AD620 pH-Sonde hat einen positiven Spannungsoffset!

Ich bin Chem. Ing. aber wenig Hintergrund in der Elektronik.

Ich möchte eine pH-Sonde mit einem AD620A verbinden, die Originalplatine, die mit der pH-Sonde geliefert wurde, wurde durch einen Stromverlust in der Lösung beschädigt.

Ich habe die folgende Schaltung in Spice und auf Steckbrett gemacht.

Eine pH-Sonde hat eine hohe Impedanz (>10 MOhm), der AD620A scheint mir für diese Anwendung mit seinem niedrigen Vorspannungsstrom in Ordnung zu sein. Ist das korrekt?

Die pH-Sonde reicht von -200 mV bis +200 mV, etwas weniger von pH4 bis 10.

+Vs = +8,46 V
-Vs = -8,33 V
+IN = positive pH-Sonde
-IN = geerdete pH-Sonde, verbunden mit GND und Vref-Pin von AD620A.

Die Ausgangsspannung sollte wie auf dem Screenshot zu sehen auf 0 V zentriert sein, aber in Wirklichkeit lese ich Folgendes:

Verstärkung 4,4 K
pH10: Ausgang = 0,82 V (sollte bei -2,0 V liegen)
pH7: Ausgang = 2,51 V (sollte bei 0 V liegen)
pH4: Ausgang = 4,92 V (sollte bei +2,5 V liegen)

(R²=0,99 für lineare Anpassung , Messwerte sind stabil)
In dieser Konfiguration könnte ich meinen ADC speisen, würde der DC-Offset mit der Zeit oder mit unterschiedlichen Stromquellen zunehmen oder abnehmen? Linearität ist gut genug für meine Anwendung.

Verstärkung 3K
pH10: 0,93
pH7: 3,47
pH4: 6,87

Der Ausgang wird nie negativ. Ich habe meine negative Spannung -Vs auch direkt am AD620-Pin überprüft. Ich habe versucht, 1M- und 3M-Widerstände an Eingängen mit Masse anzubringen, aber es scheint, dass es nicht hoch genug ist oder es nicht die gute Richtung ist.

Was soll ich tun, um den DC-Offset auf Null zurückzusetzen? Sollte ich eine negative Spannung an Vref anlegen?

Der DC-Offset beträgt ungefähr +2,5 V mit der Verstärkung von 4,4 K.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Schema zeigt, dass eine Seite des Sensors geerdet ist.
Wie hoch ist die Impedanz der Sondenquelle (V reduziert sich um 50 %, wenn die Last angepasst ist)? Was ist die Änderungsrate der Eingabe? langsam? Der Eingang Z ist bei einseitiger Erdung fehlangepasst. oder Sonde microSiemen?
@ SunnyskyguyEE75 Ich weiß nicht, wie hoch die Sondenimpedanz ist, aber sie ist normalerweise sehr hoch (zig bis hundert Mega). Ich verwende diese Sonde dfrobot.com/product-1110.html
Ist der AD620 auf der Sonde oder danach?
@ SunnyskyguyEE75 IN + Pin hat das Plus der Sonde IN- Pin hat die Masse der Sonde und ist mit der Schaltung geerdet
Das ist also ein Problem mit dem Kit oder etwas, das Sie hinzugefügt haben?
@ SunnyskyguyEE75 Eingangsvorspannungsstrom von AD620A ist zu hoch, nicht für diese Anwendung geeignet.
Sie haben meine letzte Frage nicht beantwortet. Zeigen Sie genau, was Sie wo gemessen haben. und eventuelle Modifikationen. Versuchen Sie herauszufinden, ob Sie ein Missverständnis, eine defekte Einheit oder einen Konstruktionsfehler von Adafruit haben
@SunnyskyguyEE75 Das Original-PCB-Kit ist außer Betrieb. Ich verwende die Sonde nur noch ohne Platine. Ich hatte eine starke Erdschleife in meinem pH-Messmedium. Ich möchte eine Platine mit besserem In/Opamp von Grund auf neu erstellen
Was ist also die eigentliche Sonde Industrial? Link pls. dfrobot.com/product-1074.html Beachten Sie auch, dass es nicht zu lange in die Flüssigkeit eingetaucht werden kann
[link] dfrobot.com/product-1110.html dieses aber ohne pcb.
Ich denke, Ihre analogen Fähigkeiten reichen nicht aus, um diese Aufgabe zu erfüllen. Ihre Sonde hat diese Antwort. raw.githubusercontent.com/DFRobot/DFRobotMediaWikiImage/master/…
Danke @SunnyskyguyEE75, ich weiß, was die analoge Antwort sein sollte und warum der AD620A nicht richtig funktioniert. Wo ich bin, gibt es ein geringes Angebot an Opamp. Also werde ich versuchen, neue gebrauchsfertige Leiterplatten zu kaufen und die Kopfschmerzen beim Entwerfen zu vermeiden.

Antworten (3)

Tatsächlich ist der Vorspannungsstrom von 1 nA des AD620 für diese Anwendung ziemlich hoch. Die Sonde kann 100-1000M sein Ω Ausgangswiderstand. Mit Ihrer Verstärkung von 12,2 würde der ausgangsbezogene Offset bei einem Sondenwiderstand von 200 M ungefähr dem entsprechen, was Sie bei einem Vorspannungsstrom von 1 nA sehen.

Normalerweise würden wir für diese Anwendung einen Verstärker mit niedrigem Eingangsruhestrom verwenden, pA oder zehn fA, nicht nA. Der Bias-Strom wird mit der Temperatur nicht stabil sein und ich glaube, der Quellenwiderstand wird mit den Sondenbedingungen variieren, so dass Sie wirklich nicht einfach blind versuchen möchten, ihn auf Null zu setzen.

Wählen Sie einen geeigneteren Operationsverstärker aus (Hinweis: Sie benötigen oder möchten in dieser Anwendung keinen Instrumentenverstärker).

Vielen Dank an Spehro für die Bestätigung meiner Bedenken bezüglich dieser Konfiguration. Ich habe dies auch vermutet, da Analog Device eine pH-Sondenschaltung mit fA-Verstärker gemeinsam genutzt hat. Könnten Sie eine Opamp-Referenz vorschlagen? Ich lebe in Peru und es sind nur wenige Referenzen vorhanden
Ja, könnte ich, aber es wäre besser, wenn Sie selbst mit einer Distributor-Suchmaschine (z. B. Digikey) oder einem Lieferanten wie AD suchen . Beispiel: AD8641 . Vergessen Sie nicht, den Versorgungsspannungsbereich einzubeziehen, viele moderne Operationsverstärker können Ihre Versorgungsspannungen nicht verarbeiten. Sie würden einfach eine nicht invertierende Verstärkerkonfiguration (2 Widerstände) mit einem Nullabgleich und einem Verstärkungsabgleich verwenden, normalerweise für eine pH-Sonde.
alles mit einem DIP-Paket? Ich habe dieses hier gefunden: [link] digikey.com/product-detail/en/texas-instruments/TLE2062IP/…
Es gibt viele Optionen, aber Sie sollten lernen, SMT-Pakete zu verwenden, selbst wenn Sie ein Breakout-Board verwenden müssen. Sie sind nicht so schwierig. Der von Ihnen erwähnte Operationsverstärker hat kein garantiertes Ib bei Raumtemperatur, nur eine sehr lockere Spezifikation von 2 nA über den gesamten Temperaturbereich, und die maximalen Vos, TCVos sind für diese Anwendung etwas hoch. Die "typische" Ib-Spezifikation ist ausgezeichnet. Viel besser als das, was Sie haben.

Wenn Sie den Eingangsruhestrom reduzieren möchten, ändern Sie AD620 1 nA in AD8220 3 pA bei 25 °C

1 nA * 1 Megaohm * 3 k Verstärkung = 3 V Offset und eine signifikante Belastung mit 1 M beeinflusst den Verstärkungsfehler oder 1 % Empfindlichkeit bei einer 100 M-Sonde

3pA * 100 Megaohm * 3k Verstärkung = 0,9 V, was mit viel besserer Empfindlichkeit ausgeglichen werden kann.

Fall

Obwohl Ihre Zahlen darin eine Erklärung benötigen. (Nicht-Standard)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ihre Sondenantwort sollte sein;

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein REF

PH  mV      Gain
--  ---     10x with 100M input imepdance. ESD protected
4   177 mV  1.77V
7   0       0
10  -177 mV -1.77V

Dies erfordert möglicherweise eine bessere Lösung als die, nach der Sie gefragt haben.

Bearbeiten 11:06 Uhr

Lesen Sie einfach die Spezifikation auf dem Sensor; Der Widerstand der empfindlichen Membran: 200 10 6 Ω

Dies erfordert eine makellose Sauberkeit an Bord, um eine so hohe Impedanz zu erreichen, selbst wenn INA 1 pA beträgt und sehr ESD-empfindlich ist, sodass Serie R erforderlich sind, um den ESD-Strom zu begrenzen.

Dies war das Schema für die Platinen, die sich nicht mehr in der Lieferkette befinden. Sie werden wahrscheinlich Änderungen vorgenommen haben, um es zu verbessern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

LTSpice hat die Komponente automatisch aus der Gewürzdatei generiert: * Knotenzuweisungen 1: IN+ 2: IN- 99: Vs+ 50: Vs- 46: Vout 20: ref 7-8 gain
Ich suche kein LTspice-Modell, sondern Ihre tatsächlichen Messungen, wie, wo auf dem Adafruit-Kit

Ich habe es geschafft, mit einem LMC662CN-Operationsverstärker ( 2fA-Eingangsvorspannung ) anständige Ergebnisse zu erzielen . Es hat eine Eins-Verstärkung, sodass der Ausgang für den Bereich pH4-10 von -200 bis +200 mV oder etwas weniger reicht.

Ich habe +Vs = 8,46 V und -Vs = -8,33 V (LT1054-Chip mit geeigneten Kappen) verwendet. Meine Referenz ist die Schaltungsmasse. Etwa 104 Cap (0,1 uF) auf + Vs und -Vs in der Nähe des Operationsverstärkers.

Jetzt sind meine Messwerte: pH7 = 0 mV ph4 = 187 mV pH10 = -144 mV (sollte weniger sein, aber ich werde eine neue Puffer 10-Lösung kaufen, um sie zu überprüfen) Bearbeiten: Wahrscheinlicher ist, dass mein pH10 eine pH9,2-Lösung ist, die perfekt wäre fit.

Ich habe nicht vor, eine Verstärkung der zweiten Stufe hinzuzufügen, da mein 16-Bit-ADC im Bereich von +/- 512 mV arbeiten kann. (Obwohl ich denke, dass der AD620A gut wäre, um eine Verstärkung der 2. Stufe zu machen).

Bearbeiten: Verwenden Sie einen RC-Tiefpass vor dem ADC.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein