ich habe einen Mikrocontroller, bei dem ich Analogwerte einlesen möchte. Für ein 0..10V Analogsignal ist das ja kein Problem: siehe Bild, OpAmp mit einer Verstärkung von 1 um diesen zu Entkoppeln sowie ein Spannungsteiler um auf die 1,8V des MCU-Einganges zu kommen.
Aber bitte wie geht das mit Analogsignalen, die als 0..20 mA Strom bereitgestellt werden? Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein, weil ich nicht weiß, welche Spannung dieses Signal verwendet. Wie also dann?
Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem
die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein, weil ich nicht weiß,
welche Spannung dieses Signal verwendet. Wie also dann?
U=R*I, die Spannung ist bei konstantem Widerstand für jeden Stromwert bekannt.
Mit einem 500R-Widerstand machst du aus deinem 0...20mA-Signal ein 0...10V-Signal. Mit 75R sind es 0...1.5V
U=R*I, die Spannung ist bei konstantem Widerstand für jeden Stromwert
bekannt.
Mit einem 500R-Widerstand machst du aus deinem 0...20mA-Signal ein
0...10V-Signal. Mit 75R sind es 0...1.5V
Man muss beim sensor der das stromsugnal liefert im datenblatt schauen wie groß der widerstand .ax sein darf und bei 2-Draht stromschnittstelle ist die Spannung die über dem sensor anliegen muss entscheidend, die sind dann aber auch 4-20mA
Ob 500 ohm gehen hängt dann auch von der versorgung ab, 24V ist einiges in dem bereich, da ist 500 ohm ok
Es gibt aber auch varianten, die arbeiten mit weniger als 10V, da ni.mt man dann besser 50 Ohm und verstärkt das signal anschließend
Aber Stromschnittstelle ist schon so einfach, dass man einen widerstand nimmt für U=R*I die spannung zu erhalten, wennalso 1.8V benötigt werden kann .an 90 Ohm nehmen und fertig
Erstens: Die 0 bis 10 Volt werden direkt in 0 bis 20 mA umgewandelt.
Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie möglich zu machen und viele Sensorhersteller verlangen z.B. eine Bürde größer 5kOhm oder einen max. Strom von 1mA (z.B. WIKA S-20)
Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie
möglich zu machen und viele Sensorhersteller verlangen z.B. eine Bürde
größer 5kOhm oder einen max. Strom von 1mA (z.B. WIKA S-20)
Ja aber nicht bei 0-20mA Ausgängen. Das soll der Strom ja mit Absicht 20mA erreichen können. Damit das an 5k Ohm klappen kann, müsste der Sensor 100 Volt liefern können.
Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie
möglich zu machen
Du könntest höchstens in Serie zum Eingang vom Arduino noch einen 5k Widerstand einbauen. Ich weiß allerdings nicht, wie hoch die Eingangsimpedanz vom Arduino ist und ob die immer konstant bleibt. Das führt dann sicherlich wieder zu Messfehlern.
Ja aber nicht bei 0-20mA Ausgängen. Das soll der Strom ja mit Absicht
20mA erreichen können. Damit das an 5k Ohm klappen kann, müsste der
Sensor 100 Volt liefern können.
Deshalb ist der Versuch, beide Varianten mit einer Widerstandskombination zu erschlagen, selten erfolgreich.
Das ändert an der Bürde, die der Sensor sieht, allerdings rein gar
nichts.
Natürlich nicht. Der Sensor will ja unbedingt seine 20mA irgendwohin loswerden und das am besten noch kurz bevor er die 10 Volt erreicht. Der niederohmige Spannungsteiler ist ihm dabei gerne behilflich.
Wenn man einen Spannungsabfall von ~0,7V zulassen kann, dann geht auch ein einfacher Stromspiegel, der den Eingangsstrom in eine Spannung auf einem (nahezu) beliebigen Potential umsetzt. Die Änderungsrichtung ist dann zwar umgekehrt, aber das sollte bei einem µC kein Problem sein. Sinnvollerweise benutzt man einen Dual-Transistor, wie BCV61, o.ä..
Natürlich nicht. Der Sensor will ja unbedingt seine 20mA irgendwohin
loswerden und das am besten noch kurz bevor er die 10 Volt erreicht. Der
niederohmige Spannungsteiler ist ihm dabei gerne behilflich.
Ja. Aber die Spannungsausgänge von Sensoren mit Spannungsausgängen mögen das nicht.
OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird,
weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll
Dann denk noch über folgendes nach:
Galvanische Trennung:
Masse (Referenzpotential) auf Sensorseite ist nicht notwendigerweise die gleiche Masse (das gleiche Referenzpotential) auf der Mikrocontroller-Eingangsseite.
Multi-Drop:
Wenn mehrere Empfänger in Reihe geschaltet werden, dann
a) Siehe Galvanische Trennung
b) Sollte der Eingangswiderstand (und damit der Spannungsabfall an ihm) nicht zu groß sein, damit die benötigte Gesamtspannung nicht die Compliance-Spannung der Quelle überschreitet. Ich meine der Standard sagt < 300 Ohm. Also max. 6V pro Empfänger und damit max. 4 Empfänger bei 24 V (eher 3 bei Spannungsverlusten).
6V wären bei deiner angedachten 10V Compliance-Spannung gerade mal ein Empfänger. Für vier Empfänger bei 10V müsstest du runter auf 125 Ohm.
Duplex:
Du hast nur einen Empfänger auf Mikrocontroller-Seite (Simplex-Übertragung). Aber es gibt auch Anwendungen wo man einen Transceiver für Duplex-Übertragung haben möchte. Hier würdest du deinen Empfänger in Reihe mit deinem Sender schalten. Also wird Masse wieder ein Thema, genau so wie der Eingangswiderstand des Empfängers.
Überspannungsschutz und Verpolungsschutz:
Bis hin zu Blitzschutz.
Analoge oder digitale Signale:
Linearität bei analogen Signalen (besonders wenn galvanische Trennung). Strompegel (High und Low) für digitale Signale. Umschaltung des Mikrocontroller-Eingangs analog/digital.
So, wahrscheinlich habe ich noch was vergessen. Bevor das Gejammer los geht der TS hat nach "universell" gefragt, das war nicht meine Idee.
Und für die Auswertung dran denken: Die Schnittstelle ist mit 4-20mA genormt, d.h. 4mA = 0 % und 20 mA sind 100 % des Signals.
Den Strom irgendwo zwischen 0 und 4mA braucht der Sensor selbst zur Funktion. 0 mA bedeutet Drahtbruch im Sensorkreis oder Defekt des Sensors, jedenfalls ein ungültiges Signal.
Die uralte Stromschnittstelle ist schon schlau durchdacht und funktioniert auch über km Entfernung.
Für einen Zweileitersensor. Ist aber aus Erfahrung nicht unüblich, das
das klappt. Irgendwas um 10 bis 12V reichen zur Eigenversorgung.
Man legt sowas, solange es nur irgendwie geht, wenigstens fuer 12V oder besser aus. Grund ist das es zum einen schonmal gewisse Leitungsverluste gibt wenn die Kabel lang und die Klemmen alt sind, zum anderen gibt es auch Kunden die klemmen da noch eine Anzeige zwischen die dann selber ein paar Volt braucht.
Genormt ist beides, 0 mA ... 20 mA und 4 mA ... 20 mA, in IEC 60381-1
oder so.
Es gibt auch noch NE43, hier ist es gut dargestellt:
OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird,
weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll?
Eine wichtige Frage: Ist das für den Hausgebrauch bzw. irgendeine eigene
Bastelei, oder soll es "industrietauglich" werden?
Es ist sicher für den Hausgebrauch.
Der TO will den Eingang in eine 230 VAC Steckdose stecken und sehen, wieviel Strom dann fließt.
Ganz universell nutzbar eben!
Eine wichtige Frage: Ist das für den Hausgebrauch bzw. irgendeine eigene
Bastelei, oder soll es "industrietauglich" werden?
Genau genommen irgendwo dazwischen: möglicht deutlich stabiler und zuverlässiger als eine Heimbastelei, aber es wird durch keinerlei Zertifizierungen oder ähnliches durch müssen.
Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem
die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein
Doch, genau so ist es üblich.
Gerne wird ein 250Ω genommen und dann auf den 5V Analogeingang der SPS.
Natürlich darf die Minimalspannung des Sensors nicht unterschritten werden.
Doch, genau so ist es üblich.
Gerne wird ein 250Ω genommen und dann auf den 5V Analogeingang der SPS.
Er will aber an einen Mikrocontroller. Da muss er sich überlegen ob ein Widerstand und der nackte Analogeingang seines uns unbekannten µC für seine semiprofessionelle Anwendung ausreicht.
Uc der MCU 3,3V? Dann einen 150R nehmen, 4-20mA ergibt 0,6-3,0V. Plus 10kR 100nF zum Analogpin und zwei Dioden nach Uc und GND, das schützt in 99% aller Fälle ausreichend.
Ein Stromeingang ist das Gegenteil davon und sollte so niederohmig wie
möglich sein.
Richtig.
Man sollte sich evt. mal mit 0/4-20mA Stromschleifen befassen, ein Standard in der industriellen Messtechnik.
Der eigentl. Sensor liefert ein dem gemessenen Wert proportionales Signal, meist Widerstand, Strom oder Spannung. Der anschließende Messumformer wandelt Dieses in einen proportionalen, eingeprägten Strom um, 0-20mA oder bei LiveZero 4-20mA damit man zw. Null u. kaputt unterscheiden kann.
Diese Stromschleife kann man durch "die ganze Fabrik" führen u. überall wo ein Messwert gebraucht wird klemmt man einen (hilfsenergiefreien) Anzeiger an, in Reihenschaltung.
Natürlich nur so viele, dass die zu liefernde Bürdenspannung des Messumformers nicht überschritten wird.
Man sollte sich evt. mal mit 0/4-20mA Stromschleifen befassen, ein
Standard in der industriellen Messtechnik.
Das mache ich und bekomme sogar Geld dafuer. .-)
um, 0-20mA oder bei LiveZero 4-20mA damit man zw. Null u. kaputt
unterscheiden kann.
Da duerfte so der Stand von 1980 sein. Ich hab doch oben einen Link zur NE43 gepostet welcher die aktuell ueblichen Pegel wunderbar bunt anzeigt.
Diese Stromschleife kann man durch "die ganze Fabrik" führen u. überall
wo ein Messwert gebraucht wird klemmt man einen (hilfsenergiefreien)
Anzeiger an, in Reihenschaltung.
Korrekt, ausserdem kann die Anzeige dann vielleicht sogar noch HART auswerten und anzeigen. Das ist ein digitaler Bus der heutzutage noch gern auf das Stromsignal aufmoduliert wird.
der nackte Analogeingang seines uns unbekannten µC
Nur ein blutiger Laie würde einen µC-Pin völlig ungeschützt nach außen
führen.
Genau das war mein Punkt. Hier wird fröhlich diskutiert nur eine paar Widerstände an den Analogeingang zu hängen. Für etwas "robustes" und "zuverlässiges" ... Da denk ich mir, na dann mal viel Spaß.
Zur Sicherheit könnte man am Eingang vom Arduino noch zwei Klemmdioden
nach Plus und Minus schalten.
Die sind ja schon im Gehäuse integriert. Also eher noch einen Widerstand zur Strombegrenzung für den Ansprechfall vor den Pin setzen. Wert abhängig von der ungünstigsten Eingangsspannung.
Ja, diese dürfern aber oft nur mit 10mA belastet werden, siehe Datenblatt. Meistens reicht das. Wird es mehr, weil man den Rv wegen Geschwindigkeit/Messfehler nicht so hoch machen möchte, schaltet man extern Schottkydioden parallel. Wenn deren Leckstrom Probleme macht, dann normale plus danach einen zweiten Serienwiderstand mit 100R.
Hallo Chris,
ich habe jetzt nicht den ganzen Tread durch, wenn mein Folgendes bereit abgehandelt wurde, ignorieren.
Mein Ansatz ist es immer den uC zu schützen.
Deshalb würde ich nicht nur nen Spannungsteiler mit 2 Widerständen implementieren, sondern diesen Spannungsteiler DOCH über einen OP-Amp mit Verstärung 1 oder wie auch immer zu führen.
Ergebniss: der Maximalwert der Spannung am Ausgang ist max. die Versorgungsspannung. Würde jetzt Überspannung am Op-Amp-Eingang anliegen, ist er halt am Anschlag. Und im schlechtesten Fall zerlegt es halt den Op-Amp, aber nicht den uC. Dein uC erkennt im Programm das der Eingang 'Overload' ist, und könnte vieleicht sogar drauf reagieren.
Hallo Chris,
ich habe jetzt nicht den ganzen Tread durch,
Und hättest das tun sollen.
Mein Ansatz ist es immer den uC zu schützen.
Deshalb würde ich nicht nur nen Spannungsteiler mit 2 Widerständen
implementieren, sondern diesen Spannungsteiler DOCH über einen OP-Amp
mit Verstärung 1 oder wie auch immer zu führen.
Erg
Eben nicht! Denn der Spannungsteiler wird ja jetzt nicht mehr von der Eingangsimpedanz des Arduinos verfälscht, weil ja der Operationsverstärker dazwischen geschaltet ist.
Für eine Schaltung die alles kann, könnte man noch einen 510 Ohm Widerstand per THT-Mikroschalter, der mit auf's Board gelötet wird, hinzuschalten.
Die Eingangsimpedanz des Arduinos wirkt sich jetzt auch nicht mehr negativ auf den Spannungsteiler aus, weil die Pufferstufe dazwischen liegt.
Alles in allem ergibt das doch eine abgerunde Sache. Der einzige Nachteil ist, dass der 510R, je nach Anwendungsfall, nicht automatisch hinzu- bzw. abgeschaltet wird, das muss noch händisch erfolgen.
Eben nicht! Denn der Spannungsteiler wird ja jetzt nicht mehr von der
Eingangsimpedanz des Arduinos verfälscht, weil ja der
Operationsverstärker dazwischen geschaltet ist.
Bullshit.
Der "Einngangswiderstand" des A/D Wandlers interessiert nicht wenn Du einen 100nF Kondensator an den Arduino eingang anschliesst -- denn es ist ein kapazitiver A/D, und der externe C sorgt dafür das die Spannung während der Wandlung so konstant bleibt das der mögliche Fehler unter 1 LSB bleibt.
Nur HW-Deppen (oder pussy halt) verwenden da unnötig teuere OPV mit Platzbedarf, Versorgung und Offsetproblemen.
Bullshit.
Der "Einngangswiderstand" des A/D Wandlers interessiert nicht wenn Du
einen 100nF Kondensator an den Arduino eingang anschliesst
Bullshit ist das, was DU schreibst.
Stell dir vor, es wird der uC. - Neuabgleich, weil der Eingangswiderstand vom uC ein anderer ist. mit vorgeschalteten OP ist die Sache stabiler. Und nochmal, extra für Dich. Der uC ist vor Überspannung geschützt.
@TO
Das, was vor den OP ist, ist ein Strom-Shunt. Im Prinzip ein Widerstand, an dem in Abhängigkeit des durchfließenden Stromes eine Spannung abfällt. Der Punkt, kommt dan an den OP, oder OP-Schaltung, die den Drift, und die Verstärkung macht. Und dann zum uC.
Hallo Chris,
ich habe jetzt nicht den ganzen Tread durch,
Und hättest das tun sollen.
Mein Ansatz ist es immer den uC zu schützen.
Deshalb würde ich nicht nur nen Spannungsteiler mit 2 Widerständen
implementieren, sondern diesen Spannungsteiler DOCH über einen OP-Amp
mit Verstärung 1 oder wie auch immer zu führen.
Erg
Und damit eine weitere Fehlerquelle einbauen.
Sinnfrei halt.
Also das ziel den uC zu schützen habe ich dann, wenn ich bei kleiner Stückzal zuhause etwas basteln möchte, weil dann die Zeit für die reparatur nichts kostet und ich auf billige ersatzteile achte
Ausserdem wird man selten alles durchtesten mit zig Exemplaren
Ein guter ansatz
Auf der anderen Seite, bei großer Stückzahl, da sind die materialkosten vielleicht 10€ oder bei was gröserem 50€, aber Reparaturkosten nur für den austausch der baugruppe 500€ und eine reparatur der baugruppe auch schnell 500€ und mehr, die wetden aber nicht repariert
Deswegen ist es wichtig das nichts kaputt geht und wenn, dann ist es egal ob es der op oder der uC ist
Entsprechend wird da unter kostengesichtspunkten mit anderen Schwerpunkten designt
Bzgl. Genauigkeit, immer soviel wie laut spec gefordert und so billig wie möglich
Zum punkt op ja oder nein, man kann die eingänge hinreichend schützen auch ohne op, aber sowas wird auch getestet, dabei wird auch einiges zerstört, macht man im hobbybeteich nicht
Aber es ist schon richtig das mit einem C von 100nF und ein paar h
Widerstände und Schottky Dioden ausreichend schutz und genauigkeit erzielt wird.
Ein Zusatz OP hat offset, der nur bei extrem billigen
op einen Messfehler generiert grösser als ein 10k ohm widerstand beim arduino macht das 0.01% typisch, max 0,2%
Ob uch mir jetzt nen atmega 328 für 4€ zerschiesse oder einen op für 40 cent, das ist ein unterschied
Aber bei stückzahlen sind es genau diese 40 cent die man auch sparen kann
Das trägt entscheidend zur Wegwerfgesellschaft bei. Nur nicht Nachhaltig werden. Die Regierung, bzw. die globale Marktwirtschaft müsste dazu verdonnert werden ihren Müll so zu bauen dass er nachhaltig ist, und müsste dazu verpflichtet werden ihre Artikel zumindest in einem bestimmten Zeitraum, wie es mal war reparieren zu müssen. Anderfalls zahlt der nichtreparierende Hersteller Strafe.
Das trägt entscheidend zur Wegwerfgesellschaft bei. Nur nicht Nachhaltig
werden.
Es kommt weniger darauf an wieviel weggeworfen wird sondern mehr wieviel resozrcen verbracht werden
Wenn ich pro gerät 10% mehr reaourcen verbrauchen würde, damit ich eines von 10000 das defekt geht reparieren kann, dann hat man am ende kein poitive bilanz.
Wenn man weiterhin davon ausgeht das man ohne aufwendie tests nie sicher sein kann ob der uC ganz geblieben ist kommt das als punkt hinzu
Und weiterhin, der schutz ist ja genauso gewährleistet wie mit op, das bedeutet es darf nicht kaputt gehen.
Wenn man weiterhin davon ausgeht das man ohne aufwendie tests nie sicher
sein kann ob der uC ganz geblieben ist kommt das als punkt hinzu
Genau das ist der Punkt: In der Praxis lässt sich eine Vorschädigung des µC nicht verlässlich feststellen – schon gar nicht in der Werkstatt. Das ist nur über statistische Auswertung in aufwendigen Dauertests mit vielen Prüflingen möglich. Eine Einzelfallbewertung ist kaum machbar.
Zudem ist fraglich, ob der vorgeschaltete OP im Fehlerfall wirklich schützt. Wenn der OP beschädigt ist, lässt sich im Nachhinein nicht sicher sagen, ob:
die Schutzfunktion ausgereicht hat,
der OP nur teilweise durchgeschlagen hat,
oder der µC bereits ebenfalls Vorschäden hat, die später zu Ausfällen führen.
Das eigentliche Ziel sollte daher nicht sein, möglichst viele potenziell rettbare Geräte zu bauen, sondern ein Eingangsdesign zu entwickeln, das von vornherein alle Spezifikationen bzgl. Spannungsfestigkeit und ESD-Robustheit erfüllt – also robust gegen Spannungsspitzen, ohne sich auf Glück oder Zufälle im Fehlerfall zu verlassen.
Besser ist ein Aufbau, der weniger anfällig ist, auch wenn im Fehlerfall mehr ersetzt werden muss.
Das Ziel ist nicht maximale Reparaturmöglichkeit auf Bauteilebene, sondern minimale Ausfallwahrscheinlichkeit durch sauberes, robustes Design
Wir reden hierbei dann über geräte die nicht das billigste vom billigsten darstellen wo jedes 2. Gerät innerhalb 2-3jahren schon defekt ist
Aber auch da ist es fraglich, ob reparatur nachhaltig ist, weil ein fehleranfälliges Design das alle 2 jahre repariert werden muss ist ja auch nicht nachhaltig
Wir reden hierbei dann über geräte die nicht das billigste vom
billigsten darstellen wo jedes 2. Gerät innerhalb 2-3jahren schon defekt
ist
Schlimmer, die Geräte gehen EINE Woche nach Ende der Garantiezeit kaputt. Gewollt. Die Geräte werden bereits bei der Produktion gealtert, damit diese ja nicht 10 Jahre halten.
Wir reden hierbei dann über geräte die nicht das billigste vom
billigsten darstellen wo jedes 2. Gerät innerhalb 2-3jahren schon defekt
ist
Schlimmer, die Geräte gehen EINE Woche nach Ende der Garantiezeit
kaputt. Gewollt. Die Geräte werden bereits bei der Produktion gealtert,
damit diese ja nicht 10 Jahre halten.
Falsch, es gibt bauteile die vorgealtert werdem, aber nicht damit sie vorteitg defekt sind, sondern weil manche Teile anfangs noch ihren Wert ändern, Alterung, damit erreicht man eine bessere Langzeitstabilität. Ist aber jetzt eher nicht für Geräte gedacht die eh regelmäßig kalibriert werden
Schlimmer, die Geräte gehen EINE Woche nach Ende der Garantiezeit
kaputt.
Ja, dazu ist ein Timer integriert, der nach Erstinbetriebnahme startet. Nach Ablauf der Zeit stellt das Gerät den Betrieb ein.
Ohne Timer ist das sonst nicht möglich, denn der Hersteller kennt ja Einsatzbedingungen des Anwenders nicht.
Nur so lässt sich das Problem "zu hohe Lebensdauer" lösen ;-((
Wenn man schon einen OPV verbauen möchte, kann man gleich einen Strom/Spannungswandler aufbauen, der dem unbekannten Sensor die volle Versorgungsspannung läßt.
Aber halt, es geht doch nicht: In der Arduinowelt gibt es ja garkeine negativen Versorgungsspannungen.
Wie macht man so was und kannst du mal ein konkretes Beispiel nennen?
Ich habe es mit eigenen Augen gesehen. Es existieren hierzu ganze
Heizräume / Hallen, wo die Teile tagelang bei 80-90 Grad drangsaliert
werden.
Also erzählt mir hier nix. Ich weiß das aus eigener Erfahrung.
Also voegalterte Bauteile sind deutlich teurer, Billigprodukt so die Lebensdauer zu verkürzen macht keinen Sinn, wirtschaftlich betrachtet
Zumal der Hersteller dsmit die Frühausfälle seines Billigproduktes als Verlust zu verbuchen hätte und die Teile die es überleben, das individuelle Einsatzprofil kennt kein Hersteller
Was du da gesehen hast wäre interessant zu wissen was es wirklich war.
Frühausfälle oder kurze Lebensdauer kann man deutlich billiger erreichen, mit johen Betriebstemperaturen durch unterdimensionierung, grenzwertige Spannungsfestigkeit, billige Lötprozesse, das hat den Charme das es das Produkt auch billiger macht
Ich habe es mit eigenen Augen gesehen. Es existieren hierzu ganze
Heizräume / Hallen, wo die Teile tagelang bei 80-90 Grad drangsaliert
werden.
Wir hatten hier eine Reihe industrieller Geber die das zwar hinter sich hatten, aber dennoch ausgefallen sind. Der Grund war nicht dass sie vorgealtert wurden sondern die Wechseltemperaturbeständigkeit nicht ausreichte. Dummer Weise war der testweise eingebaute unvergossene Geber immun während die vergossenen reihenweise starben... dabei ging der Hersteller davon aus, dass diese auch locker 100° aushalten werden, was sie nach Designänderung mit anderen Bauteilen auch taten.
10v.png
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