Schaltung für Spannungsdetektor

Hallo,
ich vermute mal DC.Da fällt mir zuerst Halleffekt ein.Weiß nicht, ob das 
mit sonem Teil geht. Kannst es ja mal genauer anschauen wegen 
Ansprechschwelle und so.
http://www.melexis.com/prodfiles/0004760_mlx90224r005.pdf
Gruß

>... eine Schaltung, mit der man einen Stromfluss
> von 1-20A / 1-40V durch einen Isolator (Kabelisolation)
> detektieren kann.
Gleichstrom, Wechselstrom? Muss der Strom die Spannung gemessen oder 
"nur" detektiert (da bzw. nicht da) werden?


Sowas vielleicht:
http://www.lem.com/hq/de/component/option,com_catalog/task,displayserie/serie,HAL/output_type,instantaneous/

Vielen Dank für die schnellen Antworten!!!

Die Hallsensoren sind leider zu teuer. Ich muss den Strom auch nur 
detektieren, nicht messen.

@Carsten:
Die Sache mit dem Reed-Kontakt habe ich nicht verstanden, hört sich aber 
interessant und einfach an. Wie meinst du das mit den Windungen?

Ah, jetzt verstehe ich! Tolle Sache! Danke!

Leider kann ich den zu detektierenden Leiter nicht drumherum wickeln. 
Ist ein normales 230V Kabel, wie vom Staubsauger.

Gibt es da vllt noch eine andere Idee?

EDIT: Habe da gerade im Kontrast zu den oben genannten 30€ Hall-Sensoren 
bei Reichelt einen kleinen 3.8-24V Hallsensor gefunden. Könnte man damit 
was machen?
TLE 4905L -  Hallsensor, 3,8-24V

Im Datasheet gehen die von einem Magnetfeld durch Elektromagnet aus. 
Könnte man das irgendwie auf einen Leiter übertragen? Magnetismus ist 
absolutes Neuland für mich.

Vielen Dank im Voraus!

Habe eine Schaltung bei Conrad gefunden.
Ist zwar kompliziert, aber vllt kann ich die ja etwas reduzieren.
BestNr. 196380 - 62

Wisst ihr vllt, was das für ein externer Sensor ist? Ne einfache Spule?

Danke für eure Hilfe, habt mir echt aus der Not geholfen. ;)

1-40V AC / 1-20A soll detektiert werden. (Hatte oben das AC vergessen :/ 
)
Für die Schaltung habe ich 12V AC zu Verfügung, die man ja auch locker 
in DC wandeln kann.

Hi Carsten,hi Sebastian,
das mit der Spule und dem NF-Verstärker ist eine coole Idee.
Mit einem LM324 (quad single supply OP) ist das mit wenig Aufwand zu 
machen. Ein Komparator ist nach meiner Einschätzung nicht notwendig. Ein 
Impedanzwandler reicht auch. Wer mag kann aber noch zwei Widerstände 
mehr einbauen, schaden tut’s nicht.
Ich hab mal einen Schaltplan gezeichnet, müsste eigentlich 
funktionieren. Ist allerdings noch nicht getestet.
Grüße Berthold

@  Carsten
evtl. kann man dann den Ladekondensator etwas keiner wählen, aber 
wirklich sparen kann man da nicht. ;-) "Versuch macht kluch"
Wenn ich demnächst mal zeit habe werd ich´s mal ausprobieren. Frühestens 
in zwei Wochen. Mich interessiert hier aber viel mehr wie viel Windungen 
die Spule haben muss und wie empfindlich die Schaltung sein kann bzw. 
darf ohne gleich bei einer Annäherung (Elektrosmog o.ä.) zu schalten.
Grüße Berthold

Hallöle, wollte meinen Senf auch noch dazu geben ;-)

Also - wenn, nach eigener Aussage von 'lufti', das folgende zutrifft,
"Leider kann ich den zu detektierenden Leiter nicht drumherum wickeln.
Ist ein normales 230V Kabel, wie vom Staubsauger.", so wird das nichts 
mit der von 'b-sommer' vorgeschlagenen Schaltung und der von 'Carsten' 
vorgeschlagenen Methode "Als Spule genügt eine oder zwei Windungen um 
das zu messenende Kabel!".
Der Grund ist eigentlich ganz einfach: Wenn der hinfließende Strom 
gleich dem rückfließenden Strom ist, so ist die Summe gleich Null, und 
damit auch der indizierte Strom in der Aufnehmerspule. Allerdings macht 
man sich genau dieses Verhalten bei Fehlerstrommessgeräten (FI-Schalter) 
zunutze, wo im Fehlerfall die Summenströme eben nicht Null sind.
Ergo würde das ganze nur dann funzen, wenn man die Aufnehmerspule nur um 
einen der stromführenden Leitern wickelt, was bei einem geschlossenen 
Kabel aber wieder nicht funktionieren würde. Zumindest nicht ohne es an 
einer Stelle von der Ummantelung zu befreien um an die Einzeladern zu 
gelangen - was aber von 'lufti' wohl nicht gewünscht ist.

Der Knackpunkt ist halt was er wirklich detektieren will?

Wenn er eine anliegende Spannung am Kabel detektieren will, so kann er 
das elektrische (Wechsel-)Feld auswerten, das uns in jedem Raum (mehr 
oder weniger stark) umgibt. Mit geeigneten 'Antennen', die von einem 
simplen Stück Draht, über eine Spule, bis hin zu einem kapazitiven 
Aufnehmer aussehen kann, sollte das problemlos möglich sein. Je näher 
man der Quelle des Feldes kommt, umso größer ist der Messwert - wie auch 
immer der geartet sein mag. Leider sagt dieses elektrische Feld nur 
dummerweise nichts über den gerade fließenden Strom aus.

Bei der Detektierung eines Stromes ist die induktive Methode - jeder 
stromdurchflossene Leiter erzeugt halt ein entsprechendes Magnetfeld - 
schon die am besten geeignete, sofern sie denn auch richtig angewendet 
wird ;-)

Eigentlich hatte ich gedacht, dass meine Erläuterung klar gewesen sei. 
Aber es ist halt nicht immer einfach eigene Vorstellungen so zu 
artikulieren, dass der Gegenüber letztendlich das gleiche 'Bild' vor 
sich hat.
Aber gut - versuchen wir es mal zu detailieren/präzisieren:

Die Geschichte mit der Aufnehmerspule und dem Kabel (wie von 'lufti' 
angegeben, O-Ton: "..., wie vom Staubsauger.") verhält sich wie folgt:
Unter der Annahme, dass die Aufnehmerspule um das Kabel, und hier gehe 
ich davon aus, dass es ein 2- oder 3-pol. Kabel sei, gelegt wird, und 
der Strom zu dem Endgerät in dem einen Leiter hinführt und im anderen 
Leiter zurück, so ergibt sich der Summenstrom, und damit auch das 
Magnetfeld, zu Null.

Folgendes sei noch zur Aufnehmerspule gesagt: Eine Aufnehmerspule, d.h. 
ein paar Windungen Draht, um einen stromdurchflossenen Leiter 
aufgebracht, würde auch nichts bringen, weil hier die Feldlinien 
senkrecht aufeinander stehen und somit auch keine Spannung induziert 
werden würde.

Richtig funktionieren würde aber folgende Aufnehmerspule:
Einige Windungen (Sekundärspule) auf einen Ringkern aufbringen und den 
stromdurchflossenen Leiter (Primärspule), dessen Strom man detektieren 
möchte, durch den Ringkern stecken - ggf. auch hier ein paar Windungen 
aufbringen. Das Windungsverhältnis gibt den Stromübertragungsfaktor an. 
Bei entsprechend gewähltem Lastwiderstand hat man dann eine dem Strom 
proportionale Spannung. Gleichrichten, mit einem Kondensator sieben und 
dann auf einen Schmitt-Trigger geben, evtl. die Schaltschwelle noch 
einstellbar gestalten, und man hat einen Stromdetektor.

Das funzt aber nur (ACHTUNG: WICHTIG!), wenn man nur den Strom durch 
einen der beiden Leiter detektiert - d.h. nur einen der Leiter durch 
den Rinkern legt aber nicht beide! Das wäre aber der Fall wenn man das 
komplette Kabel durchlegt.

Werden beide Leiter (d.h. Phase und Null aber nicht PE) durch den 
Ringkern gesteckt, so hat man im Prinzip den von mir bereits erwähnten 
FI-Schalter realisiert - oder zumindest den 'Sensor'. Hier wird nur dann 
in die Sekundärspule ein Strom induziert, wenn die Ströme in den beiden 
Leitern unterschiedlich sind. Bei gleicher Größe und Phasenlage, aber 
unterschiedlicher Richtung (eben eine hin- und rückführende Leitung mit 
identischem Strom und ohne Fehlerstrom über PE), wird nichts induziert.

Ergo - ohne einen technischen Eingriff in das Kabel, d.h. sich einen der 
beiden Stromführenden Leitungen heraus zu picken, wird die Sache mit dem 
'Spulendetektor' nicht funktionieren.

Tolle Diskussion!
Und wie detektieren die normalen Spannungsfinder (nicht die 
Metallfinder!), die man so im Elektrikerhandel kaufen kann?
z.B. bei der Schaltung bei Conrad: Artikel-Nr.: 196380 (mit Datenblatt)

Die detektieren nämlich auch komplette Leitungen mit mehreren litzen, 
unter denen Strom fließt (oder anliegt)!

Irgendwie muss das doch gehen!

> Die detektieren nämlich auch komplette Leitungen mit mehreren litzen,
> unter denen Strom fließt (oder anliegt)!
So schlecht isoliert?
Ich dachte, der Strom fließt in den Litzen. Oder Adern... ;-)

Noch besser:
Die detektieren sogar wenn gar kein Strom fließt, und das Licht aus ist.
Ja, vieleicht wird da ein anderer Effekt verwendet? Evtl. wird sogar ein 
elektrisches Feld (also von der Spannung) und nicht das magnetische Feld 
(also vom Strom) ausgewertet? Da nehme ich doch gleich so ein Ding in 
die Hand, mache es kurz mal auf, und siehe da:

Ein Ferritkern für Metall (Rohre) und eine Graphitfläche für den 
Strom...   :-o

Und auch die angesprochene
> Schaltung bei Conrad: Artikel-Nr.: 196380* (mit Datenblatt)
reagiert auf das elektrische Feld.

Und das hilft  Sebastian B. (lufti) nun mal nicht witer. Er will nicht 
wissen, ob Spannung da ist, sondern ob Strom fließt.

> also doch induktiv?
Das wäre auch meine bevorzugte Methode, wenn ich den (bekanntesten) 
Effekt eines Stromflusses auswerten will. Aber ich wäre (wie Raimund 
Rabe) auch der Meinung, daß die Stromgeschichte bei nicht voneinander 
getrennten Hin- und Rückleitungen mindestens unzuverlässig ist.

Sonst fällt mir zum Thema Stromerkennung auf Anhieb nur noch der 
Spannungsabfall (evtl. Erwärmung) ein.

> .. ströhmt ..
Nee, jetzt aber echt... ;-)

@ Carsten:

Nöö, 'n Theo-Willie bin ich nicht. Aber ich habe schon mehrere solcher 
'Detektoren' entwickelt, aufgebaut und erfolgreich getestet/benutzt.
Ich denke da steht mir schon die 'Klugscheissertasse' zu.  ;-)

Und während ich hier gerade so schreibe hat eben 'faraday' noch einen 
ganz 'heissen' Tip, der des Pudels Kern zwar trifft (Stichwort: 
Schwingkreis), in Bezug auf Stromfluß in einem Kabel detektieren aber 
keine Lösung in Aussicht stellt. Mit dem verstimmen bzw. Energie 
entziehen von Schwingkreisen lassen sich zwar gut Metalle finden, in 
einigen Fällen ist sogar die Unterscheidung des Metalls möglich, aber 
stromdurchflossene Leiter kann man damit auch wieder nicht finden.

Wie gesagt, wer bei den Grundlagen in der Schule (Physik-Unterricht) mal 
aufgepasst hat, und nicht nur den scharfen Bräuten hinterherschaute, ist 
eindeutig im Vorteil. Mit ein bißchen zusätzlicher Hilfe hier im Forum 
kann man schon so manches Problem lösen.  :-)

Es ist alles kein Hexenwerk, aber auch die High-Tech-Geräte können nur 
mit 'Wasser kochen' und die Physik haben diese Geräte auch noch nicht 
überlistet.

Resumée:
Den Stromfluß zuverlässig detektieren, d.h. mit den bescheidenen Mitteln 
eines Hobbyelektronikers, gelingt (meiner Meinung nach) nur, wenn er das 
Kabel auftrennen und die Sensorspule (d.h. den Ringkern mit der 
Sekundärspule) über eines der beiden stromführenden Leiter bringt.
Alle anderen Methoden/Verfahren sind nur dienlich bei der Detektion von 
elektrischen Feldern oder (überwiegend) Metallen.
Übrigens, sogenannte Stud-Finder (im deutschen Sprachraum auch als 
Balkenfinder tituliert) arbeiten ebenfalls überwiegend auf der Methode 
des verstimmten/energieentziehenden Schwingkreises - auch wenn hier 
jetzt nicht zwangsläufig Metall im Spiel ist. Hier funzt das ganze wegen 
dem Wasser oder besser gesagt wegen dem unterschiedlichen Feuchtegehalt 
des Mediums im z.B. Mauerwerk wo man evtl. nach den Holzbalken sucht. Da 
Wasser einen Dipolcharakter hat, läßt sich Wasser durch sehr 
hochfrequente elektromagnetische Wellen aufheizen (darum funzt das auch 
mit der Mikrowelle).

So und damit noch nicht genug, da sich nun auch 'Blackbird' mit einer 
Antwort eingreiht hat, muß ich zumindest eine Aussagen von Ihm 
revidieren.
Falsch ist schlichtweg folgende Aussage:
"Kapazitiv kann man aber stromführende Leitungen an Hand des 
elektrischen Feldes erkennen."
Richtig ist: "Kapazitiv kann man spannungsführende Leitungen an Hand 
des elektrischen Feldes erkennen."
Zur Ausbildung eines elektrischen Feldes wird kein Stromfluß benötigt 
womit also keine Aussage über den Stromfluss in einem Leiter getroffen 
werden kann. Ein wenig Grundlagenwissen ist z.B. hier zu finden, 
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrisches_Feld.
Einen Stromfluß durch einen Leiter zu detektieren geht, mit 
'Hausmitteln', halt am besten induktiv, wenn man es denn richtig macht, 
unter Umständen auch relativ einfach. Ein Universalrezept gibt's 
allerdings nicht, wenn gewisse Umstände (z.B. das Kabel aufzutrennen) 
nicht als Option zur Verfügung stehen.

Hi,
leider habe ich erst jetzt die Zeit gefunden, mich mit der Schaltung zu 
beschäftigen. War selber ziemlich neugierig ob der geringe Unterschied 
der beiden gegenläufigen Felder sauber selektiert werden kann (der eine 
Leiter ist weiter entfernt als der andere). Op´s können ja viel, aber 
mit einer einfachen handgewickelten Spule habe ich das nicht 
hinbekommen. Eine einzelne Ader war kein Problem, da reichen 10 
Windungen auf einem kleinen Schraubendreher, aber das war ja vorher 
schon klar.
Also habe ich ein wenig Probiert und Überlegt. Die Lösung des Problems 
ist ein Eisenkern in ω Form (siehe Bild). Jetzt funzt die Schaltung ganz 
wunderbar. Habe mal ein Video auf Youtube gestellt 
http://de.youtube.com/watch?v=hE9cbQsowOI . In dem Video habe ich die 
Schaltung mit einem 500W Halogenstrahler mit Dimmer ausprobiert.
Bin mal neugierig, ob sich da wer dran macht und versucht mit dem 
Prinzip die Stromstärke zu messen. Man kann eine unterschiedliche 
Intensität der LED bei verschiedenen Stromstärken erkennen (kommt auf 
dem Video leider nicht rüber). Mit einer einfachen erweiterung und einer 
geschickten µC-Programmierung müsste sich ein Messgerät aufbauen lassen, 
das über eine einfache Initialisierung die Stromwerte „lernt“. Wenn der 
Aufbau dann nicht mehr verändert wird, müsste ein „Messen“ 
funktionieren. Hier sind dann ehr die Leute gefragt, die eine gute 
Mischung aus „Theo-Willie“ (s.o.), Tüftler und Praktiker sind.
Viel Spaß wünscht Berthold Sommer
P.S.: Danke an Ole Stecker-Schürmann, der so freundlich war die 
Schaltung aufzubauen. Auch wenn der neue Lötkolben noch nicht da ist, 
hat alles super geklappt.
P.P.S.: @ Carsten bzgl. der Offsetproblematik: Die Schaltung habe ich 
doch mit einem Komparator und dann aber auch mit einem zweiten Poti 
versehen. Das macht die Sache einfacher, besonders wenn man mal einfach 
ausprobieren möchte. Das Poti steht nicht auf Null, habe den 
Spannungswert nicht gemessen. Außerdem kann man jetzt gut die 
Empfindlichkeit einstellen.
P.P.P.S.: Der ω Eisenkern ist einfach aus einem Stück Eisendraht, danke 
an Michael B. der so was noch rumliegen hatte. Hier liegt normalerweise 
nur Cu-Draht und der geht als „magnetischer Leiter“ halt nicht.

Hier noch die Schaltung.

@ Berthold Sommer:
Super Arbeit Berthold - Zweifellos könnte das die beste Lösung für das 
von 'lufti' vorgestellte Problem sein, wenn er einen Wechselstrom 
detektieren muß.

Mit dem 'w'-Trafo hat man halt einen geschlossenen Trafo 'kastriert', 
damit man die Primärspule im wahrsten Sinne des Wortes ganz einfach 
'aufstecken', 'einfädeln', oder wie auch immer man das nennen möchte, 
kann. Natürlich geht hier ein bißchen das Ideal des geschlossenen Trafos 
verloren - er wird halt etwas empfindlich gegen externe Störfelder. Aber 
je kleiner das offene Joch ist desto weniger empfindlich reagiert er auf 
diese Störfelder.
Positiv ist zu bewerten, das durch den Luftspalt (gegenüber einem 
gleichen geschlossenen Kern) ein größerer Strom durch die Primärwicklung 
fließen kann, bevor der Kern in die Sättigung gerät.

Ein kleines Manko hat die Schaltung allerdings noch!
Wenn man den Strom transformieren (und evtl. sogar korrekt messen) 
möchte, so muß auch auf der Sekundärseite ein transformierter Strom 
fließen können. Ein OpAmp hat (im Idealfall) einen Unendlich hohen 
Eingangswiderstand, womit also kein Stromfluß möglich ist. Ergo ist 
parallel zur Spule, also zwischen den Klemmen X1-1 und X1-2 ein 
Belastungswiderstand anzuschliessen. Sein Wert richtet sich nach dem 
Windungsverhältniss des 'w'-Trafos und dem gewünschten Skalenfaktor, 
d.h. der Strom-Spannungs-Transformation über diesen 
Belastungswiderstand. Hat der 'w'-Trafo also z.B. ein 
Übersetzungsverhältnis von 1:100, der zu messende maximale Primärstrom 
wäre +/-1A, und man möchte daraus ein +/-10V-Signal machen, so müßte der 
Widerstand einen Wert von 1 Kiloohm haben.

Natürlich haben wir mit dem +/- Signal schon das nächste Problem - 
zumindest was die von Berthold angegebene Schaltung betrifft, denn sie 
hat nur eine einfache unipolare Stromversorgung, und kann damit keine 
neg. Spannungen verarbeiten. Meine Empfehlung wäre eine bipolare (und 
symmetrische) Spannungsversorgung für den OpAmp vorzusehen oder aber den 
(+)-Eingang des ersten OpAmp auf Ub/2 vorspannen und das Messsignal über 
einen Kondensator darauf einkoppeln.

Und falls noch keiner explizit darauf hingewiesen hat: Das ganze funzt 
mit dem 'w'-Trafo auch nur dann, wenn der zu detektierende/messende 
Strom sich kontinuierlich ändert, es sich also um Wechselstrom handelt 
!!!
'lufti' hatte bei seinem (wenn ich mich nicht verzählt habe) fünften 
Post aber dann endlich bestätigt, daß es sich tatsächlich um AC handele.

Also ran an die Lötkolben und die ganze Sache dann mal aufbauen und 
austesten.

@ HildeK:
Bei einem 'normalen' Trafo möchte man ja auch die Spannung 
transformieren. Bei gegebenen Lastwiderstand ergibt sich dann der 
entsprechende Strom.
Bei dieser Applikation wollen wir aber einen Strom transformieren.
Sei die Primärwicklung nur eine Windung dann würde der sich ergebende 
Spannungsabfall an dieser einen Windung in der Region von wenigen 
Mikrovolt bewegen (ohmscher Widerstand des Teils der Leitung der die 
Primärspule bildet). Selbst bei einem Übertragungsfaktor von 1:1000 
würden aus diesen wenigen Mikrovolt nur ein paar Millivolt. Die Physik 
kann halt noch niemand überlisten. Warum sollte man sich also das Leben 
unnötig schwer machen und die Fähigkeiten eines solchen Übertragers 
nicht in vollem Umfang zu nutze machen?! Mit dem Lastwiderstand kann das 
volle Potential ausgeschöpft werden - und das durch einen kleinen 
zusätzlichen (finanziellen) Aufwand von lediglich ein paar Cent. Aber 
gut, für einen Detektor mag das evtl. hinnehmbar sein, soll der Strom 
doch irgendwann gemessen werden, so kommt man um diesen Widerstand nicht 
umhin.

@ Wolf:
Wie ich schon bei HildeK angemerkt habe, die Physik kann noch keiner 
überlisten. Aber auch ich lerne noch gerne dazu, und bin deshalb 
natürlich recht neugierig wie das denn funzen soll. Kannst Du evtl. doch 
noch die genaue Bezeichnung des 'wunderschön grünen' 
Stromzangenmessgerätes preisgeben. Momentan habe ich noch so meine 
Problem wie man das physikalisch korrekt machen kann, ohne an die 
Einzelleiter heranzukommen. Möglicherweise steckt ja auch ein Patent 
dahinter, ..., aber wer weiß?!