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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie machens die kommerziellen 4-20mA -> ADC


Autor: michael (Gast)
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Moin moin,

es würde mich mal Interessieren, wie es die "Grossen" machen - ein 
Analogsignal 4-20mA (z.B. von einem Druckgeber) via 2-Draht-Interface an 
einen ADC koppeln ...

Klar geht das via einem 250 Ohm-Widerstand ... Es gibt auch ein paar 
IC's dazu (meist noch in DIP)

Aber rein theoretisch muss es ja auch "professionell" gehen oder ?

Wie aufwändig wird es dann ?

Gruss,
michael

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Suche mal nach "Weidmüller , Meßgrößenumformer"

Autor: Jankey (Gast)
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mit einem Widerstand

der erzeugt über den Konstantstrom einen Spannungsabfall der über einen 
ADC gemessen werden kann.

Fertig is der Wurstsalat,

für die ganz wichtigen kommt noch ein Strom Spannungswandler dazu :-), 
wenn zb der Spannungsabfall nicht die gewünschte spannung erreichen 
kann.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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michael schrieb:
> Klar geht das via einem 250 Ohm-Widerstand ... Es gibt auch ein paar
> IC's dazu (meist noch in DIP)

Hallo michael,

es gibt ICs, die 4-20mA zurückwandeln in 0-xV, aber das ist heute 
ziemlich obsolet, den 4mA-Offset kann man jederzeit in der Software 
rausrechnen.

An einem Widerstand gibt es grundsätzlich nichts zu verbessern, es 
werden normalerweise auch keine 5 V gebraucht, da ein ADC 0,5 oder 1 V 
genauso gut messen kann (genaugenommen besser: 5V muss man schon 
runterteilen, wenn der ADC mit +- 5V oder +- 3,3V versorgt wird). 50 Ohm 
reichen also völlig.

Der ADC-Eingang sollte eine Schutzbeschaltung gegen Überspannungen 
aufweisen. Insgesamt muss der ADC-Eingang so hochohmig sein, dass er die 
Messung nicht verfälscht, der Eingangswiderstand liegt ja parallel zum 
Messwiderstand.

Gruss Reinhard

Autor: Moritz (Gast)
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So isses Wiederstand und fertig! Das ist die professionellste, 
einfachste und beste Lösung.

Autor: Jankey (Gast)
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Einspruch! wenn man ein auflösungsfetischist is und es unbedingt nötig 
hat, wäre ein Analoges Subtrahieren der 4mA nach dem Widerstand + 
verstärker nicht so ganz abwägig...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Jankey,

>wäre ein Analoges Subtrahieren der 4mA nach dem Widerstand + verstärker
>nicht so ganz abwägig...

Zum Beispiel so, wie in Anhang.

Kai Klaas

Autor: Gerhard (Gast)
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> nicht so ganz abwägig...

"abwegig" kommt von "Weg" - man befindet sich auf "Abwegen".

Würde es ein Wort "abwägig" geben, käme das von "abwiegen" und hätte 
etwas mit dem Bewerten von im Kontrast stehenden Argumenten zu tun.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Zum Beispiel so, wie in Anhang.
Schöne Schaltung, aber wenn das schon die simplified schematic ist, 
dann will ich nicht wissen, welcher Aufwand real betrieben werden muß 
:-o

In Zeiten, in denen 16-Bit-AD-Wandler nur ein kleines Geld kosten, wird 
einfach ein Widerstand hergenommen, gewandelt und dann der Offset 
abgezogen. Dadurch gehen gerade mal 2 Bit flöten. Aber es ist in der 
Paxis allemal billiger, als die Verstärkung und den Offset abzugleichen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Lothar,

>Schöne Schaltung, aber wenn das schon die simplified schematic ist,
>dann will ich nicht wissen, welcher Aufwand real betrieben werden muß

"Simplified schematic" deswegen, weil keinerlei Filter- und 
Schutzbauteile gezeigt sind. Hätte ich den Zusatz weggelassen, dann 
hätte es sicher wieder Leute gegeben, die mir vorwerfen, daß diese 
Schaltung so nicht praxistauglich ist. Wie du siehst, wie man es macht 
ist es verkehrt.

Die Schaltung ist deshalb relativ aufwendig, weil sie symmetrische 
Eingänge hat und ursprünglich einmal eine Gleichtaktunterdrückung 
aufweisen sollte. Ist die nicht erforderlich, geht es natürlich noch 
viel einfacher.

Kai

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Jankey schrieb:
> Einspruch! wenn man ein auflösungsfetischist is und es unbedingt nötig
> hat, wäre ein Analoges Subtrahieren der 4mA nach dem Widerstand +
> verstärker nicht so ganz abwägig...

Nachrechnen: der Unterschied ist nur der Bruchteil eines Bit. Die 
Auflösung des vollen Übetragungsbereichs unterscheidet sich um den 
Faktor 0.8, das sind gerade mal 0.3 bit. Das ist u.a. deshalb so, weil 
die Erfinder des 4-20mA-Standards nicht so blöd waren, wie mancher heute 
unterstellt.

Und für die 0.3 bit alle möglichen analogen Fehlerquellen einführen? 
NEIN danke.

Gruss Reinhard

Autor: Oliver Döring (odbs)
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> Und für die 0.3 bit alle möglichen analogen Fehlerquellen einführen?
> NEIN danke.

Wo er Recht hat, hat er Recht.

Es gibt Fälle, da ist die Strom-/Spannungs-Wandlung mit einem Widerstand 
nicht sinnvoll. Zum Beispiel, wenn die Quelle am liebsten in einen 
Kurzschluß arbeitet und anderenfalls verzerrt. Viele D/A-Wandler mit 
Stromausgang mögen Spannungen oberhalb von ca. 700mV oder Impedanzen 
über 10 Ohm gar nicht. Da ist dann ein echter Transimpedanzverstärker 
besser.

Den typischen "four to twenty"-Treiberschaltungen in den Sensoren ist 
das aber egal. Deshalb Widerstand und fertig ist die Laube.

> Aber rein theoretisch muss es ja auch
> "professionell" gehen oder ?

Gerade die Profis kochen nur mit Wasser. Du wärst enttäuscht.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Nachrechnen...
Schlags kaput..
Ich hatte den Bruch komplett falsch angesetzt und 20/4 erhalten  :-(

Richtig sind natürlich 16/20 und damit 0,8  ;-)

EDIT:
> Gerade die Profis kochen nur mit Wasser. Du wärst enttäuscht.
Denn da kommt es darauf an, dass das Zeug möglichst ohne Abgleich, auf 
Anhieb und dauerhaft läuft.
Also: so viele Bauteile wie nötig, so wenige Bauteile wie möglich  ;-)

Autor: Daniel (Gast)
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und wie funktioniert das eigentlich andersrum? also aus einem AVR einen 
passiven 4-20mA Geber machen inkl. Stromversorgung?

also

+24V---->AVR_4-20mA---->Ampermeter
                            |
GND-------------------------

Konstantstromquelle mit LM317/Transistor/Mosfet ist mir ein Begriff, 
aber ich ich bin noch nicht auf den Trichter gekommen wie ich diese mit 
einem AVR regeln kann...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Hallo Daniel,

>und wie funktioniert das eigentlich andersrum? also aus einem AVR einen
>passiven 4-20mA Geber machen inkl. Stromversorgung?

Du kannst diese Technik hier verwenden:

http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/1064

Kai Klaas

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