Hallo liebe Community,
ich habe einen Messwandler zum Auslesen von Thermoelementspannungen
gebaut. Dabei ließt ein Arduino einen ADS1220 (Separate 5V
Spannungsversorgung) aus. Soweit funktioniert das auch wunderbar,
allerdings ist die Schaltung extrem Anfällig auf Störsignale bei
(leitendem) Kontakt mit geerdeten Geräten. Nun habe ich bereits etwas
recherchiert und gesehen, dass es sich dabei wohl um Störungen durch
einen Ground-Loop handelt.
Das Problem kann ich lösen, indem ich sowohl die Platine als auch das
Notebook mittels Akku betreibe/mit Spannung versorge. Nun habe ich
folgende Fragen:
- Ist eine Entkoppelung zwischen Notebook und Arduino mittels
USB-Isolator möglich?
- Gibt es entkoppelte Netzteile? Worauf muss ich hier achten? Würde ein
230V-230V Trenntrafo etwas nützen?
Liebe Grüße
Manuel
Manuel schrieb:> Würde ein 230V-230V Trenntrafo etwas nützen?
Kommt auf die Frequenz der Störungen an. Wenn die von hochfrequentem
Ableitstrom kommen, dann nicht, denn HF koppelt im Trafo ggfs. einfach
über. Oder wird über einen X/Y Kondensator abgeleitet.
> Nun habe ich bereits etwas recherchiert und gesehen, dass es sich dabei> wohl um Störungen durch einen Ground-Loop handelt.
Miss doch mal den Strom, der da in der Schleife fließt.
Schwierig zu messen:
Läuft das Notebook mit Akku, die Platine mit Netzteil wechselt der Strom
die ganze Zeit die Richtung, somit kann ich es mit meinem verfügbaren
Equipment nicht messen. Läuft auch das Notebook auch am Netzteil sind es
2.5-3 uA.
Manuel schrieb:> mit meinem verfügbaren Equipment nicht messen.
Dann probier was Anderes:
>>> Anfällig auf Störsignale bei (leitendem) Kontakt mit geerdeten Geräten.
Wie sieht es aus, wenn du an der Stelle der direkten "leitenden"
Berührung dort verschiedene Kondensatoren einsetzt 1n/10n/100n/1µ? Wie
stark wirken sich solche Kondensatoren auf das Messergebnis aus?
Leider kann ich an der Spitze keinen Kondensator anbringen. Vielleicht
noch etwas präzisieren: Ich möchte mit der Schaltung die Thermospannung
eines TypS Thermoelements auslesen, wobei die Messspitze bis zu 1600 °C
heiß wird. Diese ist zwar mittels Keramik einigermaßen isoliert, die bei
hohen Temperaturen allerdings begrenzt leitfähig wird.
Deshalb teste ich gerade mit einem TypK Thermoelement und direktem
Kontakt auf die Erde. Ich hab einmal die entsprechende Schaltung
angehängt. TC1+ TC1- sind die Drähte des Thermoelements, ADC1_TC1+,
AC1_TC1- werden entsprechend von einem ADC (ADS1220) ausgelesen.
Manuel schrieb:> die bei> hohen Temperaturen allerdings begrenzt leitfähig wird.
Und das Störsignal daraus verhindert man, indem man das Thermoelement an
der Vergleichsstelle einigermaßen niederohmig abschließt.
Bei einem Widerstandsniveau von 10 Mohm streut jedes el.Feld auf die
Leitung ein, da müsste man Abschirmen.
Vorschlag:
Wenn die Lötpunkte an TC1 die thermische Vergleichsstelle sind,die
Widerstände R7 und R8 zusammenführen und die Mitte an 2,5V/2 (So etwas
nennt man Äquipotentialabschirmung.)
Wenn die (heiße)Isolierung dann Strom einstreut, ist der eher auf beiden
Leitungen gleich und ist ein Gleichtaktwert für den Differenzeingang des
Messgeräts.
C11 und C13 könnten entfallen, ein größeres C könnte dann an dem
Verbindungspunkt R7,R8 die Abschirmung gegen GND ergänzen..
ADC1 müsste natürlich über Serienwiderstände mit TC1 verbunden werden.
Die 10MOhm-Widerstände dienen wohl zur Erkennung von Leitungsbruch, die
könnte man so lassen.aber an der Mitte zwischen R7 und R8 anschließen.
Professionelle Thermoelemente sind gegenüber dem Schutzrohr isoliert und
die Ausgleichsleitung ist geschirmt. Da kann keine Erdschleife
entstehen.
Man kann den ADC mit einem DCDC versorgen und die Datenleitungen mit
einem ADUM1401 entkoppeln.
Viele laptops haben keine erd-kopplung.
In die vergangenheit haben wir dieses problem oft geloest mittels
separaten laptop-erd-kabel. Es geht auch oft mit "Usb Isolator" plugs
fuer $10 die man als adapter zwischen laptop und USB kabel setzen kann.
Heutzutagen haben wir eine neue generation die deswegen voellig drahtlos
arbeiten [mit Qi wireless spannungsversorgung]. Seitdem haben wir die
stoerungen viel besser im griff.
Patrick aus die Niederlaende
Manuel schrieb:> - Gibt es entkoppelte Netzteile? Worauf muss ich hier achten? Würde ein> 230V-230V Trenntrafo etwas nützen?
Trenntrafo 230/230? Etwas großer Aufwand. Evtl helfen zwei Trafos
230/24V mit 24V zusammengeschaltet, also back-to-back
Schaltnetzteile haben durch Entstörung keine richtige Trennung der
ground loop, produzieren eher starke Störsignale auf GND.
Ausreichende Trennung dürfte da eher ein normaler 50-Hz Trafo erzeugen,
der bei kleine Leistungen sogar in Zweikammerwicklung ausgeführt sein
könnte, was die Koppelkapazität zum Netz verringert. Manche Netztrafos
haben sogar eine Abschirmlage zwischen prim. und sec.
Das ist aber nicht das eigentliche Problem.
Das besteht in der Tatsache, das Thermoelement hochohmig an den
Messeingang zu führen.
übrigens, im post weiter oben ist ein Satz verlorengangen (verrutschte
Maus):...und die Abschirmung an die Mitte (2,5V/2) anlegen..
@Peter R: Tut mir schrecklich leid, ich verstehe den ersten Satz nicht,
bzw. weiß ich nicht was das in der Praxis bedeutet "Störsignal daraus
verhindert man, indem man das Thermoelement an der Vergleichsstelle
einigermaßen niederohmig abschließt". Früher habe ich immer einen
Schenkel direkt an GND angeschlossen, das scheint bei Erdschluss zu
helfen, hebt dann aber die Vorteile des differenziellen Auslesens auf
Bei TC1 kommen noch 2-3m Kabel, darauf dann das Thermoelement mit den
verschweißten Thermopaar. Worauf beziehst du dich beim Widerstandsniveau
von 10mOhm? Und wie meinst du R7 & R8 zusammenführen? Nur auf einer
Leitung einen Widerstand?
@Peter D: Bei normalen Thermoelementen stimmt das sicher. Bei den
Einmal-Tauchthermosonden bin ich mir aber nicht sicher wie lange die
Isolationsschicht hält (maximal wenige Sekunden). Idealerweise sollte
die Messung aber auch einem "Erdschluss" standhalten, weil wir bei
Schlacken oft länger messen müssen als bei diesem Thermoelementen
eigentlich vorgesehen (Schlacke friert beim Eintauchen an und muss erst
wieder aufschmelzen).
@Patrick: Ich bestell erstmal einen USB-Isolator. Zur Not hängt ich die
Schaltung an eine Batterie. Aber irgendwie hatte ich gehofft dass es
eine einfachere Variante gibt..
Peter D. schrieb:> die Ausgleichsleitung ist geschirmt. Da kann keine Erdschleife> entstehen.
Wenn aber in der obigen Schaltung die Innenleiter auf 5Mohm-Niveau
geführt werden, zum Messeingang, fängt das Keramikisolierte Ende des
Thermoelements Gleichtaktsignale ein, die den Wandler an seine Grenzen
bringen.
Zumindest im Schaltbild führen die Leitungen nur über die 10Mohm und den
AD-Wandler auf Masse.
"Das ist aber nicht das eigentliche Problem.
Das besteht in der Tatsache, das Thermoelement hochohmig an den
Messeingang zu führen."
Ich bin mir nicht sicher wie das gemeint ist? Ich hab vor dem ADC ja
"nur" 1k Widerstände. Oder meinst du dass die hohe Eingangsimpedanz des
ADCs das Problem ist?
Manuel schrieb:> @Peter R: Tut mir schrecklich leid, ich verstehe den ersten Satz nicht,> bzw. weiß ich nicht was das in der Praxis bedeutet "Störsignal daraus> verhindert man, indem man das Thermoelement an der Vergleichsstelle> einigermaßen niederohmig abschließt". Früher habe ich immer einen> Schenkel direkt an GND angeschlossen,
Wenn Du das Schaltbild anschaust, liegt doch das Thermoelement
(The.)frei in der Luft. Zur Erde hat es nur über die 2x10Mohm und den
Eingangswiderstand des Wandlers Verbindung.
Da reichen wenige pF Kapazität aus, um auf das Thermoelement ein so
großes Gleichtaktsignal einzukoppeln, dass der Wandler übersteuert wird.
Die von mir vorgeschlagenen "Erdungen" per 1kOhm hilft wenigstens gegen
kapazitive Einstreuungen.
Den einen Schenkel des The. an Erde legen ist natürlich sehr wirksam,
außer gege3n die Störungen durch Erdschleife, denn die sind niederohmig.
Eine, aber meist umständliche Lösung, ist natürlich der Trenntrafo.
Eine andre ist die massefreie Ausführung des Messinstruments: Es hat
intern einen eigenen Netztrafo ohne Verbindung zum Schutzleiter
(Schutzklasse...).
Oft hilft eben auch die Schleifentrennung in der Form, dass man die die
Abschirmung des The. an "Signalerde" also an die Masse des AD-Wandlers
legt (sozusagen die Signalerde) und nicht an PE. Ich habe bei
Messinstrumenten schon mal gesehen, dass die Verbindung von Signalmasse
der Eingänge zum PE durch zwei antiparallele Dioden gemacht wurde. Im
mV-Bereich bedeutet das dann einer "Isolierung" zum PE hin.
btw: Warum nur ein Teilschaltbild, ohne das Thermoelement selbst und
ohne die Masseanschlüsse zum Instrument? Da fehlen schon wieder einige
wichtige "Salamischeiben".
Manuel schrieb:> Ist eine Entkoppelung zwischen Notebook und Arduino mittels> USB-Isolator möglich?
Ja! Suche mal bei Aliexpress nach "ADUMm USB Isolator". Billige
Ausführungen bekommt man ab 10€. Bei mir funktionieren sie prima. Ich
nutze sie allerdings nicht wegen der Masseschleife, sondern als Schutz
gegen Fremdspannung.
