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.
Hallo,
danke für die schöne Beschreibung.
Ich habe die Schaltung auch im Datenblatt des LF444 gefunden. Einige Widerstände, insb. die Potis, weichen vom Datenblatt ab, hat das einen bestimmten Grund?
Gruß,
Kai
Hi und Hallo,
sehr schön Deine Schaltung 🙂
Gibts dazu evtl. ein ätzbares Platinenlayout ?
Wie hast Du Deine Schaltung in das Hutschienen-
gehäuse bekommen und gibts da evtl. Fotos von ?
Danke & Gruß Wolle
das sieht sehr nach meiner Selbstbauvariante aus und ist auch schön klein und günstig. Ich denke damit kannst du nichts verkehrt machen. Besser wäre zwar ein 0-10V Ausgang, um einen genaueren Bereich (20-30°C) zu erhalten, aber ich denke für aquaristische Zwecke ist es ausreichend auf 0,5°C die Temperatur einzustellen. Die Eichung gestaltet sich sicher etwas schwierig, hier empfehle ich ein Präzisionsthermometer. Ich habe meinen Wandler mit einem Digitalthermometer für eine Wetterstation geeicht und nochmal mit einem aquaristischen Thermometer gegengecheckt!
Ich hoffe du denkst aber daran das du trotzdem noch einen Analogeingangsmodul für die LOGO benötigst um die Werte dann zu schalten (Heizung/Kühlung/Licht). Oder willst du diese nur ausgeben?
Hoffe konnte vorerst helfen!
werd ich tun.
was hälst du von diesem
Teil.
würde das mit einem PT100 Sensor funktionieren
Hi Rene,
wenn du einen simplen Temperaturschalter realisieren willst empfehle ich dies hier:
http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=de&objid=6034126&caller=view
für eine Auswertung über einen PT100 muss ich mal noch ein paar Daten zusammen suchen, ich werde mich bemühen dazu bald noch einen Artikel zu verfassen. Falls sich bis Ende nächster Woche noch nichts getan hat, erinnere mich bitte per Mail (Kontaktformular) nochmal daran!
Hast du denn auch eine Beschreibung von deinem Temperatur – Modul.
würde mich intereesieren
Klar kannst du das auch an ein normales Display hängen was eine Anzeige 0-10V ermöglicht, bei mir hängt ein OMRON KTE3 dran 0 bis +-20V, Kommastelle per Brücke wählbar.
Eigentlich sind hier keine Grenzen gesetzt, wollte das ganze auch mal Schaltbar machen, so das ich wählen kann zwischen Temp und pH. Dafür fehlt aber derzeit echt die Zeit. Obwohl das ein simpler Schalter wäre, aber die Brücke für die Kommastelle müsste auch noch variabel sein 😉
Mit der von dir beschriebenen Schaltung hat man doch schon das gewünschte 0-10V Signal.
Könnte man das nicht gleichzeit zur PH-Regelung und auch zur Anzeige benutzen?
wichtig ist einen Messwandler einzusetzen, bzw. zu bauen. Dann lässt sich das 0-10V Signal über ein AM2 (2x Analogeingang) einfach auswerten und natürlich dann auch der Wert über ein Display ausgeben.
Ich selbst nutze keine Stromsenke und habe regelbare Widerstände 10kOhm im Einsatz (Poti). Da mir damals die Zeit fehlte habe ich den Widerstand nicht ausgemessen. Sondern nur darauf geachtet das ich bei Rampe 0 ca 0V und bei 1000 ca 10V anliegen habe.
Falls ich Zeit finde kann ich das ganze gern auch nochmal in einen Artikel verfassen und würde mich dann auch nochmal dran machen den Widerstand auszumessen.
Vielen Dank für die Ausführliche Beschreibung!
Noch eine Frage:
Wie kann man eine Anzeige des aktuellen PH-Wertes über das Display an der Logo (sofern man eine Variante mit Dislay hat) oder das zusätzlich erhältliche externe Display realisieren?
Es wäre toll, wenn du eine ähnlich ausführliche Anleitung zur Dimmersteuerung per LOGO einstellen könntest. Mancher realisiert das per Stromsenke, Mancher steuert das Dimm-EVG direkt mit der LOGO an (Meiner Meinung nach bedenklich, da ja LOGO und EVG Spannung abgeben…)
Wie ist das machbar?