Hallo zusammen, ich hoffe jemand von euch hat eine gute Lösung für mich. Ein bisschen habe ich mich ins Thema schon eingearbeitet, aber Elektrotechnik ist zwar mein Fach gewesen, aber das ist Jahre her, aber gleich zu meiner Fragestellung: Ich habe einen Sensor, dieser muss mit 12-36V versorgt werden. Das spannende ist nun, dass das Messergebnis auf der selben Leitung "bekannt" gegeben wird, indem der Sensor zwischen 4 und 20 mA an Strom verbraucht. Das nennt sich wohl Zweidrahttechnik. Also die Versorgungsleitung ist gleichzeitig die Messleitung. Ich habe mir erst gedacht, alles kein Problem, aber irgendwie bin ich noch nicht auf einen grünen Zweig gekommen. Meine erste Idee war natürlich ein Shunt, aber meine Messeinheit soll ein Arduino werden. Also habe ich einen AD Wandler mit 0-5V und ich will natürlich so wenig wie möglich "Auflösung" verlieren. Ein bisschen Tüfteln und googlen bin ich beim IC MAX4172 angekommen. "Low-Cost, Precision, High-Side Current-Sense Amplifier" steht im Datenblatt. Ich glaube das ist schon ziemlich genau das was ich suche. Also einen Shunt brauche ich natürlich weiterhin, aber mit diesem IC kann ich auch kleine Signale pushen und über eine Referenz Spannung meine Ausgabe beeinflussen. Was meint ihr? Oder habt ihr noch andere Vorschläge?
Daniel U. schrieb: > Meine erste Idee war > natürlich ein Shunt, aber meine Messeinheit soll ein Arduino werden. > Also habe ich einen AD Wandler mit 0-5V und ich will natürlich so wenig > wie möglich "Auflösung" verlieren. Da kann man doch einfach einen OPV als nicht invertierenden Verstärker zwischenhängen?
Daniel U. schrieb: > Meine erste Idee war > natürlich ein Shunt, aber meine Messeinheit soll ein Arduino werden. > Also habe ich einen AD Wandler mit 0-5V und ich will natürlich so wenig > wie möglich "Auflösung" verlieren. Dann mach den Shunt eben etwas grösser, z.B. mit 250 Ohm. Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Dann mach den Shunt eben etwas grösser, z.B. mit 250 Ohm. Das ist natürlich noch viel besser als mein Vorschlag, der Sensor stellt den Strom ja wieder passend ein. Achte auf die Masseverhältnisse beim Zusammenschalten von Arduino und Sensor!
Ich gehe davon aus, aber ich habe nicht genug Ahnung mehr von der Materie. Darum wirkte der IC als eine passende Lösung für mich. Vielleicht weißt du, was funktionell der Unterschied zwischen der Schaltung mit dem IC und nur dem OPV wäre? Danke :) @Harald: ich weiß nicht genau, wie groß ich den Wiederstand machen kann, bevor der Strom nicht mehr darüber fließt ...
Es gibt den LV25 von LEM, eigentlich ein potentialfreier Spannungssensor. Kann man aber zum Messen kleiner Ströme missbrauchen... Ingo
Daniel U. schrieb: > @Harald: ich weiß nicht genau, wie groß ich den Wiederstand machen kann, > bevor der Strom nicht mehr darüber fließt ... Das sollte im Datenblatt Deines Sensors unter "Bürde" stehen. Gruss Harald
Wenn Du 5V haben willst, nimmst Du einfach einen Shunt von 250 Ohm. Dann fällst dort bei 20mA 5V ab. Bei 4mA sind das 1V, d.h. Dein Signalbereich geht von 1...5V. Die Software kann das passend umrechnen - falls benötigt, und auch ein Leitungsunterbruch oder Ausfall der Versorgungsspannung erkennen (Signal <1V). Für Geber mit 4...20mA Ausgang ist das die übliche Technik, das ist ein Industrie-Standard. Gruß Dietrich
wow, danke für die schnellen und vielen Antworten :) Bürde steht leider nicht in dem Datenblatt mit drinnen. Und jetzt wo du sagst, fällt mir das Stichwort auch wieder ein. Was gibt die Bürde noch mal genau an? @Dietrich: es ist auch ein Sensor aus dem Industriezweig, also richtig teuer, und daher habe ich den leider nicht hier zum Testen. Daher will ich mich vorbereiten, am besten mit 2-3 Varianten, damit eine denen dann klappt. Mit nur dem Widerstand habe ich halt das Problem, dass mir der untere Bereich verloren geht, ist da ein IC nicht der Weg herum? Wenn ich das richtig verstehe, könnte ich die Referenz ja so wählen, dass 4mA -> 0V am Ausgang ergeben, richtig?
Daniel U. schrieb: > Mit nur dem Widerstand habe ich halt das Problem, dass mir der untere > Bereich verloren geht, ist da ein IC nicht der Weg herum? Wenn ich das > richtig verstehe, könnte ich die Referenz ja so wählen, dass 4mA -> 0V > am Ausgang ergeben, richtig? Du kannst zwar mit Operationsverstärker einen Offset erzeugen, aber genauer wird das nicht: die Schaltung erzeugt zusätzliche Fehler. Die Auflösung wird zwar größer, aber das sind nur 20% - nicht mal 0,5 Bit! Aber eine Lösung wie MAX4172 ist hier bestimmt fehl am Platze. Das ist interessant bei Stommmessungen, wo man nur einen kleinen Spannungsabfall am Shunt haben darf oder will. Das ist bei 4...20mA-Sensoren garantiert nicht der Fall. Das einzige, was sein kann, ist, das 5V an der Bürde nicht gehen wird bei 12V Versorgung - dann hat der Sensor nur 7V für sich zur Verfügung. Aber irgend was in dieser Richtung sollte schon im Datenblatt stehen. Welcher ist das denn? > Was gibt die Bürde noch mal genau an? Hintergrund: ein 4...20mA-Ausgang ist eine Stromquelle, und die kann nicht eine beliebig hohe Spannung abgeben. Und das begrenzt die Bürde (-> U=R*I). Und wie oben schon gesagt hängt das auch von der Versorgungsspannung ab, besonders bei 2-Draht-Gebern. Da sind die Schaltungsmöglichkeiten noch mehr beschränkt als bei welchen mit separater 0V. Gruß Dietrich
Noch mal herzlichen Dank für die Hilfe! Ich verwerfe also die Idee mit dem IC und nehme einfach den Widerstand. Nachdem der Sensors mit einen großen Spannungsbereich arbeiten kann, werde ich einfach den 250 Ohm Widerstand verwenden. Ich versorge den Sensor mit 24V, also doppelt soviel, wie er minimal braucht. Wenn dann an dem Widerstand 5V abfallen, müsste ja noch genug Spannung da sein um den Sensor zu betreiben. Oder ist meine Milchmädchenrechnung da falsch? Der Sensor ist ein Drucksensor dessen Datenblatt ich als PDF hier habe, aber online liegt der nirgendwo. Ich frage mal nach, ob ich das teilen darf :)
Daniel U. schrieb: > Ich versorge den > Sensor mit 24V, also doppelt soviel, wie er minimal braucht. Du solltest Dich, notfalls per Telefon, direkt beim Hersteller erkundigen, wie hoch die Mindestspannung über den Sensor sein muss. Dann rechnest Du noch 20...50% Reserve dazu, rechnest 5V drauf und nimmst das als Versorgungsspannung. Es macht keinen Sinn, die Spannung unnötig hoch zu wählen, weil sich dann der Sensor unnötig erwärmt. Gruss Harald
Daniel U. schrieb: > Der Sensor ist ein Drucksensor dessen Datenblatt ich als PDF hier habe, > aber online liegt der nirgendwo. Nur so aus Interesse: hat der auch einen Hersteller und eine Typenbezeichung? Gruß Dietrich
Dietrich L. schrieb: > Nur so aus Interesse: hat der auch einen Hersteller und eine > Typenbezeichung? Hmm, für den Osterhasen wäre es etwas spät, und für den Nikolaus noch zu früh. :-) Gruss Harald
Ich habe noch etwas gesucht und ein PDF zum Sensor doch noch online gefunden: http://www.samson.de/pdf_de/t95270de.pdf In diesem findet sich auch die Bürde.
Also 250 Ohm Shunt direkt am ADC, Versorgungsspannung 12+5=17V oder mehr.
Nahend, Soweit ich weis haben die AVRs auf den Arduinos alle auch die Möglichkeit die referenzspannung auf 2,56 V oder zumindest manche auf 1,1 V zu ändern. Damit müsste dein Shunt nicht mehr so groß sein ;) Aber die Idee mit einem OP ist natürlich schöner. Soviel zu meiner Meinung :) Gruß, Martin
Vor Ort habe ich 24V zur Verfügung, ich werde mir die also anzapfen. Danke noch mal an alle, ihr habt mir sehr weitergeholfen!
Hallo! Wenn deine Messeinheit im Industriebereich verwendet wird, würde ich mir an deiner Stelle viel mehr Gedanken um den arduino machen! Der kann in rauer Umgebung schnell sterben.
Danke für den Hinweis @Route 66. Das Arduino Board ist nur ein Teil des Puzzels. Für die Elektronik haben wir uns bereits ein IP66 Gehäuse gesucht und da kommt auch das Arduino rein.
Martin schrieb: > Möglichkeit die referenzspannung auf 2,56 V oder zumindest manche auf > 1,1 V zu ändern. Die (interne?) Referenz ist normalerweise eh niedriger als die Versorgungsspannung. Und die Versorgungsspannung ist keinen gute Referenz. Insofern ist 2,56V eine gute Möglichkeit. Martin schrieb: > Aber die Idee mit einem OP ist natürlich schöner. Soviel zu meiner > Meinung :) Was ist daran schöner? Mehr Bauteile, größere Platine, höhere Ausfallwahrscheinlichkeit, zusätzlicher Fehler, höherer Preis? Nenn doch bitte die Vorteile, mir fallen keine ein.
Udo Schmitt schrieb: >> Aber die Idee mit einem OP ist natürlich schöner. Soviel zu meiner >> Meinung :) > Was ist daran schöner? Man kurbelt die deutsche Wirtschaft an. :-) Möglicherweise auch nur die chinesische. :-( Meint Harald
Daniel U. schrieb: > Danke für den Hinweis @Route 66. Das Arduino Board ist nur ein Teil des > Puzzels. Für die Elektronik haben wir uns bereits ein IP66 Gehäuse > gesucht und da kommt auch das Arduino rein. Das Gehäuse ist sicher nicht verkehrt, aber mit “rauher Umgebung“ meint er wohl vor allem elektrisch rau. Ich kenns jetzt nur aus der KFZ-Elektronik, da müssen die Geräte vieles aushalten. z.B. hohe Störimpulse auf allen Ein- und Ausgängen, hohe Einstrahlungen und vieles mehr. Ein µC-Pin direkt an nem Geräte-Eingang wär da völlig undenkbar. In der Industrieelektronik isses sicher ähnlich, nur mit anderen Prüfpulsen.
Udo Schmitt schrieb: > Die (interne?) Referenz ist normalerweise eh niedriger als die > Versorgungsspannung. Und die Versorgungsspannung ist keinen gute > Referenz. > Insofern ist 2,56V eine gute Möglichkeit. Ich habe die 2,56V Referenz eines ATmega8 mal ausprobiert und mich gewundert, dass im Datenblatt mit 2 Stellen hinter dem Komma eine Genauigkeit vorgegaukelt wird, die es nicht gibt. "2 bis 3 Volt" wäre ehrlicher. (Na ja, etwa übertrieben) Es steht auch im Handbuch auf Seite 42, warum das nicht so genau ist: "The 2.56V reference to the ADC is generated from the internal bandgap reference." Auf der selben Seite ist dann noch eine Tabelle, die für Bandgap reference voltage minimale 1.15V, typische 1.30V und maximale 1.40V angibt. Auf Seite 241 Ist dann auch eine Tabelle, die die Internal Voltage Reference in einem Bereich von 2.3V bis 2.9V angibt. Was ist an der Versorgungsspannung als Referenz so schlecht?
Philipp K. schrieb: > Auf der selben Seite ist dann noch eine Tabelle, die für Bandgap > reference voltage minimale 1.15V, typische 1.30V und maximale 1.40V > angibt. Was diese Zahlen bedeuten, kann man sich in Fig. 166 auf Seite 266 ansehen. Wenn die Chiptemperatur nicht zwischen -40° und +85° und Vcc nicht zwischen 2,5V und 5,5V schwankt, kommt da schon was besseres raus. MfG Klaus
> Das Gehäuse ist sicher nicht verkehrt, aber mit “rauher Umgebung“ meint > er wohl vor allem elektrisch rau. Ich kenns jetzt nur aus der > KFZ-Elektronik, da müssen die Geräte vieles aushalten. z.B. hohe > Störimpulse auf allen Ein- und Ausgängen, hohe Einstrahlungen und vieles > mehr. Ein µC-Pin direkt an nem Geräte-Eingang wär da völlig undenkbar. > In der Industrieelektronik isses sicher ähnlich, nur mit anderen > Prüfpulsen. Das ist ein guter Punkt. Es geht zum Glück nicht um etwas kritisches, sondern um eine Annehmlichkeit, also von dem Gerät ist kein Prozess abhängig, das heißt ein Ausfall würde nicht mal weh tun. Mein Herangehensweise ist die Messung erst mal zum Laufen zu kriegen. Danach habe ich vor die Messung galvanisch zu trennen. Wenn dazu noch jemand sachdienliche Hinweise für mich hat, wäre das super. Optokoppler wäre mein erster Tipp :) Und noch mal danke an alle, ihr habt mir sehr geholfen!
Daniel U. schrieb: > Mein Herangehensweise ist die Messung erst mal zum Laufen zu kriegen. > > Danach habe ich vor die Messung galvanisch zu trennen. Wenn dazu noch > > jemand sachdienliche Hinweise für mich hat, wäre das super. Optokoppler > > wäre mein erster Tipp :) Dazu könnte man den in eine Spannung gewandelten Strom in eine Frequenz oder ein Tastverhältnis wandeln und dann mit dem µC diese hinter dem Optokoppler messen. Oder man isoliert den ganzen µC (Spannungsversorgung und Datenleitung). Kommt auf dein Budget und die Messanordnung an. Gruß, RS
Naja, es ist ein Projekt das mir Spaß macht. Ob es dann 10 oder 50€ kostet die galvanische Trennung zu bauen, finde ich erst mal nicht so wichtig. Hauptsache das ist dann schlussendlich getrennt und wenn möglich will ich damit nicht all zu viel Arbeit haben. Also wenns eine fertige Schaltung / einen IC gibt, wäre das meine Lieblingslösung.
Philipp K. schrieb: > Auf Seite 241 Ist dann auch eine Tabelle, die die Internal Voltage > Reference in einem Bereich von 2.3V bis 2.9V angibt. > > Was ist an der Versorgungsspannung als Referenz so schlecht? Die internen Referenzen haben keine exakten Werte angegeben, aber den Wert, den sie haben, haben sie sehr konstant. Also musst du einmal messen und der Rest ist ein Umrechnungsfaktor. Eine normale Spannungsversorgung für µC muss nicht sehr genau sein und ist ausserdem durch ziemlich viel digitales Rauschen versaut.
Nimm einen LM331 (gib es bei Reichelt) und mache die von mir vorgeschlagene V/f-Wandlung. Dann ist auch die Referenz im µC egal, da nur noch mit den Timern die Frequenz gemessen werden muss. Einen Quarztakt sollte man dann aber schon nehmen. App-Note ist im Datenblatt drin. Gruß, RS
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