Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

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immi07
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo Glaskocher,

der hats erfunden
Ionenaustauscher Eigenbau
Leitfähigkeitsmesser Eigenbau
Fotometer Eigenbau

Der weiß, was er tut ,denk ich.
Du kannst die Schaltung beruhigt nachbauen. Lochrasterplatte

Gruß Thomas
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mgritsch
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

immi07 hat geschrieben:
Donnerstag 1. April 2021, 23:20
Leitfähigkeitsmesser Eigenbau
zunächst mal vom Verständnis der Schaltung her - was der AMV tut ist mir klar. Damit erzeugt er eine "Wechselspannung", was allerdings eher so eine Art verschliffene Rechteckkurve einer pulsierenden Gleichspannung ist.
Über den Emitterfolger hat er dann eine Impedanzwandlung damit die Frequenz unabhängig von der Belastung stabil bleibt.
Die Zenerdiode + 120 Ohm stellt eine konstante Versorgungsspannung sicher. Ich vermute mal der 100 µF-Kondi dient ebenfalls zur Glättung/Stabilisierung der Versorgungsspannung?
Was ich gar nicht verstehe ist welchen Zweck / Prinzip die Brückengleichrichterschaltung und Spannungsteiler da rundherum haben.
Als Sensor benutzt er kreativerweise einfach einen 3,5 mm Klinkenstecker, nicht schlecht - vorbehaltlich dass das Material da mitspielt, was bei 8,2V Betriebsspannung schon eine Interessante Frage ist (würde die Verchromung da schon elektrochemisch angegriffen?)

So wie ich die Schaltung (grob, mit Verständnislücke) interpretiere arbeitet er offensichtlich mit einer pulsierenden Gleichspannung und nicht mit einer Wechselspannung - das ist als Messprinzip für Leitfähigkeit genauso untauglich wie Gleichspannung. Die Messgenauigkeit von etwa 10% (wie ermittelt? Reproduzierbarkeit oder Richtigkeit? Einfach nur Std-Abweichung seiner Kalibrationsgerade?) und eher erratische Kalibrationskurve trotz recht überschaubarem Einsatzgebiet spiegelt das wider.

Die ist etwas einfacher zu interpretieren. Links die Spannungsversorgung ist klar (ich denke die beiden 47 nF sind eher optional für den 78L08?) und damit betreibt er einmal eine LED mit Vorwiderstand (IMHO etwas zu gering ausgelegt. Bei 8 V und 330 Ohm komme ich auf fast 20 mA und das ist eher die Belastungsgrenze einer 08/15 LED, zum Betrieb reichen auch 5-10 mA sehr gut und sie dankt es mit längerer stabiler Betriebsdauer, aber bitte.), zum anderen misst er mit einer Wheatstone-Brücke in der ein LDR hängt und die bei Vollbeleuchtung auf 0 abgeglichen wird.

Kritik: ein LDR ist kein optimaler Sensor. Seine Response-Kurve ist nicht linear, vor allem leidet er sehr stark unter dem Memory-Effekt bei Hell-Dunkel-Wechsel (siehe zB hier: viewtopic.php?f=22&t=4864 --> "b) Detektorsystem "LDR")
Eine Wheatstone-Brücke gibt auch keinen zum gemessenen Widerstand linearen Spannungs-Output. Klüger wäre eine Strom-Messung durch den LDR. Oder noch einfacher direkt den Widerstand messen, das kann heute jedes 08/15 Multimeter.
Fazit: für einen kleinen dynamischen Bereich spielen die Nicht-Linearitäten zum Glück keine große Rolle, deswegen schafft er da auch brauchbare Kurven (zB 0-2 mg), sobald es aber größer wird sind die Kurven eher abenteuerlich. Klar, man kann auch mit nicht-linearen Funktionen arbeiten aber es ginge auch besser. Weiters wird das Gerät nur reproduzierbar arbeiten, wenn er es vorher mal eine Stunde eingeschaltet hat und sich der LDR an die neuen Helligkeitsverhältnisse "gewöhnt" hat. Allzu oft ein-aus sollte er während der Versuche auch nicht, dann schlägt der Memory Effekt gleich wieder voll zu.
Der weiß, was er tut ,denk ich.
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Bedingt. Elektronisch ziehe ich das nicht in Zweifel, physikalisch mangelt es ihm doch etwas am Verständnis (zB die Aussage "könnte man grundsätzlich eine "weiße" Leuchtdiode verwenden" - grüne LED durch Versuch herausgefunden -> die Konzepte von Spektrum, Absorption, Wellenlänge, Streulicht, Lambert Beer etc dürften ihm fremd sein...?) wodurch die Produkte eher als "bemüht" zu qualifizieren sind. Als einfache Bastelprojekte die den Job grundsätzlich tun okay, durchaus relativ simpel realisiert, aber mit ein wenig mehr Nachdenken über die Physik wäre viel mehr drin ohne dass die Schaltung kompliziert werden muss.

Glaskocher
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von Glaskocher »

mgritsch hat geschrieben:
Freitag 2. April 2021, 10:23
... zunächst mal vom Verständnis der Schaltung her - was der AMV tut ist mir klar. Damit erzeugt er eine "Wechselspannung", was allerdings eher so eine Art verschliffene Rechteckkurve einer pulsierenden Gleichspannung ist. ...
Jaa, das ist ein Problem. Mit einer besseren Sinuskurve und einem Trafo kann man den unter der Kurve liegenden Gleichspannungsanteil entfernen und bekommt eine echte Wechselspannung.

Der Spannungsteiler soll dem Messergebnis zu einer Kalibration verhelfen. Wenn man die Brückenspannung auf Null bringt, dann sind Messtrecke und Vergleichwiderstand im selben Verhältnis wie die Festwiderstände. Dann muß man nur noch wissen, welchen Wert der regelbare Widerstand hat... Anders herum, mit drei festen Widerständen und einem Variablen sollte die Brückenspannung irgendwie proportional zum Variablen (=Messstrecke) sein.

Der Brückengleichrichter soll wohl das Ausgangssignal für eine, möglicherweise empfindlichere, Gleichspannungsmessung vorbereiten.

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mgritsch
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

hmmm.. also wieder eine Wheatstone-Brücke, auf der einen Seite Spannungsteiler mit 2 x 680 Ohm, auf der anderen mit (100+10k zum abgleichen) bzw Messtrecke? Dann haben wir da das nächste Linearitätsproblem von Widerstand vs Spannung :)

Und was den Gleichrichter betrifft - wozu? Ein AMV ist nur ein Ein-Aus-Schalter, erzeugt also eine pulsierende Gleichspannung (also zwischen 0 und +8 V wechselnd). Ich erkenne kein Bauelement dass das zu einer Wechselspannung verschieben würde (also von -4 bis +4) oder die Polarität umkehrt (also von -8 bis +8). Wenn er mit einer pulsierenden Gleichspannung rein geht dann hat die Gleichrichter-Brücke auch nichts zu tun.

edit: wenn er den 100µF in Serie mit dem Ausgang des Emitterfolgers geschaltet hätte, dann hätte er den Gleichstromanteil auch gefiltert bekommen... einfach nur parallel zur Zenerdiode ist nett aber optional.

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immi07
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

ich hab das Ganze mal umgepinselt (100Ω und Poti weggelassen für die Übersichtlichtkeit)

P1170757.JPG

Fall 1: Transistor sperrt - Strom fließt roten Weg
Fall 2: Transistor offen - Strom fließt blauen Weg

Am "Sensor" ändert sich die Stromrichtung periodisch - Wechselstrom

Das Ganze ist keine Messbrücke nach Wheatstone, sondern nur eine Strommessung. Warum er den Messstrom gleichrichtet fürs Messgerät erschließt sich mir noch nicht...

Gruß Thomas

Edit meint:
mgritsch hat geschrieben:
Freitag 2. April 2021, 11:43
edit: wenn er den 100µF in Serie mit dem Ausgang des Emitterfolgers geschaltet hätte, dann hätte er den Gleichstromanteil auch gefiltert bekommen... einfach nur parallel zur Zenerdiode ist nett aber optional.
120Ω, Z-Diode und 100μF sind Stromversorgung

Doktorarbeit zu Wechselstromelektrolyse von 1906 PDF
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mgritsch
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

Wenn du ganz lieb bist zeichnest du de Stromflussrichtungen in der Schaltung hier http://www.anton-gabriel.at/08_09.html mit Paint oder so in die Grafik :) Das könnte die Lesbarkeit und den Bezug zu dem dortigen Schaltbild erhöhen :) Was ist das für eine Extra Dekoschleife in Rot?

ich vermute du meinst dass die Schaltung so läuft dass der AMV mit seinem "low/high" den Transistor nur auf und zu steuert und somit den Stromfluss umdrehen kann, es ist nicht das AMV Signal selbst das (impedanzgewandelt) in die Messelektrode geht? Gleichrichten möglicherweise damit auch ein Drehspulinstrument benutzt werden könnte...?

Die einfachste Wechselstromquelle wäre ja ein Trafo. Bleibt die Frage ob 50 Hz ausreicht oder ob es doch besser deutlich mehr sein sollte. Wobei mich die 130 Hz auch nicht vom Hocker gerissen haben.
Den Zusammenhang mit der Doktorarbeit verstehe ich nicht, ganz anderen Baustelle, oder?

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mgritsch
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

Mein Verständnis von Stromfluss wenn durch den Transistor gesteuert - klär mich auf wo ich falsch liege:
2021-04-02 14_12_27-Präsentation1 - Microsoft PowerPoint.png
bei geschlossenem Transistor - es kommt im wesentlichen zu einer Spannungsteilung nach dem ersten 680er Widerstand

2021-04-02 14_12_42-Präsentation1 - Microsoft PowerPoint.png
Bei offenem Transistor - einfach noch ein zusätzlicher Weg, kompliziertere Spannungsteilung

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immi07
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

die Schleife kommt von unten, vom Messgerät und schlenkert über die Diode unten rechts in der Brücke...,
die Doktorarbeit war Beifang im Netz,
Der AMV ist 130 Hz Taktgenerator. Ob man das höherfrequent machen sollte? Keine Ahnung mit welchen Frequenzen Profigeräte arbeiten. Der dritte Transistor schaltet in diesem Rhythmus zwischen den 2 Stromwegen um. Und der Strom über dem Fühler wechselt seine Richtung.
Leitfaehigkeit201803092.jpg
roter Strom - Transistor offen
blauer Strom - Transistor zu
grün Stromversorgung
lila Taktgenerator

Wo der Strom noch so rumfließt und warum, das ist für die Richtung des Stroms durch die Elektrode egal.
gelber Strom bewirkt 1:1 Spannungsteilung am Punkt zwischen den 680Ω Widerständen.

Gruß Thomas
Leitfaehigkeit201803094.jpg
Leitfaehigkeit201803094.jpg (21.48 KiB) 227 mal betrachtet
für die Rechteverteidiger
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

immi07 hat geschrieben:
Freitag 2. April 2021, 15:20
roter Strom - Transistor offen
blauer Strom - Transistor zu
grün Stromversorgung
lila Taktgenerator

Wo der Strom noch so rumfließt und warum, das ist für die Richtung des Stroms durch die Elektrode egal.
Siehst du, und das ist der Punkt wo ich bei Schaltungen dann immer aussteige und warum ich die Elektronik dann irgendwann gelassen habe.

Warum sollte der Strom im Fall Transistor offen den Umweg über Transistor - 100 - 10k - Messtrecke - Gleichrichter/Messgerät - 680 nehmen statt einfach direkt über 2 x 680 gen Masse. Das ist in meinem Kopf nicht logisch, da ist ja viel mehr „im Weg“.

Detto bei geschlossenem Transistor - wozu der Umweg über Messstrecke und 10 k statt direkt über 680 gen Masse? Schon klar dass er nicht entweder/oder geht, aber da kann doch nur noch ein kleiner Bruchteil unterwegs sein?

P.s. Die Idee mit dem Stecker als fertig verkabelter Sensor mit definierter stabiler Geometrie ist wirklich gut, Probleme mit elektrochem. Beständigkeit könnte man vermeiden indem man irgend einen vergoldeten HiFi benutzt. Cinch hat vermutlich die best geeignete Geometrie.

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immi07
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,
immi07 hat geschrieben:
Freitag 2. April 2021, 15:20
aber da kann doch nur noch ein kleiner Bruchteil unterwegs sein?


Richtig erkannt. Und wird hier schön anschaulich erklärt.

Igelb=U/R mit U=8,2 V und Rgesgelb = 2 x 680 Ω = 1360 Ω
I = 8,2/1360 = 0,006 A = 6 mA durch den Spannungsteiler.
Nun müssen wir zum Rechnen ein paar Annahmen machen. Fühlerwiderstand 10 kΩ, Innenwiderstand Messgerät 0 Ω
1. Fall Transistor geschlossen blauer Strom Iblau=Ublau/Rblau mit Ublau = 8,2 V - 2 x 0,7 V (Diodenflußspannung) = 6,8 V
Rblau = 680 Ω +10 kΩ (Fühler) + 5 kΩ (Mittelstellung Poti) + 100 Ω + 10 kΩ = 25780 = 25,78 kΩ
Iblau = 2,638*10-4 A = 0,264 mA (Also stimmt unsere Annahme vom Fühlerwiderstand , als Messbereich sollte 0,5 mA eingestellt werden.)
2. Fall Transistor offen roter Strom Irot = Urot/Rrot mit Urot = 8,2 V - 0,7 V (Transistorflußspannung) - 2 x 0,7 V (Diodenflußspannung) = 6,1 V
Rrot = 100 Ω + 5 kΩ + 10 kΩ + 680 Ω = 15780 Ω = 15,78 kΩ
Irot = 0,387 mA.

Gruß Thomas
dem hoch runter bunt jede Menge Spaß gemacht hat
P.s. Die Idee mit dem Stecker als fertig verkabelter Sensor mit definierter stabiler Geometrie ist wirklich gut, Probleme mit elektrochem. Beständigkeit könnte man vermeiden indem man irgend einen vergoldeten HiFi benutzt. Cinch hat vermutlich die best geeignete Geometrie.
Oder ein HunderterPack "Reagenzstecker" kauft und immer einen neuen benutzt.
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von Glaskocher »

Um jetzt eine symmetrische galvanische "Belastung" der Messelektrode zu erreichen (Polarisation, Abscheidung, Verschleiß) müßte man dem "roten" Strom noch irgendwo ca. 10 kOhm in den Weg legen. Ich vermute, es sind jene 10k, die zwischen Transistor und Masse liegen, die der "Blaue" zusätzlich hat. Beim "Roten" müßte man irgendwie noch Widerstand zwischen den beiden 680-ern und Masse einbauen, was sowohl "Gelb" als auch "Blau" beeinflussen dürfte. (... .) Aber ob das Ganze dann auch noch "ausbalanciert" funktioniert weiß ich nicht. Der "Blaue" hat ja einen Spannungsverlust von 0,7V weniger dafür...

Bei beiden Wegen kommen ja noch Spannungs- und/oder Stromanteile aus anderen Wegen dazu/zweigen ab, die hier bewusst nicht berücksichtigt wurden. Also etwas komplizierter als im idealisierten Fall.

Fazit: Nicht optimal, aber als Schätzhilfe zum Ermitteln des optimalen Zeitpunktes zum Wasserwechsel geeignet. Eine unge-/versalzene Suppe sollte man damit locker "abschmecken" können.

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immi07
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo Glaskocher,
Glaskocher hat geschrieben:
Samstag 3. April 2021, 12:43
Beim "Roten" müßte man irgendwie noch Widerstand
Ich würd die 10k unterhalb T3 ais Einstellregler ausführen und im praktischen Betrieb Verkleinerung und damit Angleichung der Ströme ausprobieren.

Gruß Thomas
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von mgritsch »

Also von 6 mA werden gerade mal ca 0,3 „genutzt“, plus Verlustleistung bei der Zener-Stabilisierung. Nicht gerade effizient.

Ich habe schon einen Verdacht warum er die Brückenschaltung rein hängt zum messen - damit löst er das Problem der Asymmetrie der Spannungen indem die untere halbwelle nach oben geklappt wird. Der Gleichstrom-Anteil seiner Wechselspannung ist damit messtechnisch egal (nicht jedoch chemisch!)

Da muss es doch etwas anderes geben, evtl etwas Sinuskurvigeres (Phasenschieber-Oszillator?) ohne Gleichstrom-Antei was über eine einfache Gegentakt-Stufe verstärkt wird. Der Rest ist ohnehin nur eine einfache Messung des Stroms (Multimeter in Serie).

Hunderter-Päckchen Stecker: ich mache mir weniger Sorgen um die Stecker denn um das Signal. Sobald es zu elektrochemischen Reaktionen kommt, ist Spannung/Strom nicht mehr (nur) von der Leitfähigkeit abhängig. Es geht um ein richtiges Signal, vom ersten Gebrauch an!

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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von immi07 »

Hallo mgritsch,

durch den Fühler fließt genau 0 Gleichstrom. Da sind keine Anteile und die Brücke ist vermutlich einem Drehspulinstrument geschuldet.

Wie unterscheidet sich das Verhalten der Ionen in deiner Lösung bei einer sinusförmigen Spannung im Vergleich zu einer verwaschen rechteckförmigen?
Also von 6 mA werden gerade mal ca 0,3 „genutzt“, plus Verlustleistung bei der Zener-Stabilisierung. Nicht gerade effizient.
Es geht doch hier nicht um Ausbeuten und %e von der Theorie. Wenn der Meßstrom größer wäre, würdest du auch bei 20kHz irgendwas abscheiden. Der Meßstrom ist so klein gewählt, daß er semiprofimeßtechnisch noch auswertbar ist aber deine Lösung nicht (sonderlich) beeinflußt. Und der 10fach höhere Strom durch den Spannungsteiler hält die Spannung ziemlich in der Mitte unabhängig vom Meßstrom.

Gruß Thomas

Grundlagen zur Leitfaehigkeitsmessung (pdf)
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Re: Leitfähigkeitsmesser selbst gebaut

Beitrag von Glaskocher »

Zur Not verdoppelt man die Zahl der Transistoren und schaltet den Strom über diue Messtrecke so, daß er tatsächlich in beide Richtungen gleich läuft. Man kann ja das Signal zum Schalten der zweiten Richtung an analoger Stelle an T1 abgreifen, um damit ein Paar T5/T6 vor und hinter der Messstrecke zu schalten. Der Transistor T3 bekommt einen "Kollegen" T4 masseseitig "hinter" der Messstrecke.

Statt des Spannungsteilers also (+)-T3-Abzweig Messstrecke "links"-T6-(-)
In der Messstrecke dann "links"-Vorwiderstand-Schiebewiderstand-Messfühler-Gleichrichter-"rechts"
Auf der anderen Seite das Gleiche, also (+)-T5-Abzweig Messstrecke "rechts"-T4-(-)
Wobei T3/T4 beziehungsweise T5/T6 jeweils gemeinsam öffnen.

Das verdoppelt die Anzahl der Transistoren und man bekommt im Rahmen der Toleranzen im Schwingkreis gleiche Ströme und Zeiten je Richtung. Der Blindstrom im Spannungsteiler fällt mit Diesem weg. Ob man jetzt noch den Schwingkreis exakt in den Gleichtakt bringt, oder mit dem Erreichten zufrieden ist, muß man dann selbst entscheiden. Interessant ist nur noch, ob beide Signale des Schwingkreises niemals gleichzeitig zum Öffnen des Stromweges führen, da man sonst im Phasenübergang einen fetten Kurzschluß produziert. (.. .)

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