Wechselspannungsbegrenzung für Sensor

[Max (Gast)]

Hallo liebes Forum,

ich stehe vor der Aufgabe, die Leistung einer Arbeitsmaschine zu messen.
Dazu habe ich mir überlegt, den Strom durch die Zuleitung zum Gerät zu 
messen. Als Sensor verwende ich hierfür eine Talema-Spule, die genau 
dafür gemacht ist:
https://www.tme.eu/de/Document/c3170f0698d1c76ef4fd84b4eab3d598/AX%20Series.pdf

Durch die Netzspannung wird natürlich auch beim Spulenausgang eine 
Wechselspannung induziert, was mein µC im Zweifelsfall nicht mag. Daher 
habe ich das Potential mit einem einfachen Spannungsteiler angehoben - 
siehe Anhang.

Im Betriebszustand schwankt die Spannung jetzt gemütlich mit +/- 0.5V um 
das Niveau von 1.36 V - soweit, so gut.

Das Problem ist: Der Anlassstrom des Gerätes induziert eine zu große 
Spannung für meinen µC (Bosch XDK) - am Oszilloskop messe ich knapp 3.2 
Volt in der Spitze. Der µC kann aber maximal 2.5V.

Um diese Spitzen abzuschneiden, habe ich auf Anraten meines Betreuers 
die zwei Dioden eingebaut.

Erste Frage: Kann man das so machen?

Zweite Frage: Wenn ja, wieso geht das so nicht? Am Oszilloskop sind 
weiter die Spitzen zu sehen.

Ich bin ein bisschen ratlos, mein Betreuer auch.

Vielleicht habt ihr eine Idee?

Viele Grüße,
Max

[karadur (Gast)]

Wahrscheinlich kann die 2,5V Quelle die Spannung nicht ableiten.

Probier mal einen Kondensator zwischen GND und 2,5V.

[Peter R. (Gast)]

Dein Schaltbild ist Müll.

besteht bei den Kreuzungspunkten (zwischen 10k und 10k sowie GND und dem 
beim 100-Ohm-R)eine leitfähihge Verbindung?

So wie die Leitungsführung bei den Dioden gezeichnet ist, wäre es die 
Norm wo die Überkreuzungen ohne Verbindung sind. Aber das ergäbe eine 
seltsame Verschaltung. Auch eine Spule parallel zu einem 
10kOhm-Widerstand eines Spannungsteilers ist seltsam.


Max schrieb:
> am Oszilloskop messe ich knapp 3.2
> Volt in der Spitze. Der µC kann aber maximal 2.5V.

Das wären dann gerade die 0,7V die eine kleine Si-Diode haben kann?

Neben dem gemachten Vorschlag mit Stützkondensator für 2,5V-Spannung 
Schottky-Dioden anstatt der Si-Dioden als Begrenzer nehmen. Z-Dioden im 
Spannungsbereich von 2,5V sind sowieso Müll
Dazu evtl. noch einen Widerstand zwischen L und dem  Teiler auf 1,25V.
sonst kann der Strom aus der Messspule evtl.die Begrenzerdioden 
zerstören.

[Peter R. (Gast)]

Peter R. schrieb:
> Dein Schaltbild ist Müll.
>

 edit:  Im Anhang ein Vorschlag, Dioden natürlich Schottky, R1 etwa 1..3 
kOhm
Durch die Spannungsteilung mit R1 wird nicht nur der Strom durch die 
Dioden begrenzt es wird auch verhindert, dass die Begrenzerdioden im IC 
ansprechen.

[Harald W. (wilhelms)]

Max schrieb:

> Um diese Spitzen abzuschneiden, habe ich auf Anraten meines Betreuers
> die zwei Dioden eingebaut.
>
> Erste Frage: Kann man das so machen?

Wenn Du diesen Anlaufstrom nicht messen willst, kann man das
machen. Durch Begrenzungsdioden wird die Kurvenform des
Wechselstroms verformt.

[Stefan F. (Gast)]

Deine Schaltung sieht in der Tat sinnlos aus. Ich mach mal einen anderen 
Vorschlag:

            470r     LED rot
+3,3V o----[===]---+---|>|----| GND
                   |
                   |
                   X
           Spule   X
                   X
                   |
                   |    10k
                   +---[===]----o Eingang vom ADC

An der LED liegen ungefähr 1,8V an, diese wird zur Wechselspannung 
addiert. Der 10k Ohm Widerstand begrenzt den Strom, der durch die ESD 
Schutzdioden des AD-Wandler fließt, wenn die Spannung zu hoch oder zu 
niedrig wird. Falls der ADC keine ESD Schutzdioden enthält, kannst du 
extern welche dazu schalten. In den meisten Fällen ist das nicht 
notwendig.

[hinz (Gast)]

Max schrieb:
> Im Betriebszustand schwankt die Spannung jetzt gemütlich mit +/- 0.5V um
> das Niveau von 1.36 V

Das passt aber nicht zum Schaltplan, nach dem wäre ein "Niveau" von etwa 
10mV zu erwarten.

[hinz (Gast)]

Stefan U. schrieb:

>             470r     LED rot
> +3,3V o----[===]---+---|>|----| GND
>                    |
>                    |
>                    X
>            Spule   X
>                    X
>                    |
>                    |    10k
>                    +---[===]----o Eingang vom ADC
>

Und schon ist der Stromwandler kaputt...

Stromwandler nie ohne Bürde betreiben!

[Teo D. (teoderix)]

Peter R. schrieb:
> edit:  Im Anhang ein Vorschlag, Dioden natürlich Schottky, R1 etwa 1..3
> kOhm

hinz schrieb:
> Stromwandler nie ohne Bürde betreiben!

Nur der Vollständigkeit halber:
Also noch die 100 Ohm davor!

[Falk B. (falk)]

@ Peter R. (Gast)

>Dein Schaltbild ist Müll.

Deins ist nicht viel besser.

>besteht bei den Kreuzungspunkten (zwischen 10k und 10k sowie GND und dem
>beim 100-Ohm-R)eine leitfähihge Verbindung?

Und bei dir? Schon mal was von Kreuzungspunkten gehört?

[hinz (Gast)]

Teo D. schrieb:
> Peter R. schrieb:
>> edit:  Im Anhang ein Vorschlag, Dioden natürlich Schottky, R1 etwa 1..3
>> kOhm
>
> hinz schrieb:
>> Stromwandler nie ohne Bürde betreiben!
>
> Nur der Vollständigkeit halber:
> Also noch die 100 Ohm davor!

Nicht davor, sondern parallel zum Wandler!

[Falk B. (falk)]

@Max (Gast)

>ich stehe vor der Aufgabe, die Leistung einer Arbeitsmaschine zu messen.

Dazu muss man aber auch die Spannung phasenrichtig messen.

>messen. Als Sensor verwende ich hierfür eine Talema-Spule, die genau
>dafür gemacht ist:
>https://www.tme.eu/de/Document/c3170f0698d1c76ef4f...

Kann man machen.

>Durch die Netzspannung wird natürlich auch beim Spulenausgang eine
>Wechselspannung induziert,

Falsch. Durch den Strom durch die Spule. Jaja, auch beim 
Stromwandler gibt es ein paar mV Primärspannung, aber für die 
Praktische Betrachtung ist der Eingangsstrom relevant.

> was mein µC im Zweifelsfall nicht mag. Daher
>habe ich das Potential mit einem einfachen Spannungsteiler angehoben -

Bitte? Der Satz ist totaler Unsinn, so wie auch deine Schaltung.

>siehe Anhang.

Nicht brauchbar, außerdem schlecht gezeichnet.

1.) Dein uC kann mit an Sicherheit grenzenden Wahrscheinlichkeit keine 
negativen Spannungen messen. D.h. daß der Fußpunkt des Stromwandlers 
nicht an GND ran darf sondern idealerweise auf VCC/2 gelegt wird. Das 
ist dann der virtuelle Nullpunkt. Die einfache Version nutzt dazu einen 
ausreichend niederohmigen Spannungsteiler mit vielleicht 1-5mA 
Querstrom. Die stromsparende "Luxusversion" nimmt einen recht 
hochohmigen Spannungsteiler + OPV als Impedanzwandler.

>Im Betriebszustand schwankt die Spannung jetzt gemütlich mit +/- 0.5V um
>das Niveau von 1.36 V - soweit, so gut.

Nicht bei DEM Schaltplan.

>Das Problem ist: Der Anlassstrom des Gerätes induziert eine zu große
>Spannung für meinen µC (Bosch XDK) - am Oszilloskop messe ich knapp 3.2
>Volt in der Spitze. Der µC kann aber maximal 2.5V.

>Um diese Spitzen abzuschneiden, habe ich auf Anraten meines Betreuers
>die zwei Dioden eingebaut.

Die brauchst du nicht, denn die sind schon im uC drin, das haben so 
ziemlich alle ICs. Siehe Pegelwandler. Auch wenn die im Allgemeinen 
nicht sonderlich stark sind, ein paar mA halten die immer aus.

>Erste Frage: Kann man das so machen?

Nö.

>Zweite Frage: Wenn ja, wieso geht das so nicht? Am Oszilloskop sind
>weiter die Spitzen zu sehen.

Ist das nicht Spitze? ;-)

>Ich bin ein bisschen ratlos, mein Betreuer auch.

Ohje! Was betreut der? Alte Menschen?

Für dein Problem gibt es mehrere Lösungen. Siehe Anhang.

Die 1. Version (links) nuzt 2 antiparallele Dioden (Silizium! kein 
Schottky!) um die Spannung auf ca. +/- 0,7 zu begrenzen. Da brennt 
NICHTS durch, denn der Stromwandler ist eine Konstantstromquelle. 
Bis ca. 0,5V fließt kein nennenswerter Strom durch die Dioden und die 
Messung wird nicht verfälscht.

Das gleiche Prinzip kann man auch mit 2 Dioden in Reihe machen, damit 
kann man den Shunt größer machen (z.B. 200 Ohm) und den Aussteuerbereich 
deines ADCs mit +/- 1,25V deutlich besser ausnutzen. Wenn die Dioden 
klemmen, steigt die Spannung auf ca. 1,4V und etwas mehr an, das geht 
gerade noch so, denn die meisten ICs vertragen ca. 0,5V mehr als Vcc 
bzw. weniger als GND, erst dann fangen die internen Schutzdioden zu 
leiten an. Sprich, dein ADC kann man kurzzeitig schon mal +/-1,8V 
anbieten, bezogen auf VCC/2!

Die 2. Version (mitte) klemmt nicht die Spannung sondern begrenzt den 
Strom durch die Schutzdioden im IC mittels Vorwiderstand. Denn sollte 
man hochohmig genug wählen, so daß im Fehlerfall nur ein paar mA durch 
die Klemmdioden im uC fließen im Normalbetrieb aber nicht zu hochohmig 
sein, damit der ADC noch eine eher niederohmige Quelle sieht. Ein 
kleiner Eingangskondensator reicht bei eher langsamen Signalen von ein 
paar hundert Hz, um das sicher zu stellen. Der 100nF Kondensator am 
Spannungsteiler ist zur Stabilierung und Filterung von HF-Störungen ganz 
praktisch.

Ganz rechts nochmal die Stromsparversion mittels OPV. Wenn man einen 
Typen mit 2,5V Versorgungsspannung findet, kann man auch den direkt mit 
den 2,5V vom uC speisen und braucht keine extra 5V.

[Wolfgang (Gast)]

Peter R. schrieb:
> Durch die Spannungsteilung mit R1 wird nicht nur der Strom durch die
> Dioden begrenzt es wird auch verhindert, dass die Begrenzerdioden im IC
> ansprechen.

Und - wäre das so schlimm, wenn die integrierten Dioden die Überspannung 
ableiten?
Solange der Strom ausrechend begrenzt ist, sind die genau für diesen 
Zweck nutzbar.

[Max (Gast)]

Hallo!

Erstmal vielen Dank für die vielen Antworten, Anregungen und Tadel! Ich 
bin meines Zeichens mehr Maschinenbauer als Elektrotechniker, daher der 
komische Schaltplan. Ich gelobe Besserung.

@ all:
Tut mir Leid, da ist mindestens ein Fehler in der Schaltung. Die Dioden 
sind keine Z-Dioden sondern "normale" Siliziumdioden. Nähere Angaben zum 
Typ kann ich leider nicht machen, außer Glaskörper, rot innendrin, lagen 
in einer Schublade auf der "Dioden" stand.


@ Harald:
> Wenn Du diesen Anlaufstrom nicht messen willst, kann man das
machen. Durch Begrenzungsdioden wird die Kurvenform des
Wechselstroms verformt.

Nein, den Anlaufstrom muss ich nicht richtig messen. Das ganze wird 
später in einen trendy buzzwordstrotzendes Machinelearningsystem 
gestopft, da reicht es, wenn ich den Strom während der Laufzeit grob in 
"wenig, mittel, viel" (Fuzzy-Logik) einteilen kann. Die Kurvenform ist 
egal, eigentlich brauche ich nur die Maxima.

@ Falk:
> Ohje! Was betreut der? Alte Menschen?
Musste lachen.

Danke für deine Hilfe. Ich hab die erste Schaltung ausprobiert und jetzt 
sieht's auf dem Oszilloskop ganz gut aus.

@ Peter:
Auch danke für deine Hilfe, ich hab jetzt zuerst Falks ausprobiert, das 
hat funktioniert, trotzdem danke für deine Mühe.

@ all, 2:
Danke, ihr habt mir sehr geholfen.

Beim nächsten mal gibt's dann einen schönen Schaltplan mit KiCad.

Viele Grüße,
Max

[Stefan F. (Gast)]

> außer Glaskörper, rot innendrin,

Dann sind es vermutlich 1N4148, das wäre die übliche 08/15 Diode. Die 
kaufe ich immer im 100er Pack.

[Peter R. (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Und bei dir? Schon mal was von Kreuzungspunkten gehört?

Dann kennst Du anscheinend nicht diese Art der Zeichnung, die 
Überkreuzungen vermeidet, an denen eine Verbindung (Lötpunkt) notwendig 
wäre. Grund dafür ist, dass bei Kopien an den Kreuzungen dickere Punkte 
entstehen könnten, die als "Lötpunkte" gelesen würden. So ein seitlicher 
Versatz wie bei den beiden
Dioden ist dann die Lösung. Außerdem sind solche "Bollen" für vom 
Plotter gezeichnete Bilder ein Sonderproblem.

Dann noch ein weiterer Hinweis: 0,7V-Begrenzerdioden (wie 1N4148) am 
Eingang eines IC sind möglicherweise nicht ausreichend. Die meisten ICs 
haben intern auch Si-Begrenzerdioden, und welche Diode gerade anspricht, 
die externe oder die interne des IC, ist dann nicht gesichert.

[Falk B. (falk)]

@Peter R. (Gast)

>> Und bei dir? Schon mal was von Kreuzungspunkten gehört?

>Dioden ist dann die Lösung. Außerdem sind solche "Bollen" für vom
>Plotter gezeichnete Bilder ein Sonderproblem.

Lebst du im Neandertal? Die Zeit der schlechten Kopien und 
Plotterprobleme ist mindestens 20 Jahre vorbei. Mal ganz abgesehen 
davon, daß die Bilder HIER selten bis nie einen Plotter sehen.

Ergo. Nix als faule Ausreden.

[Captain Future (Gast)]

Falk B. schrieb:
> Lebst du im Neandertal? Die Zeit der schlechten Kopien und
> Plotterprobleme ist mindestens 20 Jahre vorbei.

Bei großen Schaltplänen werden die Verbindungspunkte nicht 
mitvergrößert. Das Problem besteht also auch heute noch und ich lebe 
nicht im Neandertal. Aber ich gebe Dir Recht, da es sich nur um eine 
kleine Schaltung handelt, hätte man es vermeiden können, oder ein 
moderneres Programm benutzen können.

Übrigens, auch wenn nicht geplottet wird, entstehen diese Probleme 
trotzdem bei PDF, PNG, JPEG und anderen Dateiformaten.

[Falk B. (falk)]

Nun Gejammer. Naja.

[Herbert B. (herbert_b)]

Falk B. schrieb:
> Nun Gejammer. Naja.

Es is ja wieder gut!....

Nimm Deinen Keks, zieh Deinen dritten Schuh an und trink Deinen Kakao 
aus.
Es ist Feierabend.

Aufgeilen an sinnlosem Mist -das ist hier wohl Volkssport.

Herbert

[Falk B. (falk)]

Wer hat dich denn gefragt?

[Teo D. (teoderix)]

Falk B. schrieb:
> Wer hat dich denn gefragt?

Oj, was hast'n wieder angestellt! Wie lange durftest du schon wieder 
nich ran? :'(