Hallo, ich bin dabei auf der UNI ein Messsystem zu entwicklen, jedoch bin ich als Verfahrenstechnik Student an meine elektrotechnischen Grenzen gestoßen und hoffe das mir hier jemand weiterhelfen kann. Ich messe einen sinusförmigen Strom mit einer Amplitude von <50µA und einer Frequenz von 1kHz. Als Messhardware steht mir ein Modul von NI zu Verfügung mit 0-20mA Eingang. Ich habe bereits einigen von CC-OPVs gelesen, jedoch weiß ich nicht wie ich eine solche Schaltung aufbaue bzw. welchen OPV ich für diesen Anwendungsfall auswählen sollte. Ich hoffe es kann mir jemand damit helfen. Danke! Daniel
@ Daniel Treffer (invictus) >Ich messe einen sinusförmigen Strom mit einer Amplitude von <50µA und >einer Frequenz von 1kHz. Hmm. >Als Messhardware steht mir ein Modul von NI zu Verfügung mit 0-20mA >Eingang. Das ist nicht sonderlich sinnvoll für diese Messung. >Ich hoffe es kann mir jemand damit helfen. Erstmal musst du uns "helfen" Siehe Netiquette. Beschreibe dein Vorhaben gundlegend. MfG Falk
> Als Messhardware steht mir ein Modul von NI zu Verfügung mit 0-20mA > Eingang. Hast Du vielleicht auch ein Modul mit einem Spannungseingang (z.B. +/- 10V)? In diesem Fall könntest du den Strom (50 µA) mit einem Shunt-Widerstand messen (z.B. 1 kOhm, ergibt 50 mV) und dieses Signal mit einem ganz normalen OPV auf den gewünschten Pegel verstärken. Wenn du tatsächlich auf das Modul mit 0-20 mA festgelegt bist, brauchst du eine entsprechende gesteuerte Stromquelle. Das wäre aber eher eine Notlösung, ich würde das Modul mit Spannungseingang vorziehen, da musss man keinen Nullpunkt verschieben und die Schaltung ist wesentlich einfacher.
Macht man normalerweise so: Eine spannungsgestuerte Stromquelle 0-20mA "beschaffen" und Dein Eingangssignal (50 mikroampere) per Widerstand in die benötigte Spannung konvertieren. Also z.b. bei 1V: die 50 Mikroampere mit einem 20 Kiloohm Widerstand bürden.
Nix mit Shunt. Einfach einen Strom-Spannungswandler mit einem invertierenden OPV aufbauen. Der Meßstrom fließt in -IN und ein Gegenkopplungswiderstand bestimmt die Ausgangsspannung. Woher kommt dieser Strom? Davon hängt ab, wie man +IN beschaltet.
Kakadu schrieb: > Nix mit Shunt. > Einfach einen Strom-Spannungswandler mit einem invertierenden OPV > aufbauen. Ich weiß ja nicht was daran einfacher sein sollst wenn man statt eines Shunt-Widerstandes einen Strom-Spannungswandler aus einem OPV und einem Widerstand nimmt. Irgendwie wird es nur aufwendiger. > Der Meßstrom fließt in -IN und ein Gegenkopplungswiderstand > bestimmt die Ausgangsspannung. Nu benötige der TE aber 20mA AusgangsSTROM. > Woher kommt dieser Strom? Davon hängt ab, wie man +IN beschaltet. Ach nee .-))) Und wir dachten bisher immer das +IN auf GND kommt (mit oder ohne Widerstand)
>Ach nee .-))) >Und wir dachten bisher immer das +IN auf GND kommt (mit oder ohne >Widerstand) Ja, so kann man sich irren :-) >Also z.b. bei 1V: die 50 Mikroampere mit einem 20 Kiloohm Widerstand >bürden. Wer sagt denn, dass die Quelle 1V liefern kann? Ich vermute eher einen Fototransistor, der sicherlich keinen "unendlichen" Innenwiderstand aufweist.
Kakadu schrieb: > Wer sagt denn, dass die Quelle 1V liefern kann? Eben, drum hat Falk recht mit: Falk Brunner schrieb: > Erstmal musst du uns "helfen" Siehe Netiquette. Beschreibe dein > Vorhaben gundlegend. Sonst ist das nur wieder ein Ratespiel.
>Sonst ist das nur wieder ein Ratespiel.
Was hast Du gegen Ratespiele? Hier gibt es andauernd Ratespiele.
Hin und wider gibt es sogar eine Auflösung - ein paar Tage später :-)
> Sonst ist das nur wieder ein Ratespiel.
So wie es aussieht, möchte der Threadstarter einen Verstärker mit 0 bis
50 µA Eingangsstrom und 0 bis 20 mA Ausgangsstrom @ 1 Khz.
> So wie es aussieht, möchte der Threadstarter einen Verstärker mit 0 bis > 50 µA Eingangsstrom und 0 bis 20 mA Ausgangsstrom @ 1 Khz. Ich würde eher auf +/- 50µA -> 0 - 20 mA tippen.
Hallo, vielen dank für die vielen Antworten. Genauere Beschreibung meines Problems. Ich will die elektrische Leitfähigkeit von Gas/Flüssigkeitsgemischen bestimmen und daraus den Anteil der Gasphase in einer Flüssigkeit bestimmen. Dazu hab ich einen Sensor im Gemisch, welcher aus zwei Kontakten besteht und je nachdem welche Phase (Teil des Gemisches) sich darauf befindet ändert sich die Leitfähigkeit. Auf den Sensor gebe ich ein sinusförmiges Spannungssignal mit einer Amplitude mit 500mV und einer Frequenz von 1kHZ, welches auch von einer NI Hardware erzeugt wird. Am Eingang messe ich den Strom, welche ich in Matlab aufzeichne und analysiere. Das funktioniert soweit gut, nur hab ich das Problem das ich mich mit den +- 50µA nahe des unteren Bereich der Messhardware befinde. Jedesmal wenn ich meinen Messvorgang starte bekomme ich eine andere Amplitude des Sinussignals, obwohl sich an der Leitfähigkeit nichts geändert hat. Deswegen möchte ich das Signal vor dem Eingang verstärken und hoffe dadurch eine reproduzierbare Amplitude zu erhalten. Ich hoffe ich hab mein Problem damit verständlich beschrieben. Also was ich im Prinzip bauen möchte ist: -50µA bis 50µA auf -20mA bis +20mA Also die Amplitude des Signals um das 400x verstärken
@ Daniel Treffer (invictus) >-50µA bis 50µA auf -20mA bis +20mA Kann deine NI-Karte WIRKLICH negative Ströme? 0-20mA ist ein Industriestandard, dort gibt es aber keine negativen Ströme. >Also die Amplitude des Signals um das 400x verstärken Kann man machen, wenn gleich das unüblich ist. Schaltung hab ich aber nicht parat :-0, wahrscheinlich reicht ein oder zwei OPVs. MFG Falk
Was ist das für eine Meß-Hardware von NI? Typ? Wie wird der Strom gemessen? 0R-Verstärker?
Daniel Treffer schrieb: > Also was ich im Prinzip bauen möchte ist: > -50µA bis 50µA auf -20mA bis +20mA > Also die Amplitude des Signals um das 400x verstärken Muss es unbedingt in einen Strom gewandelt werden? Hat deine NI-Messhardware nicht auch einen Spannungseingang? Dann wäre das, wie schon gesagt wurde, mit einem einfachen Widerstand lösbar. Ansonsten würde ich einen Widerstand nehmen, die 50 µA in eine Spannung wandeln und das dann als Eingangssignal für z.B. den AD 694 verwenden.
Hallo, vielen Dank für die Antworten. Als Hardware verwende ich ein NI 9263 AO mit +-10V Spannungsausgängen und ein NI 9203 AI mit +-20mA. Die Hardware ist leider auf diese beiden Module beschränkt, da Matlab nicht alle Module von NI unterstützt bzw. keine anderen Verfügbar sind. Also sehe ich das richtig das die Lösung für mein Problem der Wechsel auf eine Spannungsmessung ist? Bzw. ich muss einen Widerstand einbauen die Spannung mit einen OPV verstärken und dannach mit einen Instrumenten Verstärker wieder auf eine Strom wandeln. Vielen Dank für eure Bemühungen.
@ Daniel Treffer (invictus) >Also sehe ich das richtig das die Lösung für mein Problem der Wechsel >auf eine Spannungsmessung ist? Nein, das wäre nur etwas einfacher. Einen stromgesteuerten Stromverstärker kann man auch bauen, ist nur etwas unüblich. >Bzw. ich muss einen Widerstand einbauen die Spannung mit einen OPV >verstärken und dannach mit einen Instrumenten Verstärker wieder auf eine >Strom wandeln. Ich würde einen Transimpedanzverstärker nehmen, der liefert eine Spannung. Und damit steuert man dann eine Stromquelle. Beide kann man mit einem OPV machen, Doppel-OPVs gibt es wie Sand am Meer. Transimpedanzverstärker, siehe Lichtsensor/helligkeitssensor Spanungsgesteuerte Stromquelle, siehe http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Weblinks_4 http://www.national.com/an/AN/AN-1515.pdf Das sollte klappen, 1kHz ist auch noch nicht so viel. Bei den 20mA am Ausgang braucht man nur einen etwas kräftigeren OPV. MFG Falk
Dein Strommeßmodul hat zur Strommessung Eingangswiderstände von 138 Ohm. Die max. 20mA fließen bei einer Eingangsspannung von 2,76V. Du könntest Dein Problem mit einem Strom-Spannungswandler 50µA -> 2,76V lösen. Dazu nimmst Du die Schaltung, die ich oben vorgeschlagen habe (nix mit Shunt) und verwendest einen Gegenkopplungswiderstand von 55,2 kOhm. +IN wird auf GND gelegt. Als Versorgungsspannung sollten minimal +/-5 Volt zur Verfügung stehen. Bei solch kleinen Strömen könntest Du unter Umständen Probleme mit Netzbrumm und auch mit der gemeinsamen Masse bekommen. Das hängt von Deinem Meßaufbau ab und ob Deine Meßmodule "schwebend" arbeiten (isoliert sind). Probieren!
Daniel Treffer schrieb: > Ich messe einen sinusförmigen Strom mit einer Amplitude von <50µA und > einer Frequenz von 1kHz. > > Als Messhardware steht mir ein Modul von NI zu Verfügung mit 0-20mA > Eingang. Gibt es fertig: Trennverstärker µA
Angehängte Dateien:
-
100___to_10m.PNG
2,6 KB
>Dein Strommeßmodul hat zur Strommessung Eingangswiderstände von 138 Ohm.
Wenn Kakadu Recht hat, dann sollte es die Schaltung 100µ_to_10m.PNG im
Anhang schon tun. Ich habe sie so dimensioniert, daß 100µA 10mA ergeben,
um den OPamp nicht all zu stark zu quälen.
Achtung, der Sensor muß in unmittelbarer Nähe zum OPamp angeordnet
werden, um die Streukapazitäten am "-" Eingang zu minimieren.
Vielen Dank für die Antworten. Besonderer Dank an Kakadu und Knäckebrot. Diese Lösung gefällt mir wirklich gut. Ich habe den Eingangswiderstand meines Modul gemessen. Dazu habe ich einen Eingang mit einen Ausgang verbunden. Ein konstantes DC Signal mit 200mV erzeugt und einen Strom von 723µA gemessen, was einen Eingangswiderstand von rund 276Ohm ergibt. x Ich habe den Widerstand R3 auf 725 Ohm angepasst. Bin gerade dabei die Sachen bei farnell zu suchen. Jedoch sind die Dioden 1N4151 nicht mehr verfügbar, kann ich anstelle auch die 1N4148 verwenden? Desweiteren kann ich den OPA627E durch einen OPA227PAG4 verwenden?! würde nur 1/10 der Kosten verursachen. Vielen Dank für eure Hilfe. Daniel
>Bin gerade dabei die Sachen bei farnell zu suchen. Jedoch sind die >Dioden 1N4151 nicht mehr verfügbar, kann ich anstelle auch die 1N4148 >verwenden? Klar. Du kannst auch eine BAV99 verwenden, wenn es SMD sein soll. Denk dran, daß Glasdioden kein starkes Streulicht abbekommen sollten, weil sich sonst ihr Sperrwiderstand dramatisch verringern kann. >Desweiteren kann ich den OPA627E durch einen OPA227PAG4 verwenden?! Wenn dich der höhere "Input Bias" Strom nicht stört, kannst du auch einen OPA227 verwenden. >würde nur 1/10 der Kosten verursachen. Dem guten Prof ist Qualität wichtiger! Nimm den OPamp, der dort am besten funktioniert und nicht einen der besonders billig ist... Denk noch mal an die Streukapazität am "-" Eingang des OPamp! Der OPAmp gehört in unmittelbare Nähe des Sensors. Wenn du abschirmen mußt, dann achte auf niedrige Streukapazitäten zur Signalmasse. Außerdem: Der Eingang ist mit den Dioden nur mäßig geschützt. Es ist unbedingt eine Strombegrenzung in der Quelle nötig. Dein NI-Teil scheint ja eine Strombegrenzung zu enthalten. Vergewissere dich noch einmal, daß das stimmt! Auch gegen ESD ist das Teil mit den viel zu langsamen Dioden nur mäßig geschützt. Achte also auf Potentialausgleich, bevor du irgend etwas zusammenstöpselst, gerade jetzt im Winter! Das gilt besonders, wenn du mit brennbaren Gasen/Flüssigkeiten hantierst!!
Nimm den OPA227 und lege direkt vor +IN und -IN einen Widerstand mit 1k. Der OPV hat intern schon Schutzdioden und die Widerstände würden im Fehlerfall den Strom begrenzen. Eigentlich könnte man den Sinus auch gleichrichten und unipolar weiter verarbeiten. Im Grunde interessiert doch nur der Spitzenwert, wenn ich es richtig verstehe.
Hallo, ich hab mir gerade die Komponten (beide OPAs) bestellt, inklusive Sockel für den OPV. Ich hoffe die Lieferung trifft in den nächsten Tagen ein. @Kakadu, ich verwende für meine Auswertungen die RMS Werte des Signalverlaufs. Zur Zeit lese ich das Sinus Signal ein und berechne mit Matlab die RMS Werte. @Knäckebrot: Der Analoge Ausgang kann maximal 1mA liefern, sollte also kein Problem darstellen. Danke!! Daniel
>Zur Zeit lese ich das Sinus Signal ein und berechne mit >Matlab die RMS Werte. Womöglich noch mit double Genauigkeit? Du willst wohl Dein Silizium auf Trab halten :-) Wenn nichts dagegen spricht, würde ich Rechtecksignale erzeugen und jeweils vor der nächsten Flanke den Strom in dieser Phase erfassen. Da muß man dann keinen RMS-Wert berechnen.
>@Knäckebrot: Der Analoge Ausgang kann maximal 1mA liefern, sollte also >kein Problem darstellen. Dann würde ich an meiner Schaltung nichts ändern.
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