Arduino pH metre Hackleme yardım (ICL7106)

Merhaba değerli forum sakinleri, bir süredir arduino ile pH ve sıcaklık değerini loglayan bir sistem üzerine düşünüyordum, internette bazı sayfalarda çin malı kalem tipi pH metreleri modifiye ederek lcd çıkışından ESP32 ile veri logladıklarını gördüm. Bu görselde Lcd ye giden pinlere 16 adet ayrı kablo lehimlemiş ve sonra esp32 ye her bir pin için ayrı diyot kullanarak bağlantı sağlanmış, ekranı okumak için shift register kodları kullanılmış ve ekran birebir arduino ile okunabiliyor.

https://forum.arduino.cc/t/ph-logger-from-cheap-ph-meter-from-dx/176047/2

Bunun üzerine Aliexpressten 0.00 çözünürlüğe sahip bu ph metreden sipariş ettim. https://tr.aliexpress.com/item/1005001638980247.html?spm=a2g0o.detail.1000014.11.46fa3203UwS8T8&gps-id=pcDetailBottomMoreOtherSeller&scm=1007.40000.267768.0&scm_id=1007.40000.267768.0&scm-url=1007.40000.267768.0&pvid=bb6d0298-364e-4fa9-b74c-7297cdf19b07&_t=gps-id%3ApcDetailBottomMoreOtherSeller%2Cscm-url%3A1007.40000.267768.0%2Cpvid%3Abb6d0298-364e-4fa9-b74c-7297cdf19b07%2Ctpp_buckets%3A668%232846%238111%23409&pdp_ext_f=%7B%22sku_id%22%3A%2212000016928246831%22%2C%22sceneId%22%3A%2230050%22%7D&pdp_npi=2%40dis%21USD%21%218.27%21%21%21%21%21%40211b4cff16520403490448994e0439%2112000016928246831%21rec&gatewayAdapt=glo2tur

3 hafta sonra aldıktan sonra ve merakla içini açtığımda karşıma 44 pinli siyah epoxy bir çip ve bir 8pinli bir çip karşıladı. Siyah 44 pinli çipin başka kaynaklarda gördüğüm üzere bir çeşit voltmetre çipi olabileceği yazıyordu. Her ne kadar epoxy altında olsada çipin IC7106 kodlu bir voltmetre çipi olduğunu bacak bağlantıları ve kullanılan komponentlere bakarak teyit ettim.

Devrenin giriş uçlarına potans ve pil yardımı ile yaptığım denemeler sonucu simetrik 414mV aralığını ölçütüğünü gördüm.

Grafiğin pH değeri ekrandan okuduğum değer, mV girişine bağlamış olduğum voltaj değeridir.

Devre kartının şemasını yukarıda çıkardım. Devreyi entegrenin örnek şemalarına kıyaslamama rağmen burada farklı olarak bir referans voltaj çipi ve 2 adet trimpot karşılıyor bizi, birisi offset yani 0 noktasını ayarlamamıza yarıyor diğeri ise gain yani voltaj değer eğrisini ayarlıyor.

Icl7106 datasheetini (https://www.farnell.com/datasheets/76681.pdf) incelediğim zaman 2 adet referans(REF+, REF-) ve 2 adet giriş pini olduğunu görüyorum(IN+, IN-).

pH sensörü bu devrede voltajın kaynağı oluyor yani sensörü aslında bir pil olarak düşünebiliriz ancak bu pilin empedansı çok yüksek 100Mohm civarında bu yüzden iyi bir sinyal elde etmek için voltmetrenin giriş empedansı çok yüksek olmak zorunda.

Devrenin kalbi olan icl7106 entegresinin giriş empedansı 10 Gohm civarında olduğu ve giriş akımı (bias current) 10pA olduğu için gayet hassas ölçümler alabiliyor. Bu sebeple sensörü arduino ile okumam mümkün değil. Bunun için bazı amfi devreleri yapılmış, sinyal önce tampon katından geçerek genliği değişmeden akımca güçleniyor daha sonra iki aşamalı yükseltme katında gain ve offset ayarlamaları yapılarak sensörün -414,+414mv aralığındaki sinyali 0-4V aralığına yükseltilerek arduino yardımıyla okunabiliyor.

Sorum şu, yukarıda vermiş olduğum devreye bakarak bir amfi devresi bağlayarak paralel okuma yapabilir miyiz ? mümkün ise tavsiye ettiğiniz yükseltici devreler var mıdır ?

Şu sitede bir amfi devresi yapılmış https://damien.douxchamps.net/elec/ph_meter/ simetrik güç kaynağına ihtiyaç duyuyor.

Gain ve Offset için tlv272 kullanmış ancak yazar bunun çokta önemli olmadığını ve herhangi bir rail-to-rail op-amp ın da aynı işi göreceğini ekliyor. Buffer ünitesinde yüksek empedanslı giriş sağlamak için tlv271 op-amp kullanılmış, bu entegreyi Türkiyede bulmam zor görünüyor bunun yerine TL071 preamfi entegresi kullansam muadil olurmu (*TL071 rail-to-rail opamp değil biliyorum ancak giriş ve çıkış sinyali 450mV u geçmeyecek) ? tl071 negatif voltajlarda da çalışıyor mu bilmiyorum. pH metre kartında birde referans için sabit voltaj için LM285 benzeri bir çip mevcut. Öyle bir bağlantı olsa ki hem kartın üzerimdeki referansı kullanıp hemde sensörün değerini okusam mümkün olabilir mi ?

Verdiğiniz bilgilere göre giriş empedansı çok yüksek opamp a ihtiyacınız var.

Fet girişli opampları araştırabilirsiniz.

Örnek: Türkiyede ve stokda olan bir ürün

https://www.ozdisan.com/entegre-devreler-ics/lineer-entegreler/amplifikatorler/AD822ARZ

Giriş akımı ve empedansı: 10pA ve 10^13 ohm (yanlış çevrmediysem 10000 gigaohm)

Fiyatı sizi biraz üzebilir.

Diğer anahtar arama kelimesi ise "instrumentation amplifier".

Opamplar ile çalışırken genelde simetrik beslemeye ihtiyaç duyacaksınız. Baştan kabul ederseniz bulduğunuz çözümler gözünüze daha uygulanabilir gelecektir.