Vorwort:
Immer wieder trudelten Anfragen ein, wie ich den pH-Wert mit meiner Siemens LOGO! und der Einstabmesskette (pH Elektrode) Schott N61 messe und weiterverarbeite. Dieser Artikel widmet sich nun genauer diesem Thema und dem Bau des von mir verwendeten Messwandlers, im Aquaristik-Bereich auch einfach pH-Controller genannt.
Erklärung:
Eine pH-Elektrode ist im grundegenommen eine Spannungsquelle mit einem extrem hohen Innenwiderstand (Impedanz). Daher kommt man um eine Mess/Signalumformung für eine Auswertung, bzw. Weiterverarbeitung des Signals nicht herum. Wer schon versucht hat mit einem Voltmeter den pH-Wert bzw (die Spannung) der Elektrode zu messen, wird dies gemerkt haben!
Schnell eine kleine Einführung: Mit jedem pH Schritt ändert sich die Spannung um +/-59mV, dies wird auch Steilheit genannt. Bei einem neutralen pH-Wert von 7 beträgt die Spannung im Idealfall genau 0V. Dies dient uns als Offset. Eine weitere Größe die bei der pH-Messung beachtet werden sollte ist die Temperaturkompensation, welche im von mir gebauten Messwandler eingestellt werden kann. Im Grunde genommen kann aber diese im Bereich der Aquaristik vernachlässigt werden, da hier keine großen Temperaturunterschiede vorkommen sollten.
Zum Controller/Schaltung:
Mit dieser Schaltung nur eine Einpunktkalibrierung möglich, dies gleich vorweg. Für den Aquaristik/Hobby-Bereich aber vollkommen ausreichend. Pufferlösungen für die Kalibrierung natürlich vorausgesetzt!
Der Controller selbst soll die von der pH-Elektrode erzeugte Spannung (welche -400mv bis + 400mv betragen kann) in eine für die Siemens LOGO verwertbare Spannung (0-10V) anheben. Es können durch den hohen Innenwiderstand nur hochomige Komponenten eingesetzt werden, da die Spannung andernfalls sofort zusammenbricht. Für eine Messvereinfachung wurde der Messbereich von ph 0-10 festgesetzt und diesem die Spannung von 0-10V zugeordnet.
Diese Schaltung ist relativ einfach gehalten und somit für den erfolgreichen Nachbau geeignet. Auch die Beschaffung der Bauteile über reichelt & co dürfte keine größeren Probleme bereiten.
Bauteile:
1x BNC Einbaubuchse (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=22014;)
1x LF444 (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=39416;)
1x IC SOCKEL 14 (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=8206;)
1x 680pF (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=7750;) – C1
2x 100nF Kondensator (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=12349;) – C2 + C3
2x 470k (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=13563;) – R1+R2
2x 2,7K (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11599;) – R5+R11
3x 10K (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11449;) – R3+R4+R10
1x 1K (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11403;) – R7
1x 46,4K (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11819;) – R6
1x 3,3M (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11694;) – R8
1x 56K (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11879;) – R9
1x 200K Trimmer (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=3641;) – R12
1x 2K Trimmer (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=3638;) – R13
weiterhin (optional/bauabhängig):
– Lochrasterplatine
– Buchsenleiste / Steckerleiste – zum senkrecht aufstecken der Platine
– Hutschienengehäuse (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=44866;)
– DC/DC Wandler (http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=35068;)
– Litze
Leider benötigt der LF444 +/-15V welche wir nicht zur Verfügung haben, daher muss zusätzlich ein DC/DC Wandler verwendet werden, welcher aus +12V die benötigte Spannung liefert. Hier kann natürlich auch ein passender 24V Wandler eingesetzt werden.
Um der Siemens LOGO! Schaltung und meinem Aufputzverteiler gerecht zu werden, entwickelte ich die Schaltung für den Einbau in einem Gehäuse für die Hutschiene. Dies ist sicher Verbesserungswürdig aber es erfüllt seinen Zweck.
Die Kalibrierung:
Wie schon oben erwähnt ist nur eine Einpunktkalibrierung möglich. Man stellt nun bei der Temperaturkompensation (200K Trimmer) 25°C ein (0-100° sind möglich – falls kein digitales Zählwerk vorhanden, regelt man eine 1/4 Umdrehung). Nun wird die pH Elektrode in eine Pufferlösung mit pH 4 oder 7 getaucht. Nun stellt man die Ausgangspannung mit dem zweiten Trimmer (2K Trimmer) auf 4 bzw 7V ein! Wer möchte kann nun eine Vergleichsmessung mit einem anderen pH Wert durchführen und eine feinkalibrierung vornehmen.
Das wars, für 15,- € und etwas Zeitaufwand kann man so einen eigenen pH-Controller bauen!
Ich wünsche viel Spaß beim Nachbauen.