¡La sonda de pH AD620 tiene una compensación de voltaje positiva!

Soy ing. quimica. pero poca experiencia en electrónica.

Me gustaría conectar una sonda de pH con un AD620A, la PCB original que venía con la sonda de pH se dañó debido a una fuga de corriente en la solución.

Hice el siguiente circuito en especias y en protoboard.

Una sonda de pH tiene una alta impedancia (>10 Mohm), el AD620A me parece adecuado para esta aplicación con su baja corriente de polarización. ¿Es eso correcto?

La sonda de pH tiene un rango de -200mV a +200mV, un poco menos rango de pH4 a 10.

+Vs = +8.46V
-Vs = -8.33V
+IN = sonda de pH positiva
-IN = sonda de pH a tierra, conectada a GND y pin Vref de AD620A.

El voltaje de salida debe estar centrado en 0V como se ve en la captura de pantalla, pero en realidad leo lo siguiente:

ganancia 4,4 K
pH10: salida = 0,82 V (debe estar cerca de -2,0 V)
pH7: salida = 2,51 V (debe estar cerca de 0 V)
​​pH4: salida = 4,92 V (debe estar cerca de +2,5 V)

(R²=0,99 para ajuste lineal , las lecturas son estables)
En esta configuración podría alimentar mi ADC, ¿la compensación de CC aumentaría o disminuiría con el tiempo o con diferentes fuentes de alimentación? La linealidad es lo suficientemente buena para mi aplicación.

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

La salida nunca es negativa. También verifiqué mi voltaje negativo -Vs directamente en el pin AD620. Traté de poner resistencias de 1M y 3M en las entradas con tierra, pero parece que no es lo suficientemente alto o no es la buena dirección.

¿Qué debo hacer para restaurar la compensación de CC a cero? ¿Debo aplicar voltaje negativo en Vref?

La compensación de CC es de aproximadamente +2,5 V con una ganancia de 4,4 K.

ingrese la descripción de la imagen aquí

el esquema muestra que un lado del sensor está conectado a tierra.
¿Cuál es la impedancia de la fuente de la sonda (V se reduce un 50 % cuando se iguala la carga)? ¿Qué es la tasa de cambio de la entrada? ¿lento? La entrada Z no coincide cuando se conecta a tierra en un lado. o sonda microSiemen?
@ SunnyskyguyEE75 No sé cuánto es la impedancia de la sonda, pero generalmente es muy alta (decenas a cientos de mega). Yo uso esta sonda dfrobot.com/product-1110.html
¿Está el AD620 en la sonda o después?
@SunnyskyguyEE75 El pin IN+ tiene el positivo de la sonda El pin IN- tiene la conexión a tierra de la sonda y está conectado a tierra con el circuito
Entonces, ¿este es un problema con el kit o algo que agregaste?
@SunnyskyguyEE75 La corriente de polarización de entrada de AD620A es demasiado alta, no adecuada para esta aplicación.
No respondiste mi última pregunta. Muestre exactamente lo que midió y dónde. y cualquier modificación. tratando de averiguar si tiene un malentendido, una unidad defectuosa o una falla de diseño de Adafruit
@SunnyskyguyEE75 el kit de pcb original está fuera de servicio. Solo uso la sonda sin pcb ahora. Tenía un fuerte bucle de tierra en mi medio de medición de pH. Quiero hacer una PCB desde cero con mejor in/opamp
Entonces, ¿cuál es la sonda industrial real? enlace por favor dfrobot.com/product-1074.html también tenga en cuenta que no se puede sumergir en el líquido durante demasiado tiempo
[enlace] dfrobot.com/product-1110.html este pero sin pcb.
Creo que tus habilidades analógicas no son suficientes para realizar esta tarea. Su sonda tiene esta respuesta. raw.githubusercontent.com/DFRobot/DFRobotMediaWikiImage/master/…
Gracias @SunnyskyguyEE75, sé cuál debería ser la respuesta analógica y por qué el AD620A no funciona correctamente. Hay una oferta baja de opamp donde estoy. Así que trataré de comprar nuevos PCB listos para usar y evitar el dolor de cabeza de diseñarlo.

Respuestas (3)

En realidad, la corriente de polarización de 1 nA del AD620 es bastante alta para esta aplicación. La sonda puede ser 100-1000M Ω resistencia de salida Con su ganancia de 12.2, el desplazamiento referido a la salida con una resistencia de sonda de 200M sería aproximadamente lo que está viendo con una corriente de polarización de 1nA.

Normalmente usaríamos un amplificador de corriente de polarización de entrada baja para esta aplicación, pA o decenas de fA, no nA. La corriente de polarización no será estable con la temperatura y creo que la resistencia de la fuente variará con las condiciones de la sonda, por lo que realmente no desea intentar anularla ciegamente.

Seleccione un amplificador operacional más apropiado (pista: no necesita ni desea un amplificador de instrumentación en esta aplicación).

Gracias Spehro por confirmar mis preocupaciones sobre esta configuración, también lo sospeché porque Analog Device compartió un circuito de sonda de pH usando fA amp. ¿Podría sugerir alguna referencia opamp? Vivo en Perú y hay pocas referencias disponibles.
Sí, podría, pero sería mejor que buscara usted mismo utilizando un motor de búsqueda de distribuidor (por ejemplo, Digikey) o un proveedor como AD . Por ejemplo, AD8641 . No olvide incluir el rango de voltaje de suministro, muchos amplificadores operacionales modernos no pueden manejar sus voltajes de suministro. Simplemente usaría una configuración de amplificador no inversor (2 resistencias) con un ajuste nulo y un ajuste de ganancia generalmente para una sonda de pH.
cualquier cosa con un paquete DIP? Encontré este: [enlace] digikey.com/product-detail/en/texas-instruments/TLE2062IP/…
Hay muchas opciones, pero debe aprender a usar paquetes SMT incluso si tiene que usar una placa de conexión. No son tan difíciles. El amplificador operacional que menciona no tiene Ib garantizado a temperatura ambiente, solo una especificación muy flexible de 2nA en el rango de temperatura completo y los Vos máximos, TCVos son un poco altos para esta aplicación. La especificación Ib "típica" es excelente. Mucho mejor que lo que tienes.

Si desea reducir la corriente de polarización de entrada, cambie AD620 1nA a AD8220 3pA @ 25'C

1nA * 1Megohm * 3k de ganancia = compensación de 3V y carga significativa con 1M afecta el error de ganancia o 1% de sensibilidad en la sonda de 100M

3pA * 100 Megohm * 3k de ganancia = 0,9 V que se puede compensar con una sensibilidad mucho mejor.

caso

Aunque sus números en el interior necesitan una explicación. (no estándar)

ingrese la descripción de la imagen aquí

Su respuesta de sondeo debería ser;

ingrese la descripción de la imagen aquí ÁRBITRO

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

Esto puede requerir una solución mejor que la que solicitó.

Editar 11:06 a.m.

Simplemente lea las especificaciones del sensor; La resistencia de la Membrana Sensible: 200 10 6 Ω

Esto requiere una limpieza impecable a bordo para lograr una impedancia tan alta, incluso si INA es de 1pA y será muy sensible a ESD, por lo que se necesitan series R para limitar la corriente de ESD.

Este era el esquema de las placas que ya no están en la cadena de suministro. Probablemente habrán hecho cambios para mejorarlo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

LTSpice generó automáticamente el componente a partir del archivo de especias: * Asignaciones de nodos 1: IN+ 2: IN- 99: Vs+ 50: Vs- 46: Vout 20: ganancia de ref 7-8
No estoy buscando un modelo LTspice pero sus medidas reales cómo, dónde en el kit de Adafruit

Logré obtener resultados decentes usando un opAmp LMC662CN ( sesgo de entrada 2fA ). Tiene una ganancia unitaria, por lo que la salida irá de -200 a +200 mV o un poco menos para el rango de pH 4-10.

Usé +Vs=8.46V y -Vs=-8.33V (chip LT1054 con las tapas adecuadas). Mi referencia es la tierra del circuito. Unos 104 cap (0.1uF) en +Vs y -Vs cerca del opAmp.

Ahora mis lecturas son: pH7 = 0 mV ph4 = 187 mV pH10 = -144 mV (debería ser menos, pero compraré una nueva solución de tampón 10 para verificar) editar: es más probable que mi pH10 sea una solución de pH9.2, eso sería perfecto adaptar.

No planeo agregar una amplificación de segunda etapa ya que mi ADC de 16 bits puede funcionar en un rango de +/- 512 mV. (Aunque creo que el AD620A estaría bien para hacer una amplificación de segunda etapa).

Editar: use un paso bajo RC antes del ADC.

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