www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messtechnisches Problem - Fehler bei Groundbezug?


Autor: Martin (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

ich habe ein kleines messtechnisches Problem, und zwar habe ich die 
Umgebung wie im angehängten Blockschaltbild.

Es geht um die Fernübertragung eines Füllstandes.
Der Füllstand wird über einen Sensor mit dem linken Auswertemodul 
ausgewertet; dieses Modul stellt mir eine (potentialfreie) 
4..20mA-Schnittstelle (4mA=0cm, 20mA=500cm) zur Verfügung.

Der rechte Teil des Aufbaus stammt von mir selber; ein 
Kommunikationsmodul (mit einem ATmega32 drin) soll den Analogwert 
aufnehmen und dann über eine RS485-Verbindung weiterschicken.

Das funktioniert alles auch soweit; das Problem ist dass der am ADC 
ankommende Spannungswert zu klein ist (und damit der übertragene 
Füllstand zu niedrig).

Von der Klemmstelle, in der der 4..20mA-Schleifenstrom über einen 
235-Ohm-Bürdenwiderstand in eine Spannung von 0-(ca) 5VDC umgewandelt 
wird, geht ein 2m langes Kabel zum µC. Diesen Aufbau kann ich leider 
nicht mehr verändern, da bereits 30x installiert mit jeweils 5 
Füllständen :-(

Das Problem glaube ich identifiziert zu haben in den beiden 
Leitungswiderständen; durch die Stromaufnahme der µC-Schaltung (ca. 
30mA) fallen auf den Versorgungsleitungen ein paar mV ab; d.h. das 
Groundpotential in der Klemmstelle und im Kommunikationsmodul ist leider 
nicht das gleiche.

Nun meine Frage: gibt es einen "Trick", wie man die bestehende 
Messanordnung halbwegs genau kriegt? Wie gesagt, das Ganze ist 30x 
aufgebaut und jede Änderung muss ich mit 30 multiplizieren...

Wäre es eine Alternative, auf den digitalisierten ADC-Wert einen festen 
Offset (der dem Spannungsabfall entspricht) fest draufzuaddieren?

Bin für alle Tips dankbar :-)

Dankeschön!

Grüsse,
Martin

Autor: Hans Mayer (hansilein)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Martin ,
das ist ja ein doofes Problem, da hattest Du so einen schönen 
Potentialfreien Ausgang...

Naja, wenn I konstant ist geht es ja nur um einen Offset, aber ich 
befürchte, daß I nicht konstant ist.

Evtl. kann man durch Pufferung am Kommunikationsmodul I Konstant genug 
machen. Da hilft nur messen des Stromverlaufs, ich weiss nicht, was da 
z.B. Temperatureinflüsse ausmachen.

Ansonsten würde ich ein zweites Kabel von Erde zum µC ziehen und das als 
Referenz benutzen wenn man es nicht belastet gibt es auch keinen 
Spannungsabfall.

Hat Dein µC denn diferentielle Eingänge?

Gruß,
H.

Autor: gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
hi,

hast du noch eine möglichkeit das 2m kabel von 3pol auf 4pol 
auszutauschen oder hat es vielleicht 4pol und hier den 4. verwenden?

-> du müsstest einfach das signal direkt am R abgreifen (mit zwei 
leitungen) und dann einfach differenziell adc wandel oder eifnach einen 
instrumentenverstärker dazwischen. ander möglichkeit wäre zwischen den 
gerät und deinem einen instrumentenverstärker zu schalten ... dann 
könntest du deinen aufbau so lassen hast aber noch ein zusätzliches 
gerät ...


in der software zu korregieren halte ich für keine gute idee ...

bg

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Einen festen Offset auf den Digitalwert aufzuaddieren kann Dir evtl. 
helfen den Messwert in die richtige Richtung zu korrigieren. Da aber die 
Stromaufnahme Deines Komm.-Moduls vmtl. nicht wirklich konstant sein 
wird (da Digitaltechnik, enstehen höchstwahrscheinlich höhere 
Impulsströme), ist der Massebezugspunkt für die ADC-Messung einfach 
murks.
Der ADC muß zwingend dazu gebracht werden nur die Spannung zu 'sehen' 
die er auch messen soll! Das bedeutet für das Layout des Komm.-Moduls, 
das die analoge und digitale Masse nur an einem Punkt zusammenlaufen 
dürfen (und zwar beim ADC selbst zw. analogem und digitalem GND), damit 
kein Versorgungsstrom der Schaltung den Massebezugspunkt des ADCs 
verschieben kann. Wenn also Dein Komm.-Modul keinen separaten 
GND-Eingang für den ADC anbietet (wie im geänderten Schaltbild gezeigt), 
hast Du halt verloren - so leid es mir tut. Nur wer richtig mißt, kann 
auch korrekte Ergebnisse erwarten - das war schon immer so, ist immer so 
und wird voraussichtlich auch immer so bleiben. ;-)

Autor: Martin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Hans,

danke für die Antwort.

I ist konstant bzw. hab ich selber im Griff, das wäre nicht das Problem.
Temperatur spielt sicher eine Rolle, müsste ich mal testen, aber ich 
denke das könnte man vllt. sogar vernachlässigen.

Zweites Kabel hilft leider auch nicht (schon probiert), da i sich dann 
auf die beiden Massekabel aufteilt, wobei ein "dickes" Kabel das die 
beiden Grounds verbindet das Ganze auf jeden Fall verbessert.

Differentielle Eingänge hätte ich schon, aber ich habe das Ganze wie 
gesagt dummerweise schon x mal aufgebaut und im Einsatz...

Was mir aber gerade einfällt - würde es helfen, eine Groundleitung 
direkt an einen freien ADC Port zu hängen und den Messwert dann von den 
anderen zu addieren? Wenn diese Leitung direkt an den ADC geht würde 
darüber ja kein Strom fliessen -> kein Spannungsabfall....oder hab ich 
da einen Denkfehler?

Grüsse,
Martin

Autor: Gast (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich glaube nicht, das es an den Leitungen liegt.

Ist die Stromschleife wirklich potentialfrei ?

Baue einmal eine Schaltung mit Stromschleife von einem zweiten 
potentialfreien Netzteil auf.

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine vierte Leitung würde schon helfen. Nicht um was aufzuteilen, 
sondern um den Spannungsverlust direkt zu messen. Also GND der 
Klemmstelle an einen weiteren ADC-Eingang hängen.

Autor: Martin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen,

vielen Dank für die schnellen vielen Antworten :-)

Mir ist schon klar, dass ich da einen Mist gebaut habe, dummerweise hab 
ich jetzt erst gemerkt wo es zu spät ist - jetzt gehts darum aus den 
Gegebenheiten noch das Optimale rauszuholen.

Eine zusätzliche Leitung zu einem ADC IN wäre kein Problem; das werde 
ich gleich mal als nächstes probieren. Glaubt ihr dass das das Problem 
lösen könnte?

AGND hab ich leider nicht (geht 1:1 auf einen ATmega32), und in dem ist 
IMHO der analog Ground intern mit GND verbunden.

Bzgl. potentialfrei: wenn ich mit einem Multimeter direkt am 
Bürdenwiderstand messe, habe ich den richtigen Messwert; wenn ich direkt 
am ADC des µC messe fehlt mir der Spannungsabfall über die 
Versorgungsleitungen.

Grüsse,
Martin

Autor: A. K. (prx)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Martin wrote:

> Eine zusätzliche Leitung zu einem ADC IN wäre kein Problem; das werde
> ich gleich mal als nächstes probieren. Glaubt ihr dass das das Problem
> lösen könnte?

Wenn es die von dir vermutete Ursache ist, d.h. Spannungsverlust auf der 
Leitung, dann ja.

Autor: Martin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
sehr schön, ich werd das am Wochenende gleich mal probieren :-)

Dankeschön!

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> I ist konstant bzw. hab ich selber im Griff, das wäre nicht das Problem.
  Wage ich zu bezweifeln, das I konstant ist - und möglicherweise auch 
das Du es in den 'Griff' kriegst! Würde bei korrekter 
Masse/GND/PE-Leitungsführung aber auch keine Rolle mehr spielen.

> Temperatur spielt sicher eine Rolle, müsste ich mal testen, aber ich
> denke das könnte man vllt. sogar vernachlässigen.
  Ich denke auch das man das hier kann.
>
> Zweites Kabel hilft leider auch nicht (schon probiert), da i sich dann
> auf die beiden Massekabel aufteilt, wobei ein "dickes" Kabel das die
> beiden Grounds verbindet das Ganze auf jeden Fall verbessert.
  Häh??? Auf welche beiden Massekabel soll sich der Schleifenstrom 
(die 4...20mA) denn aufteilen, insbesondere wenn man meine Änderung 
berücksichtigt?!? Ohne Änderung der Hardware gilt das bereits von mir 
gesagte. Eine korrekte Masse/GND/PE-Führung ist das A und O in der 
Messtechnik. Wer hier Fehler macht kann sie später nicht mehr einfach 
subtrahieren! Wer übrigens zu viele Masseverbindungen zieht hat wieder 
Probleme mit Masseschleifen, die recht empfindlich auf induktive 
Einstreuungen reagieren (hier ist der Flächeninhalt des 'Loops' 
entscheidend). Richtig ist auf jeden Fall, daß dicke Massekabel die 
Sache auf jeden Fall verbessern - bei gleichem Strom ergibt sich halt 
eine kleinere 'Stör-'Spannung durch den gesunkenen Leitungswiderstand. 
Verbessern kostet aber möglicherweise mehr als 'vermeiden'. ;-)

>
> Differentielle Eingänge hätte ich schon, aber ich habe das Ganze wie
> gesagt dummerweise schon x mal aufgebaut und im Einsatz...
  Yip! Das Wort 'dummerweise' bekommt hier einen schalen Nachgeschmack 
;-) Und stinkt, ganz nebenbei bemerkt, nach notwendigen 
Korrekturarbeiten.

>
> Was mir aber gerade einfällt - würde es helfen, eine Groundleitung
> direkt an einen freien ADC Port zu hängen und den Messwert dann von den
> anderen zu addieren? Wenn diese Leitung direkt an den ADC geht würde
> darüber ja kein Strom fliessen -> kein Spannungsabfall....oder hab ich
> da einen Denkfehler?
  Auch hier wieder ein klares - Yip! Jede zusätzliche und unnötige 
Verbindung kann Dir wieder mehr Probleme einbringen als Du lösen 
möchtest. Es muss nur einmal richtig gemacht werden, und Du hast dann 
Deine Ruhe.

Es kann möglicherweise zutreffen, das man Dein Problem nur minimieren 
aber nicht völlig eleminieren kann. Aus eigener Erfahrung kann ich nur 
bestätigen, daß man beim Anlagenbau nicht immer alles so machen kann, 
wie es die Theorie vorschreibt. Mal spricht der Etat dagegen, mal 
Kundenwünsche, usw.
Wenn man aber zunächst einige grundlegende Sachen geschnaggelt (aka 
begriffen) hat, ist mit ein wenig Trial-and-Error die Anlage auf's 
Beste, sprich optimal, aufgebaut und eingerichtet. Immerhin bist Du 
zumindest schon auf dem Weg dorthin :-)

Autor: Wolf (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
< Eine zusätzliche Leitung zu einem ADC IN ...

Löse die GND-Verbindung zum Kommunikationsmodul in der Klemmstelle und 
bilde eine getrennte Signal-Masse zum ADC.
(Bei Meßwert-Übertragung über Strecken sollte zwangsläufig ein
Impedanzwandler und ein Korrekturverstärker vorhanden sein.)

Autor: faraday (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
kannst Du den Bürdenwiderstand nicht zum ADC bringen?

Autor: Martin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Theoretisch ja, nur hab ich das Ganze 30x5 = 150x so aufgebaut :-(

Ich kann leider erst am WE an die Anlage, werd jetzt erstmal das Messen 
des GND-Potentials auf einem zusätzlichen ADC-In probieren; das wäre der 
geringste Aufwand zu Ändern, danach ich wohl oder übel die 150 
Widerstände zum µC hin bringen...

Grüsse,
Martin

Autor: faraday (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ich glaube nicht, das es an den Leitungen liegt.

Nach meiner Rechnung bekomme ich 0,26 Ohm für 2m 0,14 mm², also ca. 8mV 
bei 30 mA.
Liegen die Abweichungen in dieser Größe?
Wenn nicht, miß mal die 4/20 mA nach.
Paßt die Spannung direkt am Bürdenwiderstand?

Autor: Martin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
am Bürdenwiderstand passt die Spannung perfekt..

Martin

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.