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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 4mA-20mA Strom messen ohne OPV, nur mit Widerstand?


Autor: Tom (Gast)
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Hallo, ich hab ne Frage zur Strommessung mit einem Shunt. So wie ich das 
bisher gelesen habe, brauch man dazu einen solchen Shunt (= 
niederohmigen Widerstand) um mit dem Strom ne Spannung zu bilden, evtl 
nen OPV zum Verstärken/abschwächen der Spannung und nen Optokoppler vor 
dem µc zum Schutz.
Jetzt würd ich nur gerne wissen: wenn mir egal ist, was mit dem Strom 
nach der Messung passiert, und ich außerdem davon ausgehen kann dass ich 
nur Ströme von 4mA-20mA messen werde, kann ich dann nicht einfach am µc 
nen 250 Ohm Widerstand zwischen AD Wandler und Erde legen, da den Strom 
drüber laufen lassen und somit meine 5V-1V Spannung aufnehmen? Spricht 
etwas dagegen, nen so großen Widerstand zu benutzen, wenn mir egal ist, 
dass da Leistung verloren geht?
Und wenn ich doch nen OPV, shunt und optokoppler benutzen soll, kann mir 
jemand vielleicht sagen welche Teile/Modelle da geeignet sind? Ich bin 
relativ neu dabei und bei den meisten Teilen weiß ich nicht worauf es 
ankommt. Wozu brauch ich zB bei nem Optokoppler nen Vorwiderstand, und 
wie groß muss der sein?
Also, ich bin für jede Hilfe dankbar.
Grüße
Tom

Autor: B.A. (Gast)
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Also der erste Absatz scheint recht intelligent zu sein, die zwei die 
danach kommen sind recht verwirrend.

Du musst dir mal merken was dir von einem Lehrer in der 7.(?) Klasse mal 
erzählt wurde.
Er sagte damals R=U/I

Und damit ist alles gesagt, den Rest findest du jetzt selbst raus.

Autor: David P. (chavotronic)
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Was möchtest du denn messen?

Autor: Stefan Kunz (Gast)
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kurz und knapp
Ja es ist möglich, nur das dein "Shunt"-Widerstand dann ehr ein 
Messwiderstand ist.
Musst nur berücksichtigen was für einen AD-Wandler du nimmst und mit 
welcher Referrenzspannung du den AD-Wandler "fütterst"

Autor: Tom M. (tomsen)
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Also erstmal danke an alle.

B.A.: Ja as is schon klar, deswegen die 250 ohm.. dann hätte ich bei 4mA 
ne Spannung von 250 Ohm * 4mA = 1V und bei 20mA ne Spannung von 250 Ohm 
* 20mA = 5V... d.h. mit nem 10 bit AD Wandler hab ich für den Bereich 
1V-5V 800 Schritte, das würd mir reichen (oder ich nehm nen Wandler mit 
mehr Auflösung). Das alles geht natürlich nur solange der Widerstand 
zwischen AD Wandler und Erde im µc unendlich ist, aber davon kann ich 
wohl ausgehen.
Die Sache ist ja, in meinen Augen müsste das klappen, und fertig. Ich 
hab halt nur bei aller Recherche immer nur was von shunt+OP+opto 
gelesen, und mich gefragt, wieso nich einfach "hochohmiger" 
Widerstand+evtl opto reichen würde. Jedenfalls wenn mich nicht stört, 
dass Leistung flöten geht.

David: 4mA-20mA halt

Stefan: Gut zu hören, danke. Ich würde fürn µc eben 5V nehmen.

Und die zweite Frage, zum Vorwiderstand beim Optokoppler... ich hab 
jetzt hier und da was übern Opto gelesen, und dass der als Schutz vor zB 
Spannungsspitzen so nen Widerstand brauch, aber wie groß ich den wählen 
muss, oder welchen Opto ich nehmen sollte, weiß ich immernoch nicht. 
Wonach wird das entschieden?
Jedenfalls ist so ein linearer Optokoppler (zB 
http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=76158 ) schon teurer als ein mega48, da 
lass ich den wohl eher weg.

Nochmal danke soweit, ciao
Tom

Autor: David P. (chavotronic)
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Ja schon klar, aber wo kommen die Ströme her.
Der Grund von den fast 0 Ohm beim Shunt wird wohl auch sein, den zu 
messenden Strom nicht zu verändern (Wg Spannungsabhängigkeit des 
Stroms).
Wenn du den messenden Strom aus Stromquellen beziehst ist das ja ok.

Autor: Tom M. (tomsen)
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Der Strom ist das Messignal von nem Druckmessumformer. Da könnte es 
tatsächlich glatt sein, dass ich doch nen shunt und opamp nehmen muss...
Also dann würd ich nen 1 ohm Widerstand (zB 
http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=11402 ) nehmen als shunt , nen LM358 
und ein paar Widerstände für die opamp Schaltung um die 4mV..20mV auf 
0..5V zu ändern, und evtl nen linearen optokoppler... wär das so 
vernünftig?
Oder sollte ich auf den opto verzichten, wenn der teuerer ist als der 
mega48 den er schützen soll? Wie gesagt, ich bin recht sicher dass die 
20mA und somit 5V nicht überschritten werden. Außer natürlich 
Spannungsspitzen beim Einschalten oder so, damit kenn ich mich nich so 
aus.
Danke, ciao
Tom

Autor: B.A. (Gast)
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Wenn dein Druckmessumformer einen genau definierten Strom liefert ist 
das ja wirklich gut.

Also brauchst du keinen OpAmp und keinen Optokoppler!

Zum Schutz deines mega48 machst du folgendes:
- die Referenz von der externen Spannung (5V) auf die interne Referenz 
legen (2.54V) !
Das hat den Vorteil dass deine interne Referenz oftmals genauer ist als 
irgend ein 7805 und nicht schwanken kann.
Wenn die Spannung zwischen 2.54 und 5V liegt ist immer noch alles in 
Ordnung, als ADC Wert wird 1023 angezeigt.

- Am ADC Eingang kannst du einen Widerstand anlöten, er verfälscht dein 
Messergebnis nicht und verhindert bei einer Spannung über 5V dass zu 
viel Strom in den Eingang fließt.

Nimm 10kOhm als Schutz für den Eingang.
Man könnte auch größere Werte (2MOhm) nehmen, aber da der Eingang doch 
eine ganz kleine Kapazität hat würde man da vielleicht Fehler beim 
messen erzeugen.

Welche Spannung kann dein Druckmessumformer denn maximal bereitstellen?
Von dem geht ja die Gefahr aus.

Autor: Gast (Gast)
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>LM358 und ein paar Widerstände für die opamp Schaltung
>um die 4mV..20mV

mV oder mA???

Denke mal du meinst mA. Also wiederstand hin (lieber <250 Ohm da 
Referenz wahrscheinlich 5V sind und nen bisl Puffer sinnwoll ist)
und Zack damit an den Pin des ADC. 20mA zerstören nicht deinen µC falls 
was schief laufen sollte...

Autor: Gast (Gast)
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oO Widerstand natürlich -.-

Autor: Gast Posti (Gast)
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Hi

Wenn der Sensor 4-20mA liefert - bei irgend einer Spannung ist der 
Sensor 'am Ende' - kA, ob dort die Schutzkleinspannung greift oder 
welche Spannung da rausgehauen wird.
Wenn der Sensor die Spannung soweit nach Oben schieben kann, daß Du die 
5V Spannungsfall an Deinen Widerstand hast und trotzdem der Rest der 
Schaltung die 4-20mA 'mitlesen' können (können ja mehrere Messwerke 
sein), denke ich, daß Nichts gegen die Methode 'nur ein Widerstand' 
spricht.
Obwohl, vll. noch die Tolleranz - aber das könnte man auch dann im 
Programm abgleichen.

Was passiert, wenn Du die 250 Ohm in den Stromkreis einschleifst?
Fließen dann noch diese 4-20mA?
Wie hoch ist die Spannung am Sensor? (Der muß die Spannung ja liefern 
damit diese 4-20mA fließen)
Und fließt auch der Strom, den der Sensor fließen lassen will?

Wieviel Strom abgegeben wird konnte man teilweise in den Sensoren 
(Menüführung, Klärwerkzeugs) ablesen - ob der Wert auch das ist, was 
fließen MÜSSTE (Messwert wird ja angezeigt) muß man vergleichen, ob der 
Strom Dem entspricht, was da fließen soll.

Jesses ... wenn die Zeichenfehler sich in Grenzen halten ist dieser Post 
mal echt Deutsch ;)

MfG

Autor: Gast Posti (Gast)
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... ok, etwas viel Deutsch - einige 'ob der' sollte mal vll. 
'rauskürzen' ...

MfG

Autor: Tom M. (tomsen)
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Hm. Mal sehen ob ich da noch durchsteige.
Also VREF auf VCC legen heißt einfach die beiden zu verbinden? Aber dann 
benutz ich doch die "schwankenden" 5V als Ref...
Und welche Spannung der Messkopf bereitstellen kann weiß ich nicht, 
betrieben wird er mit 24V.
Und ob der Strom bei den 250 Ohm unverändert bleibt weiß ich auch nicht 
:(

Hm. Also mein Plan sieht dann derzeit so aus (mit Atmega8): 
http://i43.tinypic.com/2mma137.png
Also VCC und VREF verbinden, 10k annen ADC, dahinter nen 250 Ohm 
Widerstand, über den die 4..20mA laufen.
Ich hab auch noch die Schaltung ausser pdf vom Messumformer reingepackt, 
die kommt mir etwas komisch vor, da die 24V Versorgungsspannung über 
dieselben Leitungen gehen die das 4..20mA Signal. Kann das so klappen?
Ansonsten würd ich halt doch statt der 250 Ohm nen Shunt (kann ich da 
einfach nen 1 Ohm Widerstand nehmen?) und dahinter zwei OPV zum 
Verstärken benutzen.

Hm. Ich hoffe ich hab mit dem Schaltplan da nich total ins Klo 
gegriffen.

Danke schonmal für alle Tipps, ciao
Tom

ps. wie erkenne ich ob das http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=45025 ein 
15.24mm oder 7.62mm breiter Chip ist? Also wegen dem Sockel? Das Foto 
muss ja nich stimmen...

Autor: Peter Bandhauer (basejump)
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Ich weiß ja nicht was euch hindert, aber ich verwende gerne ein paar 
100nF Kerkos parallel, dazu noch ein Elko (47µF) das ist dann auch 
sicher.

Wenn du die 5V als Referenz nimmst fehlt dir jeglicher Schutz, der Strom 
würder dann über den Eingangspin des ADC über die interne Diode in die 
Versorgungsspannung fließen.

24-5=19V
Das läuft über den 10k Widerstand .. sind 1.9mA die da rüber fließen.
Wenn dein Controller mehr als 1.9mA verbraucht wird dein 
Festspannungsregler im Falle dass die 24V am 250 Ohm Widerstand anliegen 
einfach nicht so stark belastet.


Bei 5V/20mA = 0.1Watt Verlustleistung wird der Widerstand schon recht 
warm.
So ein 1-10 Ohm Widerstand würde da schon erheblich weniger an Leistung 
verbraten, so extrem weit runter solltest du aber nicht gehen.

Bei diesem einem Ohm musst du einen Opamp nutzen und die Spannung 250 
fach erhöhen.
Da so ein normaler LM358 kein Rail_to_Rail Opamp ist brauchst du als 
Versorgung min. 1.5V mehr als maximale zu messende/auszugebende 
Spannung.
Du kannst dir auch eine externe Referenzspannung von 2.048V besorgen, 
dann braucht man nicht so viel zu rechen.
Weshalb magst du die 2.54V nicht? Gibt es damit bei dir Probleme?


> wie erkenne ich ob das ein 15.24mm oder 7.62mm breiter Chip ist?
ATMEGA 8L8 DIP - Das Foto ist nur so ein "Symbolfoto"
Schau mal ins Datenblatt, da steht 7.62 bis 8.255mm


Was gedenkst du damit zu tun? (tja meine Neugier)

Autor: harry (Gast)
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hi,
für deine Anwendung ist die 250Ohm Variante doch garnicht übel, 
berücksichtigen musst du allenfalls, dass bei 20mA der Shunt sich ein 
wenig aufheizt und damit das Messergebnis leicht abgefälscht wird.
Wegen zu hoher Spannung muss man sich eher keine Gedanken machen, die 
Messumformer werden in der Regel von 8...30V betrieben, bei 8V ist die 
Bürde mit 250 Ohm dann aber schon zu hoch, ca. 6V 'fallen ja am 
Drucksensor ab' (wenn man das mal so sagen kann)
Wir setzen in unseren Steuerungen 2x124 Ohm in Serie ein, ist 
betriebssicher und zuverlässig, zwar nicht auf's µ genau, aber das sind 
die Sensoren auch nicht. Die 1-5V kannste dem ADC via 10K zuführen, 
Über- und neg. Spannungsschutz machen dann die Dioden im AVR. 100nf (war 
ober schonmal erwähnt) runden die Messung ein wenig, meist 'zappeln' die 
Sensoren ja ein wenig.
Grüssens, harry

Autor: Tom M. (tomsen)
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So nochmal vielen Dank für die ganzen Infos. Was ich lustig fand: der 
zweite Treffer für eine google Bilder-Suche nach "atmega8" (hab ich 
gemacht um die Pinbelegung nochmal nachzusehen) ist dieser hier: 
http://tinyurl.com/besshz . Das ist nicht nur genau meine Anwendung 
(Druckmesser mit 4..20mA, fand ich schon nen krassen Zufall), sondern 
auch genau die Lösung mit 250Ohm. Scheinbar hatte schonmal jemand das 
gleiche Problem :)
Was ich damit zu tun gedenke, ist halt den Druck in einer Gasflasche 
laufend per rs232 in ner log-datei mitzuschreiben. Ist für so n 
Experiment inner Uni. Achja und etwas über µc Technik will ich dabei 
auch noch lernen :)
Und mit den 2.45 V hab ich keine Probleme, ich kenn mich einfach noch 
nich so aus. Das sind alles ne Menge infos, und da die meisten Begriffe 
für mich neu sind nehm ich lieber erstmal ne Lösung die ich halbwegs 
verstehe. Sind die 2.45V intern jetzt stabiler als ne externe Spannung? 
und ist es ratsam die zu nehmen weil ein nicht-rail-to-rail-opamp mit 5V 
Betriebsspannung 2.54V erreichen kann, nicht aber 5V?
Was wär denn n Standard rail-to-rail opamp (== er kann mit 5V 
Betriebsspannung auf 5 V verstärken?)
Und wo soll ich immer so 47nF/100nF elkos hinsetzen? Zwischen AGND und 
meinen ADC Pin, gegen Schwankungen? Und dann noch zusätzlich zwischen 
AREF und VCC? Die elkos scheinen mir sehr beliebt zu sein, immer mal 
zwischen VCC und GND und so...
und vor allem: "24-5=19V Das läuft über den 10k Widerstand" versteh ich 
nicht.. so wie ich das sehe ( http://i43.tinypic.com/2mma137.png ) 
fallen die 24V komplett überm Druckmesser ab, jedenfalls ist der ja ncih 
in Reihe mit den 10kOhm, oder?
Naja. Hauptsache ist dass der Druckmesser nich beschädigt wird, aber das 
dürfte ja nich passieren, solang ich den einfach mit 24V versorge... 
höchstens meine Schaltung verbrutzelt evtl mal, aber die kost ja nich so 
viel.
Danke nochmal, tschö
Tom

Autor: Gast (Gast)
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Autor: Ulrich (Gast)
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Die 47 nF oder 100 nF Kondensatoren gehören an die Versorgungsspannung, 
gang dicht an die GND-VCC und AGND-AVCC Pins.


Die interne 2,5 V Referenz ist eventuell etwas stabiler als der externe 
5 V regler. Der Hauptvorteil ist aber, dass man so etwas Reserve für 
höhere Ströme hat. Der Widerstand müßte dann halt nur etwas kleiner 
(z.B. 120 Ohm) werden um auf rund 2,5 V maximalwert zu kommen. Als 
Nebeneffekt ist dann auch die Erwärmung nur noch die Hälfte.

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