12 bit vs 14 / 16bit ADC para la interfaz del sensor de ph

Como dice JustJeff, si diseña su circuito para un rango de pH de 6 a 9, tiene una resolución mejor que 0.001 en 12 bits. Si desea un rango completo de pH 0 a pH 14, su resolución será

  

\ $ \ dfrac {14 pH - 0 pH} {2 ^ {12}} = 0.003pH / LSB \ $

Puedes alcanzar 0.001pH usando un ADC de 14 bits.

Pero es importante hacer una distinción entre resolución y precisión . Ejemplo: un termómetro digital para la fiebre que se puede comprar por menos de 10 euros. Esto da una lectura con 2 decimales, como 36.87 ° C. ¿Pero es esa también la precisión? En otras palabras, ¿es correcto el "7"? No, no lo es. Incluso es posible que la precisión sea peor que 0.1 ° C.
Lo mismo ocurre con un medidor de pH. Puede tener una lectura con 3 dígitos decimales, pero no espere que esta sea la precisión, piense en la calidad de otras partes electrónicas.

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También tenga en cuenta la compensación de temperatura . Las variaciones de temperatura harán que cambie el pH y también cambiarán la lectura de la sonda. A menos que tenga una lectura de temperatura altamente precisa, no vale la pena ir por algo mejor que la IMO de precisión 0.01pH. La buena medición de la temperatura no es una sinecura en sí misma. Este sitio dice

  

"[El] error de temperatura está muy cerca de 0.003 pH / ° C / pH por unidad lejos de pH 7."

Por lo tanto, a un pH 10, una variación de temperatura de 1 ° C resultará en un cambio de lectura de 0.01pH.

Como Steven ya mostró, 12 bits son suficientes si el rango de pH de 0-14 está cubierto linealmente. Si la señal del sensor de pH no es lineal, debe encontrar la resolución en la parte del rango donde cambia más lentamente en función del pH. A menos que la salida sea altamente no lineal, un A / D de 12 bits es probablemente lo suficientemente bueno y ciertamente atractivo porque puede integrarlo en un microcontrolador.

Sin embargo, aquí hay otra idea. Para señales lentas de bajo nivel como esta, a veces puede tener sentido usar un delta-sigma A / D de muy alta resolución. Estos están disponibles en 20 bits y más. Comparten velocidad por resolución y no son tan caras. Un tiempo de conversión típico podría ser de 15-20 mS, por ejemplo, pero debería ser lo suficientemente rápido para algo como una señal de pH. La ventaja es que esto reduce y en algunos casos elimina la necesidad de circuitos de amplificación con sus errores inherentes de ganancia, desplazamiento y deriva. Por ejemplo, he hecho mediciones de termopares con solo un poco de filtro pasivo frente a un delta-sigma A / D. Entiendo que las señales de la sonda de pH son de alta impedancia, por lo que necesitará al menos algo de amortiguación. No ha caracterizado la salida del sensor de pH, por lo que no puedo decir si un delta-sigma A / D de alta resolución es apropiado en este caso.

Nota: las soluciones de calibración de pH estándar son NIST a +/- 0.01 pH. pocos medidores estándar leen mejor que 0.02 pH (puede dar como resultado el número de 0.01pH pero consulte el manual) y si está usando una sonda de sensor de pH estándar (bulbo de vidrio) no hay un hombre vivo que tenga mucha fe en nada afirma que es más estricto que 0.02pH sin una prueba masiva que detalle sus soluciones de calibración para todo el sistema (no solo 2 o 3 puntos de calibración), así como su medidor R & R en el mismo informe.

Dicho esto, cualquier cosa más cercana a 0.01pH es un error de medición en la sonda y ni siquiera sería útil para analizar desviaciones.

Es difícil obtener precisión cuando se obtiene una resolución muy alta. Especialmente los últimos dígitos se convierten en no-decir. Podría calibrar su sensor de pH, pero eso cuesta tiempo y necesita mediciones de referencia para hacerlo (es decir, obtener líquidos que sepa que son exactamente un valor de pH y realizar una medición de referencia con un dispositivo ya calibrado).

La única razón por la que pude ver un ADC de bits altos es remotamente útil si desea ver pequeñas desviaciones en el pH sin perder su rango dinámico. Esto solo es útil si el nivel de ruido de su sistema (desde el sensor hasta la entrada ADC) no excede el de su ADC. No tengo idea de cuál es el nivel de ruido de su sensor de pH. Tal vez usted puede referirse a la hoja de datos (si se menciona en absoluto).

Puede utilizar el muestreo excesivo para reducir el ruido de su señal, pero luego su tasa de muestreo de salida disminuye (¡o necesita un convertidor / unidad de procesamiento más rápido!). Esto solo hace la vida más complicada.

Además, las variaciones de temperatura pueden ser un factor enorme, como lo señala la investigación, no solo de su sensor sino también de la electrónica. Pero como dije, si sabes que la temperatura es un factor constante en tus mediciones, puedes ver los cambios relativos con mayor precisión.

Acerca de los ADC reales: hay ADCs diferenciales con PGA. PGA significa Programmble Gain Amplifier. Puede amplificar la señal mediante ciertos factores, como 1x, 8x, 16x o incluso más. Depende de su sensor de pH si puede amplificar fácilmente la región de 6-9pH.