leitfähigkeitsbereich misst du denn?
Beim NE555 fliesst dort ja der ganze Strom des ICs durch, überlagert von ein paar µA aus der Leitfähigkeitsmessung.
Mit der CMOS-Version des Timers sollte das wegen der geringeren Stromaufnahme besser gehen.

Im übrigen wird das wohl bei längeren Zuleitungen wegen der Kabelkapazitäten wohl nicht mehr so schön gehen, und eine ordentliche Kompensation dürfte wegen der Rechteckspannung schwer werden.

[BernhardS]

In welchem Leitfähigkeitsbereich misst du denn?

Natürliches Wasser, so um die 400-500µS/cm

Beim NE555 fliesst dort ja der ganze Strom des ICs durch, überlagert von ein paar µA aus der Leitfähigkeitsmessung.

Sorry - ICM555

[Christiand]

hi

danke euch, also Temperaturen des Wassers sind überall bekannt (DS18b20 geht direkt mit aufs RasPi ) und man kann daher die Werte in der Software sehr einfach korrigieren.

Zum Rest, schau ich mir mal nochmal in Ruhe an.

0,3 PH Stufen sind absolut ausreichend, mit 0,5 würde ich mich auch sogar so gerade noch zufrieden geben, schlimmer sollte es dann aber nicht mehr werden sonst kann ichs auch trinken und abschätzem

mfg

Chris

[Christiand]

hi

ich verstehe deine Schaltung mit dem ICM555 noch nicht ganz, kannst du mir da evtl. mal einen Schaltplan geben?

Den Analogen Wert kann ich dann doch auf einen PCF 8591 legen und mit dem Raspi über i²c auslesen oder?

Das RasPi hat keinen Analogeingang, deshalb der Umweg über den PCF 8591

Achja und was nutzt du als Sensor im Wasser beim Leitwert?

mfg

Chris

[BernhardS]

Hallo,

die Elektroden sind einfach aus Edelstahlblech, mit Kunststoffschrauben auf Abstand gehalten. Edelstahlelektroden sind soweit o.k. man braucht es ja nicht immer so genau. Ich mache privat nur vergleichende Messungen oder benutze meine kleine Schaltung gelegentlich mal als Wassermelder.
Einen Schaltplan habe ich schon mal gepostet - allerdings habe ich schon extrem viele Beiträge, muss man erstmal suchen. In den EAGLE Dateien ist er nicht - hmm.... da war mal ein Festplattendefekt.
Wenn es sich nicht finden lässt mache ich eine Skizze. Das Prinzip ist übrigens abgeschrieben - will mich nicht mit fremden Federn schmücken.

Der Grundgedanke, einen Meßwert oder eine Zustandsbeschreibung dadurch zu bekommen, daß man die Stromaufnahme einer Schaltung genau mißt, ist ausbaufähig.

Bernhard

[der mit den kurzen Armen]

Warum zur Messwertbereitstellung keinen µC von Atmel verwenden? Für den ist es ein leichtes analoge Signale auch in digitale Signale zu wandeln und diese dem Pi auch zur Verfügung zu stellen. Mit dem µC stehen dir auch andere Wege offen zur Messwertübertragung.

[anders]

Warum zur Messwertbereitstellung keinen µC von Atmel verwenden? Für den ist es ein leichtes analoge Signale auch in digitale Signale zu wandeln und diese dem Pi auch zur Verfügung zu stellen.

Da würde ich in systemkonformer Weise lieber eine USB-Soundkarte für 3€ verwenden.
Zweikanalig!
Deren ADC kann zwar gewöhnlich nicht mit Gleichspannungen umgehen, aber da man ohnehin eine analoge Signalaufbereitung braucht, ist es keine große Kunst, mit einem Analogmultiplexer das Messignal als Wechselspannung zur Verfügung zu stellen.