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.
Tatsächlich ist der Vorspannungsstrom von 1 nA des AD620 für diese Anwendung ziemlich hoch. Die Sonde kann 100-1000M sein 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).
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.
Obwohl Ihre Zahlen darin eine Erklärung benötigen. (Nicht-Standard)
Ihre Sondenantwort sollte sein;
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.
Lesen Sie einfach die Spezifikation auf dem Sensor; Der Widerstand der empfindlichen Membran:
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.
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.
Analogsystemerf
Tony Stewart EE75
Vinlar
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