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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Auswertung Dehnungsmessfühler


Autor: tuzla-soft (Gast)
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Hallo liebe Elektroniker,

nach endlosen und letztendlich nutzlosen Stunden mit Google hoffe ich 
hier bei euch nun fachkundige Hilfe zu finden.
Eines möchte ich allerdings gleich vornweg schicken - ich bin 
Softwarespezialist und kein Elektroniker - also bitte habt Geduld mit 
mir.

Nun aber zu meinem Problem:
Wir haben in der Firma eine Hochpräzisionsmesseinrichtung im Einsatz 
welche uns die Materialausdehnung eines Plastikwerkstoffs bei 
verschieden Temperaturen anzeigt. Die Funktionsweise ist relativ einfach 
-> ein sogenannter Dehnungsmessfühler wird auf dem Werkstoff montiert 
(Zeitpunkt der Montage definiert den Nullpunkt) -> Messfühler wird über 
3 Adriges Kabel mit Anzeige verbunden -> Anzeige zeigt +- 
Materialausdehung an. Nun ist uns letzte Woche die Anzeige kaputt 
gegangen und ich habe die Herstellerfirma zwecks Reperatur kontaktieren 
wollen... diese hat die Wirtschaftskrise nicht überstanden. Nun stehen 
wir also da und müssen uns selbst helfen.

Genug der Vorrede und zu dem was wir aus der Situation machen wollen.
Da die Anzeige nun einmal im Eimer ist möchten wir den Messfühler direkt 
mit einem PC (Windows) verbinden. Die dafür benötigte Software sollte 
kein Problem darstellen, da ich wie bereits gesagt Programmierer bin.

Der Dehnungsmessfühler hat 3 Anschlüsse. Laut Beschriftung sind das:
1. + 12 Volt
2. - 12 Volt
3. Messstrom 1-9 mA

Ich habe mal ein Multimeter an den Messfühler gehangen und ein wenig 
rumgespielt... Anschluss 1 und 2 sind wohl einfach die Stromversorgung 
für den Messfühler. Die Eigentliche Messung erfolgt dann über den 
Messstrom - im Ruhezustand (keine Ausdehnung des Messfühlers) messe ich 
1 mA - bei maximaler Ausdehnung 9 mA.

Wenn meine Suche in Google nicht völlig nutzlos war dann ist das wohl 
eine klassische Stromschleife (bitte korrigiert mich wenn ich falsch 
liege).
Meine Frage ist nun:
Wie bekomme ich die verschiedenen Messströme zur Auswertung über eine 
entsprechende Software am einfachsten und kostengünstigsten 'in' den PC 
?

Die Schnittstelle zum PC ist dabei eigentlich relativ egal - ideal währe 
aber sicherlich USB oder Ethernet. Ich hoffe das mir einer von den 
Experten eine einfache!!! Schaltung aufzeigen/entwickeln kann wie sich 
so etwas realisieren lässt. Oder gibt es vielleicht sogar schon etwas 
fertiges für ein solches Szenario?

Vielen Dank schonmal im vorraus!

Autor: gk (Gast)
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Wenn die Abtastrate von 10/sek reicht, z.B.

http://www.spectra.de/produkte/120451/web/spectra/...

gk

Autor: Peter R. (pnu)
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So wie beschrieben ist das doch kein DMS-Problem.

Es stellt sich doch nur die Frage, wie man einen Strom im Bereich von 
0...9mA mit ausreichender Auflösung und Genauigkeit an einen PC 
übergibt.

Das kann doch nahezu jeder analoge Eingang einer SPS oder jedes 
Messinstrument mit Strommeßbereich und USB- oder anderer Schnittstelle 
für das Messergebnis.

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Ja ganz genau Peter... du hast das Problem mit wenigen Worten super 
zusammengefasst.

Leider hilft mir aber Deine Antwort nicht wirklich weiter - wie gesagt 
ich bin kein Elektroniker.

Was mir wirklich helfen würde währe ein link zu einer möglichst 
kostengünstigen und einfachen Schaltung oder einem fertigen Wandler 
welches mein Problem löst.

Alternativ hab ich hier noch ein mini2440 Board samt Display rumliegen 
(http://www.friendlyarm.net/products/mini2440). Falls es damit einfacher 
sein sollte das Signal damit auszuwerten währe auch das eine Lösung.

Vielen Dank für Eure Mühe!

Autor: Besucher (Gast)
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> Nun ist uns letzte Woche die Anzeige kaputt gegangen

Sie zeigt nix Gescheites mehr an oder ist runtergefallen und die Achse 
des analogen Zeigerinstrumentes ist zerstört?
Wie soll ich unter `kaputt` verstehen?

Autor: Peter R. (pnu)
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Das Board ist weit, weit über diese Aufgabe hinaus, hat auch keinen 
analogen Eingang für Gleichspannungssignale.

Fühlwiderstand von 100 Ohm 1% in die Stromschleife legen. ergibt dann 
die einfach messbare Spannung vomn 100 mV bis 900mV. Die muss dann halt 
an den Rechner weitergegeben werden

erste Lösung , fürs Probieren wie es geht:

Multimeter mit USB-Ausgang oder RS232-Ausgang anschließen, das die 
Spannung am Fühlwiderstand misst und den Messwert dem Rechner übergibt. 
Der Rest ist dann Software.

Andere Lösung: einfache Wandlerkarte mit einem analogen Eingang nehmen, 
die 0..900 mV messen kann.
Es gibt sicher von den üblichen Verdächtigen hergestellte Wandlerkarten 
/Bausteine, die das Signal einer Stromschleife in ein rechnerfähiges 
Signal umwandeln können, auch in ein USB, RS232 oder ethernet-Signal.

Aber da meldet sich hoffentlich noch jemand, der über solche 
Messkarten/Bausteine Überblick hat. Ich selbst muss da passen.

Autor: gk (Gast)
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Ich hab Dir doch oben eine fertige Lösung vorgeschlagen.

Wenn ich Firma und Hochpräzisionsmesseinrichtung lese, rate ich 
grundsätzlich von Bastellösungen ab.

Peter R. schrieb:
> Es stellt sich doch nur die Frage, wie man einen Strom im Bereich von
> 0...9mA mit ausreichender Auflösung und Genauigkeit an einen PC
> übergibt.

Ja und da liegt der Hase im Pfefer, wie hoch soll denn die Genauigkeit 
bzw. die Auflösung sein ? Und wie schnell soll die Messung erfolgen. Als 
Ersatz für
eine Anzeige reichen ein paar Messungen pro Sekunde. Wenn man das ganze 
aber sowieso an einen PC anschließt, dann wird möglicherweise der Wunsch 
aufkommen auch den Kurvenverlauf anzuzeigen.

Wenns billig sein muss, mimmst Du einfach ein Multimeter mit 
USB-Schnittstelle und fertig.

gk

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Vielen Dank für Eure Antworten. Ich glaube so langsam fang ich an zu 
verstehen wie das ganze realisierbar sein könnte.

Was die Genauigkeit/Auflösung angeht so müsste diese schon so hoch wie 
möglich sein (wir messen Ausdehnungen von wenigen 100tel Millimetern) - 
nichts desto trotz muss auch das Preis/Leistungsverhältnis stimmen.
Die Geschwindigkeit wiederum spielt nur eine untergeordnete Rolle - 
theoretisch würde uns eine Messung/Sekunde ausreichen.

Peter R. schrieb:
> Andere Lösung: einfache Wandlerkarte mit einem analogen Eingang nehmen,
> die 0..900 mV messen kann.
> Es gibt sicher von den üblichen Verdächtigen hergestellte Wandlerkarten
> /Bausteine, die das Signal einer Stromschleife in ein rechnerfähiges
> Signal umwandeln können, auch in ein USB, RS232 oder ethernet-Signal.
>
> Aber da meldet sich hoffentlich noch jemand, der über solche
> Messkarten/Bausteine Überblick hat. Ich selbst muss da passen.
Das hoffe ich auch !!! Das scheint mir wohl die Alternative mit dem 
besten Preis/Leistungsverhältnis zu sein.

gk:
Danke für deine Anregungen und Hinweise!
Wir sind ein kleines Startup mit wirklich begrenztem Budget und kämpfen 
jeden Tag ums überleben. Der als erstes von dir gepostete link würde 
ganz sicherlich funktionieren (danke dafür). Allerdings ist das Gerät 
wohl etwas überdimensioniert für unsere Zwecke (eingebauter Webserver 
usw) und damit einfach mal zu teuer. Gleiches gilt fürchte ich mal für 
ein gutes Multimeter mit USB.
Versteh mich bitte nicht falsch - wenn ihr Experten hier mir sagt das 
alles andere keinen Zweck hat dann müssen wir wohl in den sauren Apfel 
beissen - im Moment hoffe ich aber noch auf eine kostengünstigere 
Lösung!

Danke

Autor: Besucher (Gast)
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Gib doch mal den Hersteller
  der Anzeige
  des Messstreifens
bekannt.
So einzigartig kann das doch nicht sein.

Autor: Sepp (Gast)
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Bei Bürklin, Farnell und Conrad gibt es durchaus
preiswerte Multimeter mit USB oder RS232-Ausgang,
die an die Meßeinheit angeschlossen werden können.

Oder:
Wenn die "Kaputte Anzeige" ein Analoges Zeigerinstrument
war hat dieses ein Meß-Signal bekommen, was schon
"aufbereitet" war. Warum versuchst du micht einfach
dieses Signal mittels eines Multimeters zu messen?
Ich schätze mal daß auf diesem Wege die Störeinflüsse
am geringsten sein werden.

Ich würde es mal so probieren.

Autor: gk (Gast)
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Also billiger wie mit einem Multimeter mit USB-Schnittstelle für unter 
50€ wird's wohl kaum gehen. Es sei denn, Du nimmst das vorhandene 
Multimeter, mit dem Du den Messstrom ermittelt hast und berechnest Dir 
den Umrechnungsfaktor von Längenänderung in Strom und benutzt einen 
Taschenrechner.

Allerdings wundert mich der ungewöhnliche Bereich von 1..9mA. Standard 
ist 4..20mA oder 0..20mA. Ein strombegrenzter Spannungsausgang würde im 
Strommessbereich u.U. die gleichen Messwerte liefern.

gk

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Sepp:
Das was ich hier so einfach als "Anzeige" bezeichnet habe ist ein grauer 
Kasten mit Digitaldisplay. Das Display bleibt einfach dunkel - da 
passiert garnix mehr. Ein wie auch immer aufbereitetes Signal darin zu 
verfolgen übersteigt leider meinen Horizont.

Was ich noch durchgemessen habe an der Anzeige ist der 3 polige 
Anschluss für den Messfühler. Der Anschluss ansich scheint auch noch zu 
funktionieren - jedenfalls konnte ich folgendes messen.
1: -
2: +11,69 V
3: wenn Messfühler Angeschlossen: Messstrom im Nullpunkt 7,69 V.
3: wenn Messfühler nicht angeschlossen: Messstrom 11,69 Volt

Wenn ich das alles richtig verstanden habe liegt der Messstrom also im 
Bereich von 0 bis 7,69 V - je nach Ausdehnung des Messfühlers.

gk:
Ich hab grad nochmal ein wenig googled und muss Dir nun völlig recht 
geben - ein Multimeter mit PC Anschluss könnte wirklich eine sehr gute 
und preiswerte Möglichkeit sein. Danke für den Tip!
Das einzige was mich jetzt noch stört ist das das ganze natürlich dann 
nicht unbedingt sehr professionell aussieht... ab und an kommt ja doch 
mal ein potentieller Investor vorbei :)

Was haltet ihr davon:
http://www.ak-modul-bus.de/cgi-bin/iboshop.cgi?sho...

Könnte das was taugen für meine Zwecke oder zu ungenau?

Autor: Peter R. (pnu)
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Tja, die Auflösung ist 10 bit , also 1024 Schritte. Zu einer 
dreistelligen Anzeige (0...999) würde die Genauigkeit gerade so passen.

Leider ist wenig Reserve vorhanden für eine Verschiebung des Nullpunkts 
und außerdem, wenn die Anzeige auf 999 begrenzt ist, heißt das lange 
noch nicht, dass in der weiteren Verarbeitung des Messwerts nicht eine 
noch etwas größere Auflösung/Genauigkeit notwendig ist.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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wie wollte ihr das eigentlich kalibrieren?

Autor: Peter R. (pnu)
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Tja, der mir vernünftiger erscheinende Ansatz ist doch, die 
Anzeigeeinheit zu reparieren.

Autor: trojaner (Gast)
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> Wir haben in der Firma eine Hochpräzisionsmesseinrichtung im Einsatz
> welche uns die Materialausdehnung eines Plastikwerkstoffs bei
> verschieden Temperaturen anzeigt.

Wie heisst denn das Produkt bzw. der Hertsller, kannst Du mal ein Foto 
der defekten Anzeige machen?

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Das mit dem reparieren hab ich mir beim schreiben des letzten Beitrags 
auch überlegt Peter. Werd mir da wohl mal ein Angebot einholen - am ende 
ist nur das Display ansich im Eimer...

Nichts desto trotz ist der direkte Anschluss an den PC eine Alternative 
die mir wirklich gut gefallen würde und früher oder später wohl sowieso 
kommen muss. Die original Anzeige war 3stellig - 10bit müssten also 
reichen.

Kalibrieren sollte über die zu schreibende Software kein Problem sein.
Ich nehme einfach die uns vorliegenden Daten eines bereits beendeten 
Experiments und wiederhole es. Beispiel: Messfühler anschließen/auf 
Werkstoff montieren und Spannung messen = Nullpunkt -> Temperatur ändern 
-> Werkstoff dehnt sich aus -> Spannung erneut messen.
Wenn ich jetzt aus einem vorhergehenden Experiment weiß das sich der 
Werkstoff bei ein Temperaturänderung von zb 20 °C um 1/10 mm ausdehnt 
kann ich nun ableiten das eine Spannungsänderung von Messung1 - Messung2 
= 1/10 mm entspricht.

Das ist jedenfalls die Theorie...

Was würdet ihr tun?
Zum Anfang erstmal das hier 
http://www.ak-modul-bus.de/cgi-bin/iboshop.cgi?sho... 
verwenden oder gleich was genaueres zwecks Reserve usw? Wenn ja was?

Autor: trojaner (Gast)
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Mich würde interessieren, warum der Dehnungsmesstreiefn 3 Anschlüsse 
hat, typischerweise ist das doch nur ein Widerstand mit 2 Anschlüssen, 
der auf einem Trägermaterial augebracht ist.

Das oben beschriebene Verhalten, 1..8 mA deutet doch auf weitere 
Elektronik im Fühler hin, eine Brückenschaltung, OPAMP o.ä.. wichtig 
wäre auch, ob die Ausgabe 1..8 mA linear zur Dehnung verläuft.

Es wäre also wie oben schon geschrieben nicht nur einfacher, sondern 
auch ggf. sogar NOTWENDIG, die Anzeigeeinheit nicht zu ersetzen, sondern 
zu reparieren.

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Fotos kann ich morgen machen trojaner. Wenn das was hilft gern.

Autor: tuzla-soft (Gast)
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Ich geh davon aus das die Ausgabe linear zur Dehnung verläuft. Wenn 
nicht wird das ganze wohl so oder so nicht funktionieren. Aus Mangel an 
Daten gilt hier aber wohl die Devise - nur Versuch macht klug.

Autor: gk (Gast)
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Also im Moment geht es noch ganz schön durcheinander. Oben heißt es 
Messstrom in mA, weiter unten Messstrom 7,69V, das ist eine Spannung. 
Wenn ich das richtig verstanden habe, dann ist der Anschluss des 
Messfühlers 3-polig und wie weiter oben beschriftet. Dann wird das mit 
den 1..9mA auch so stimmen. Das mit dem beschriftet hatte ich überlesen. 
Du willst jetzt das Messgerät über die Wupper kippen und das Messsignal 
per PC auswerten. Dann brauchst Du einen Konverter 1..9mA auf 
Schnittstelle und! eine Speisespannung von ca. 12 V. Unter Umständen ist 
zwischen Konverter und PC noch eine Potentialtrennung notwendig.

Wenn Du den vorgeschlagenen Konverter verwenden willst, musst Du den 
Strom von 1..9mA in eine Spannung von 0..10V umwandeln. Mit einem 
Widerstand von 1100 Ohm erhältst Du aus den 1..9mA, 1,1..9,9 V. Das 
würde passen, sofern die Auflösung reicht( ca. 900 Schritte) und der 
Sensor in der Lage ist, diesen Strom auch bei 1100 Ohm zu treiben. Jetzt 
muss noch geklärt werden, wo der Widerstand eingeschleift werden muss. 
Das hängt von der Beschaltung im Sensor ab. Wenn der Widerstand zwischen 
Abschluss 3 und - gehört, ergibt sich die berechnete Spannung gegen den 
-Anschluss. Wenn das ganze potentialfrei ist, kann man nun den - 
Anschluss mit der Masse des Konverters verbinden und Anschluss 3 mit dem 
Wandlereingang. Das Netzteil gehört zwischen - und + 12V.
gk

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