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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Konstanttromquelle 20-30mA


Autor: clay6230 (Gast)
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Hallo zusammen

ich hab ein keines Problem (hab keine Ahnung von E-Technik)

Ich benötige eine Konstantstromregelung wird für eine Elektrolysezelle. 
Zurzeit muss ich um einen Strom von 25mA zuhalten die Spannung von 
Anfangs 28V innerhalb 2 stunden auf ca 29,5V nachgeregelt wobei 
zwischendurch auch Sprünge von ca. +-0.05mA vorkommen. Die Regelung 
sollte auf +-0.01mA genau sein.

Für die versuche benötige Konstante Ströme zwischen 10-40mA. Als 
Stromquelle dien ein Netzteil das einen Strom zwischen 0-4A liefern kann 
und eine Spannung von 5-40V.

Wie oben erwähnt habe ich sehr wenig Ahnung auf diesem Gebiet deswegen 
weis ich nicht welche Schaltung für mich am besten geeignet ist. Eine 
Konstantstromquelle mit
Bipolartransistor, Feldeffekttransistor, Operationsverstärker, 
integrierten Schaltkreise.

vielen dank für eure Hilfe

Gruß clay6230

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ clay6230 (Gast)

>Zurzeit muss ich um einen Strom von 25mA zuhalten die Spannung von
>Anfangs 28V innerhalb 2 stunden auf ca 29,5V nachgeregelt wobei
>zwischendurch auch Sprünge von ca. +-0.05mA vorkommen. Die Regelung
>sollte auf +-0.01mA genau sein.

Das sind passt schon. Lies den Artikel Konstantstromquelle, kauf dir 
einen LM317 im TO220 Gehäuse, eine Festwiderstand von 33 Ohm und ein 
Potentiometer von 33 Ohm, stell dein Netzteil auf 35V 
Ausgangsspannung und fertig ist die Laube. Der Widerstand im Artikel ist 
dann die Reihenschaltung der 33 Ohm + 33 Ohm Potentiometer. Damit lässt 
sich der Strom genau einstellen. Der LM317 regelt dann allein.

MFG
Falk

Autor: HildeK (Gast)
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Ja, aber die Anforderung, dass der Strom auf 10µA genau ist, das wird so 
einfach nicht werden! Immerhin rechne ich da eine maximale Toleranz von 
0,04% aus! Da brauchts schon Spezialwiderstände und die Schaltung im 
temperaturkonstanten Ofen...
Auch die Langzeitstabilität wird hier Probleme bereiten. Mach dich mal 
bestenfalls mit 1% Toleranz vertraut.

Autor: Bender (Gast)
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Wie wärs mit einem PTAT?

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
die genauigkeit von 0,01 mA bei max. 40 mA bringt ja wohl jeder standard 
opamp, wenn die steuernde referenzspannung sich exakt genug einstellen 
lässt. unter 100mA lässt sich auch noch die 3. nachkommastelle 
ausregeln, das ist mit analoger technik noch nie ein problem gewesen und 
wird auch nie eines sein. digital, in 8-bit technologie, ist das nicht 
machbar, klar.
grüssens, harry

Autor: HildeK (Gast)
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>die genauigkeit von 0,01 mA bei max. 40 mA bringt ja wohl jeder standard
>opamp, wenn die steuernde referenzspannung sich exakt genug einstellen
>lässt. unter 100mA lässt sich auch noch die 3. nachkommastelle
>ausregeln,
Ich habe nicht von einstellen oder ausregeln geredet, sondern vom Halten 
des Wertes auch noch morgen, übermorgen oder im Sommer bzw. Winter, ohne 
dass dauernd nachgeglichen wird!
Beispiel: Bei einem einfachen 0603 Standardwiderstand, 
Auslieferungstoleranz 1%, ist die Alterung auf bis zu 10% spezifiziert!

Autor: Harry Up (harryup)
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ich auch

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Harry Up wrote:
> wenn die steuernde referenzspannung sich exakt genug einstellen
> lässt.

Ja, wenn... Aber wie willst du das bitte bewerkstelligen?

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
naja, die auswahl einer präzisionsreferenz überlasse ich mal dem 
konstrukteur der schaltung. wenn ich hier einen lp2950 nehme, einen 
10gang trimmer und mein (geeichtes) messgerät dranhänge, kann ich schon 
eine spannung von z.b. 4,000x volt einstellen. das messgerät zeigt den 
wert dann auch morgen und übermorgen und in einer woche noch an. um eine 
weitestgehende langzeitkonstanz der bauteile zu erreichen, kann man 
diese künstlich 'voraltern', aber das ist ein anderes thema. wenn ich 
nun die schaltung in die tiefkühle stelle, driftet die spannung, aber 
von einer extremen temperaturkonstanz war hier auch nicht die rede, 
obgleich man der auch 'begegnen' kann.
ergo, präzisionstechnik ist nicht vom lieben gott gemacht, sondern 
durchaus von menschen, das ist hinzukriegen, manchmal mit viel aufwand, 
aber es geht. nehmen wir doch z.b. eine afc-schaltung eines empfängers, 
der benutzt als 'externe' referenz doch auch nur die frequenzstabilität 
eines senders, um eine 'in-etwa'-spannung auf einen stabilen wert 
nachzuregeln.
und am schluss stellt sich natürlich noch die frage, ob die schaltung 
denn wirklich derart präzise sein muss, das 'richtige leben' beweist 
doch oft genug, dass diese aberwitzigen ansprüche an präzision eher 
einem idealgedanken denn einer anforderung der verwendeten technik 
folgen.
grüssens, harry

Autor: HildeK (Gast)
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>und am schluss stellt sich natürlich noch die frage, ob die schaltung
>denn wirklich derart präzise sein muss, das 'richtige leben' beweist
>doch oft genug, dass diese aberwitzigen ansprüche an präzision eher
>einem idealgedanken denn einer anforderung der verwendeten technik
>folgen.
Uneingeschrängt Zustimmung in diesem Punkt!

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Harry Up wrote:
> Ideen für Langzeit ABM.

Ich habe auch nicht gemeint das man die Schaltung nicht mit 
entsprechenden Gerätschaften genau einstellen kann.
Mein Post bezog sich darauf, das diese Einstellung wandern wird, sowohl 
durch Alter als auch Temperatur (dazu benötigt es garnichtmal so extreme 
Unterschiede), egal wie präzise die Bauteile zum Zeitpunkt des Abgleichs 
waren.

Was mich allerdings freut ist deine Einsicht, das man diese Effekte zwar 
mit enormen Aufwand sehr klein treiben kann, es oft aber Unsinn ist...

Autor: Harry Up (harryup)
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hi,
klar driften bauteile, sowohl durch temperatur als auch durch alter.
wenig enorm wird der aufwand, dieser drift entgegenzuwirken, wenn zur 
spannungseinstellung ein 10-gang poti zur anwendung kommt, obgleich nur 
ein kleiner ausschnitt des möglichen einstellbereiches benötigt wird. 
das poti unterliegt einer alterung und auch veränderung des 
widerstandes, die einstellung wird aber bei nur einem verwendeten 
bauteil durch das festlegen eines verhältnisses realisiert, das poti 
darf ruhig driften, der widerstand ändert sich, nicht aber das 
verhältnis.
voilà, langzeitstabile spannungseinstellung, mehr wollten wir nicht.
grüssens, harry

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Harry Up wrote:
> hi,
> klar driften bauteile, sowohl durch temperatur als auch durch alter.
> wenig enorm wird der aufwand, dieser drift entgegenzuwirken, wenn zur
> spannungseinstellung ein 10-gang poti zur anwendung kommt, obgleich nur
> ein kleiner ausschnitt des möglichen einstellbereiches benötigt wird.
> das poti unterliegt einer alterung und auch veränderung des
> widerstandes, die einstellung wird aber bei nur einem verwendeten
> bauteil durch das festlegen eines verhältnisses realisiert, das poti
> darf ruhig driften, der widerstand ändert sich, nicht aber das
> verhältnis.
> voilà, langzeitstabile spannungseinstellung, mehr wollten wir nicht.
> grüssens, harry

Nette Idee, zugegeben aber ob das Gesamt System damit eine Abweichung 
kleiner 0,025% einhält halte ich weiterhin nicht nur für fraglich 
sondern einfach nicht realisierbar (mal abgesehen von Mechanischen 
kräften die aufs Poti wirken, Kontaktprobleme, etc.). Wenn ich einfach 
nur an die Kupferauflage der Platine, die Lötstellen oder den 
Seebeck-Effekt denke, nein diese Genauigkeit ist imho nichtmal annähernd 
mit bezahlbaren Mitteln machbar.

Ums nicht noch weiter ausufern zu lassen, der OP sollte sich wirklich 
besser damit anfreunden 1% Toleranz oder mehr in kauf zu nehmen oder 
tief in die Tasche zu greifen und jemand diese Aufgabe aufwändig lösen 
zu lassen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ alle HighTec Philosophen

Erstmal muss man fragen, wie genau und langszeitstabil das WIRKLICH sein 
muss, wie Harry Up schon sehr richtig festgestellt hat. Der Op schrieb 
z.B.

"Zurzeit muss ich um einen Strom von 25mA zuhalten die Spannung von
Anfangs 28V innerhalb 2 stunden auf ca 29,5V nachgeregelt wobei
zwischendurch auch Sprünge von ca. +-0.05mA vorkommen. Die Regelung
sollte auf +-0.01mA genau sein.
"

In zwei Stunden altert gar nichts. Und wenn die Labortemperatur 
bestenfalls um +/-5K schwankt ist auch die Temperaturdrift 
vernachlässigbar. Allenfals muss man ein 10 Gang Wendelpoti nehmen, oder 
halt zwei in Reihe, 33 Ohm und 3 Ohm.

MfG
Falk

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Falk Brunner wrote:
> In zwei Stunden altert gar nichts. Und wenn die Labortemperatur
> bestenfalls um +/-5K schwankt ist auch die Temperaturdrift
> vernachlässigbar.

Eichst du ein Gerät jedes mal vor dem Einsatz?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Tim T. (tim_taylor)

>Eichst du ein Gerät jedes mal vor dem Einsatz?

Wenn der OP sowieso variable Ströme braucht ist es am einfachsten den 
Strom vor dem Experiment mit einem kalibrierten bzw. geeichten Messgerät 
einzustellen. Fertig. Kostet keine 5 Euro und ist in max. 1 Stunde 
aufgebaut. Man kann auch wochenlang an einer Super-Duper voll digital 
einstellbaren, driftarmen, -20..+85C Lösung werkeln. Oder sich für 1000 
Euro++ sowas kaufen.

MFG
Falk

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Oder seine Ansprüche mit der Realität abgleichen oder den Laboringenieur 
seines geringsten Misstrauens mal danach fragen...

Autor: clay6230 (Gast)
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Vielen dank für die schnellen antworten

erstmal beschreibe ich mein Problem wohl besser ein bisschen präziser.

also wir möchte die Überführungszahl durch eine Membran messen und dies 
bei verschiedenen Strömen. Während der Elektrolyse bekomme wir ein 
Konzentrationsgefälle in der Lösung wodurch sich der Strom ändert, um 
aber die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen konstant zu halten muss 
auch der Strom konstant gehalten werden. Da auch in der nähe der Membran 
Gasblasen entstehen die, die Durchgangsfläche verändern, und diese wen 
sie groß genug sind entweichen kommt es auch hier zu Schwankungen im 
Strom. Diese und noch nicht bekannte Stromschwankungen möchten wir mit 
einer Regelelektronik ausgleichen.

Gruß clay6230

Autor: Esko (Gast)
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> ... um aber die Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen konstant zu halten muss
> auch der Strom konstant gehalten werden.

Bist du sicher, dass das stimmt?
Der Strom entspricht dem Fluss der Ionen ist also nicht direkt 
proportional zu der Geschwindigkeit selbiger.

Autor: clay6230 (Gast)
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Da die Überführungszahl mit der Wanderungsgeschwindigkeit zusammenhängt 
und diese abhängig von der Viskosität des Mediums abhängt ist, ist ein 
konstanter Strom wichtig den bei Stromschwankungen werden die Ionen 
ständig beschleunigt und abgebremst hier durch kommt es zu 
Verfälschungen der Überführungszahl. Deswegen ist ein konstanter Strom 
wichtig.

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