Elektrisch steuerbarer Widerstand für Tankanzeige--> MOSFET?

[Marco (Gast)]

Hallo zusammen,

ich baue ein Auto auf Elektroantrieb um und möchte die alte 
Füllstandsanzeige des Autos nutzen um den Ladezustand anzeigen zu 
lassen.
Das alte Poti im Tank hatte einen Bereich von 0-110Ω.
Nun muss ich das Poti durch einen elektrisch steuerbaren WIderstand 
ersetzen.
Ich habe ein PWM Signal (0V, 5V; 7,8kHz), das den Ladezustand darstellt.

Wie kann ich das Signal nun wandeln, damit die Anzeige damit klarkommt. 
Als erstes ist mir ein MOSFET in den Sinn gekommen. Aber welches?

Gibt es vielleicht eine bessere Lösung?

Besten Dank
Marco

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Marco schrieb:
> Als erstes ist mir ein MOSFET in den Sinn gekommen. Aber welches?
Vorab: es heißt der Mosfet...

> Das alte Poti im Tank hatte einen Bereich von 0-110Ω.
Was ist "voll"? Was ist "leer"?
> Ich habe ein PWM Signal (0V, 5V; 7,8kHz), das den Ladezustand darstellt.
Was ist "voll"? Was ist "leer"?


Ich würde für den Anfang mal diese Schaltung vorschlagen:

      o---o-----.
          |     |
          -     '--|
    110R | |    .->|
         | |    |--|------ PWM
          -     |
          |     |
GND   o---o-----o---------

[Achim M. (minifloat)]

Marco schrieb:
> Das alte Poti im Tank hatte einen Bereich von 0-110Ω.

War das nach Masse geschaltet?
a) Dann schnapp dir einen kleinen Mikroprozessor, der das PWM-Signal 
vermisst und ein paar Widerstände nach Masse schaltet. Etwas tricky an 
der Geschichte ist vielleicht, dass im Ruhezustand eben 110Ω anliegen 
und die Werte darunter nicht unbedingt binär, sondern durch 
Parallelschaltung erzeugt werden.

b) Was für ein Strom fließt durch das Poti?
Deine Mosfet-Geschichte ist schonmal gar nicht so schlecht:

                     ___       ___
           +--------|___|--*--|___|--*---*---o Pot
           |         R2    |   R1    |   |
           |               |         |   |
           D               |         |  .-.
           ->+          C2 =      C1 =  | | 110Ω ?
PWM o----G S |             |         |  |_|
           | |             |         |   |
GND o------*-*-------------*---------*---*---o GND

Musst mal rumtüfteln, wie sich das mit der Filterung so macht.
Die Widerstände werden sich so im Einstelligen Ohmbereich bewegen.
Geht natürlich nur, wenn 0Ω Voll ist, ansonsten ist es natürlich 
andersrum.

mfg mf

PS: Ach komm, Lothar hat recht. Sch*** auf Filterung, die Nadel des 
Instruments im Tacho ist sowieso träge genug.

[Marco (Gast)]

Danke für die Antwort.

0Ω bei vollem, 110Ω bei entleertem Tank.

In der Anleitung heißt es:
"The width of the pulse is controlled from 0 to 100% duty by the value 
of State of Charge."
So wie ich es verstehe heißt das 5V = Batterie voll, 0V = Batterie leer.

[Marco (Gast)]

Die Nadel der Anzeige ist sehr träge, sie benötigt über eine Minute um 
von "leer" zu "voll" zu gelangen.

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Evtl. hast du auch noch Potentialprobleme, läuft gerne mal mit 12V, so 
ein Tankgeber.
Einfacher wird das ganze, wenn der Geber einseitig auf Masse liegt, 
versuch das mal rauszufinden.
Nächster Versuch: miss mal den fliessenden Strom bei 0R, ca. halbvollem 
Tank und 110R, evtl. ist das ganz leicht mit einer steuerbaren 
Stromsenke zu erledigen.
Andere Ansätze:
-Motorpoti, kaum noch handelsüblich, wahrscheinlich in 100R gar nicht 
erhältlich
-mit ein paar Reedrelais eine Widerstandskette umschalten, mit 5 Stk 
schafft man immerhin schon 32 Widerstandswerte, sollte reichen.

[Marco (Gast)]

Habe nun mal ein Poti angeschlossen und den Strom vom Poti zu Masse 
gemessen.

Leer:      30mA
Halbvoll: 82mA
Voll:        125mA

Habe allerdings folgende Widerstandswerte gemessen:
Leer: ~200Ω
Voll: ~5Ω

Die 200Ω wundern mich schon etwas, da das Poti am Tank ja bei 
Vollausschlag nur 110Ω hatte.

[Harald W. (wilhelms)]

Marco schrieb:

> Nun muss ich das Poti durch einen elektrisch steuerbaren WIderstand
> ersetzen.

Das ist der falsche Weg. Dein Messinstument braucht entweder eine
veränderliche Spannung oder einen veränderlichen Strom. Das musst
Du in Form einer Tabelle feststellen. Dann kannst Du Dein Eingangs-
signal problemlos per Operationsverstärker anpassen.
Gruss
Harald

[Achim M. (minifloat)]

Mal n anderer Ansatz: Das Messinstrument ist sowieso nur ein 
Analogvoltmeter, oder? Warum also nicht einfach die PWM mit einem 
Spannungsteiler aus Widerstand und Poti runterbremsen und direkt dem 
Drehspulmesswerk anbieten?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Mini Float schrieb:
> Das Messinstrument ist sowieso nur ein Analogvoltmeter, oder?
Das ja, aber das vermeintliche
> ... Drehspulmesswerk ...
könnte auch einfach ein beheiztes Bimetall sein. Die Reaktionszeit aus 
dem Beitrag "Re: Elektrisch steuerbarer Widerstand für Tankanzeige--> MOSFET?"
deutet darauf hin...

[Jens G. (jensig)]

>> Als erstes ist mir ein MOSFET in den Sinn gekommen. Aber welches?
>Vorab: es heißt der Mosfet...

Kommt das nicht von "das Fett" ;-) ?

Wenn das eine Bimetallanzeige ist, dann ist es doch ganz einfach:
Mosfet direkt (evtl. über einen kleinen Treiber) mit der PWM ansteuern, 
und  der Mosfet treibt mit den Impulsen die Anzeige an - der Mittelwert 
wird ja vom Bimetall selbst gebildet.
Falls es doch eher eine Art Voltmeter ist, dann PWM über RC-Kombination 
glätten (Mittelwert), evtl. noch auf den nötigen Spannungspegel 
verstärken (OPV-Schaltung, notfalls Rail2Rail-Typ, falls man 12V für 
Vollausteuerung braucht), und dann ans Voltmeter.

[Jürgen Landser (Gast)]

Es gibt auch digitale Potis so als Tipp, die haben SPI, II2 oder 
ähnliche Schnittstellen. Sehr empfehlenswert wenn man keine Ahnung hat.

[Harald W. (wilhelms)]

Jürgen Landser schrieb:

> Sehr empfehlenswert wenn man keine Ahnung hat.

Du meinst insbesondere, wenn man keine Ahnung vom programmieren hat?

Aber Du scheinst ja auch keine Ahnung zu haben, sonst wüsstest Du,
das es keine 100 Ohm Digitalpotis gibt.
Gruss
Harald

[Achim M. (minifloat)]

Um rauszufinden, ob Bimetall oder Drehspule, würde ich den Tacho 
vorsichtig aufmachen. Dann gibt es auch noch die Instrumente mit zwei 
Spulen. Soll in End-90er-Autos öfter vorkommen.
Hat man beim Bimetall mit dem Temperaturbereich im Auto keine Probleme?
Wär ja doof, wenn die Tankuhr weniger anzeigt, wenn es kalt ist...
mf

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Könnte auch ein Hitzdrahtinstrument sein....

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Jürgen Landser schrieb:
> Es gibt auch digitale Potis so als Tipp, die haben SPI, II2 oder
> ähnliche Schnittstellen.
Klar, und besonders gibt es die auch mit Widerständen um 100 Ohm mit der 
nötgigen Belastbarkeit. Oder doch nicht?

> Sehr empfehlenswert wenn man keine Ahnung hat.
Warum gleich persönlich werden?

H.joachim Seifert schrieb:
> Könnte auch ein Hitzdrahtinstrument sein....
Der Weg wäre trotzdem der selbe: Transistor und PWM und fertig ist die 
Laube. Und ausserdem ist es egal, denn es ist bekannt, wie man den 
Zeiger in die gewünschte Position bringt...

[Marco (Gast)]

Wow, vielen Dank für die rege Beteiligung :)

So, ich habe nun noch die Spannung gemessen und eine Tabelle angelegt.

Zusätzlich habe ich auch noch die Werte (Strom und Spannung) der 
Analoginstrumente für die Temperatur und den Öldruck gemessen, die ihr 
als Tabelle im Anhang findet.
Diese beiden Anzeigen reagieren übrigens WESENTLICH schneller.

Es sieht nicht nach einem Bimetall aus. Ein Bild von der 
Füllstandsanzeige findet Ihr auch im Anhang.

[Abdul K. (ehydra)]

Ich würde mal schätzen, das Teil funktioniert mittels einer Art 
Wirbelstrombremse. Bei mir sind die Grundlagen für mechanische 
Meßinstrumente aber schon 30 Jahre her, also bitte nicht nach exakten 
Namen fragen.

[Mike J. (emjey)]

Marco schrieb:
> Das alte Poti im Tank hatte einen Bereich von 0-110Ω.

Das Teil scheint einfach den Strom zu messen, was du brauchst ist also 
eine einstellbare Stromsenke anstatt des 100 Ohm Potis.

[Jens G. (jensig)]

@ Mini Float (minifloat)

>Hat man beim Bimetall mit dem Temperaturbereich im Auto keine Probleme?

Üblicherweise haben die noch einen zweiten Bimetall, der nur von der 
Umgebungstemperatur abhängig ist, und dem ersten Bimetall mechanisch 
gegensteuert (wie ein OPV, der Gleichtaktstörungen eliminiert)

[Achim M. (minifloat)]

Jens G. schrieb:
> Üblicherweise haben die noch einen zweiten Bimetall, der nur von der
> Umgebungstemperatur abhängig ist, und dem ersten Bimetall mechanisch
> gegensteuert (wie ein OPV, der Gleichtaktstörungen eliminiert)

Oh, gute alte Mechanik. Ich mag so Zeugs, es funktioniert wenigstens, 
wenn es drauf ankommt.

Die gezeigte Tankanzeige ist entweder ein klassisches Drehspulinstrument 
oder eines in Wattmeter-Konfiguration, oder es findet ein 
Resolver-Prinzip Anwendung(sowas sieht man doch aber eher in der 
Avionik, zumal hier gerade mal ein Winkelbereich von 90° abgedeckt 
wird).

Bei den ersten beiden genannten Typen kann man so ziemlich direkt das 
PWM-Signal applizieren. Beim Resolver wird man um die Originalsteuerung 
kaum herumkommen, ansonsten hat man ziemliches Gefriemel. Noch ne Idee 
wäre, das Originalinstrument zu "entkernen" und ein anderes 
Drehspulinstrument einzubauen. Das wird aber auch eher friemelig.
mfg mf

PS: Die Idee mit dem Digitalpoti ist übrigens gar nicht mal so übel, 
wenn man eine Schaltung besäße, die einen Widerstandswert transformieren 
kann.
Da gabs doch mal so eine OPV-Schaltung...

[Marco (Gast)]

Mini Float schrieb:
> Die gezeigte Tankanzeige ist entweder ein klassisches Drehspulinstrument
> oder eines in Wattmeter-Konfiguration, oder es findet ein
> Resolver-Prinzip Anwendung(sowas sieht man doch aber eher in der
> Avionik, zumal hier gerade mal ein Winkelbereich von 90° abgedeckt
> wird).

Die Spule ist aber nicht drehbar ausgeführt und ein Permanentmagnet ist 
auch nicht zu sehen. Kann es vielleicht ein Dreheisenmesswerk sein? Der 
Wagen ist aus 1991. Aber dagegen würde der geringe Strom sprechen, oder?

[Achim M. (minifloat)]

Ich hab mir das Bild nochmal angesehen. Hinter der Metallskala sieht man 
einen viereckigen Kunststoffkasten. Das scheint ein modifiziertes Design 
eines in Massenware produzierten Messwerks zu sein. Sowas wie angehängt 
oder so.

Findet der Zeiger den Nullpunkt selbst oder nicht?
Was macht die Platine hinten am Meter? mf

[Abdul K. (ehydra)]

Mini Float schrieb:
> PS: Die Idee mit dem Digitalpoti ist übrigens gar nicht mal so übel,
> wenn man eine Schaltung besäße, die einen Widerstandswert transformieren
> kann.
> Da gabs doch mal so eine OPV-Schaltung...

Hm. AC-mäßig wäre das ein Trafo. Meinst du vielleicht die Stromsteuerung 
mit Massebezug? Sowas: 
Beitrag "Biplore Stromquelle 1A"

Weiß jetzt net wie das paßt, ich bin aber auch schon 20h auf :-))

[Marco (Gast)]

Mini Float schrieb:
> Findet der Zeiger den Nullpunkt selbst oder nicht?

Nein, die Anzeige bleibt beim letzten Wert stehen.
Die Anzeigen für Öldruck und Temperatur fallen beim Abschalten der 
Spannung ab.

Mini Float schrieb:
> Was macht die Platine hinten am Meter?

Dazu habe ich ein Bild angehängt.

[Achim M. (minifloat)]

@Abdul:Ja, ich hab nochmal drüber nachgedacht. Scheint tatsächlich eher 
eine Stromquelle zu sein, die Spannungsgesteuert ist.

@Marco:Das deutet auf was ganz komisches hin, aber gar nicht mal so 
unschlau.

Mal ne Vermutung:
Das Instrument hat eine irrsinnige Dämpfung eingebaut, dass es Stromlos 
in der Position bleibt. Ein Drehmagnetinstrument... Die "12V" dienen als 
magnetische Rückstellkraft, Zündung aus heißt also, dass der letzte Wert 
gespeichert ist, weil sowohl Tachoversorgung und "12V" aus sind. Ließe 
man also die 12V dauerhaft anliegen, würde das Instrument wieder auf 0 
zurückfallen. Das ganze braucht keine geregelte Versorgung, da sowohl 
Tankgeber als auch Rückstellkraft aus derselben Quelle bedient werden.

Wenn das wirklich so ist, dann könnte man der Tankgeberspule das 
PWM-Signal anbieten(Freilaufdiode, Vorwiderstand, Mosfet). Die Spule für 
die Rückstellkraft muss dann noch entsprechend auf 100% abgeglichen 
werden, aber auch aus einer stabilen Referenz betrieben werden.

mf

[Marco (Gast)]

Mini Float schrieb:
> Die "12V" dienen als
> magnetische Rückstellkraft, Zündung aus heißt also, dass der letzte Wert
> gespeichert ist, weil sowohl Tachoversorgung und "12V" aus sind. Ließe
> man also die 12V dauerhaft anliegen, würde das Instrument wieder auf 0
> zurückfallen.

Gerade getestet.
Genau so ist es. Wenn kein Poti angeschlossen ist und die 12V 
eingeschaltet werden, geht die Anzeige langsam auf die Nullposition. 
Schalte ich unterwegs die 12V ab, bleibt sie stehen.

Danke, langsam scheint sich das Geheimnis zu lüften.

[Achim M. (minifloat)]

Kannst du zu deinem "Messwerksschaltbild" posten, wie da der 
Original-Tankgeber dran hing?
Welcher Spulenanschluss ist mit welchem anderen "verbunden"?

mfg mf

[Marco (Gast)]

Das Poti im Tank, also der Tankgeber, war zwischen dem Anschluss, den 
ich Ie genannt habe und Masse geschaltet.

[Achim M. (minifloat)]

Marco schrieb:
> Das Poti im Tank, also der Tankgeber, war zwischen dem Anschluss, den
> ich Ie genannt habe und Masse geschaltet.

Dann probiers doch einfach mal mit der Stromquelle.
Wie stellst du denn 12V in deinem Elektroauto her?
Da müsste man die 12V-Spule dann auch aus einer geregelten Referenz 
betreiben. Kommt sowas auch aus dem Batteriemanagement raus? Irgendwas 
im Bereich von sagen wir mal 8..15V? Muss natürlich entsprechend 
belastbar sein.

[Marco (Gast)]

Der Traktionsakku speist ein Meanwell PSP-600-13, das auf 13,8V 
eingestellt ist. Daran kommt ein 7Ah Bleiakku.

Das sollte einigermaßen stabil sein. Ansonsten habe ich sowohl am 
Controller, als auch am Batteriemanagementsystem nen geregelten 5V 
Ausgang.
Vielleicht könnte man auch den nehmen und die Widerstandswerte 
entsprechend ändern.

Über die Belastbarkeit finde ich nichts, aber bisher wird nur der 
Stromsensor damit gespeist.

[Harald (Gast)]

Lothar Miller schrieb:
> Vorab: es heißt der Mosfet...

Wenn schon, dann richtig: MOS-Fet

[Marco (Gast)]

Harald schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Vorab: es heißt der Mosfet...
>
> Wenn schon, dann richtig: MOS-Fet

Ich glaube es ging dabei um den Artikel;)

[Achim M. (minifloat)]

Dann passt das ja mit den geregelten 13,8V :)
Die Schaltung von lkmiller in 
Beitrag "Re: Elektrisch steuerbarer Widerstand für Tankanzeige--> MOSFET?" sollte auch so 
passen.

Ich hab mal nebenher in einer Schaltungssimulation rumgespielt, das hab 
ich auch mal angehängt. Die ganzen Hilfsschaltungen oben sind nur zum 
Glätten da, weil man sonst in den Plots nur fette Fahnen sehen würde und 
keine einigermaßen stabilen Werte. In den Plots ist alles so formatiert, 
dass die Werte mit richtigen Einheiten und richtiger Skalierung 
rauskommen.
Dabei ist...
* V(tankfuellung)/1V die Tankfüllung 0..1
* V(pv)*1A die Verlustleistung am MOSFET
* V(vd) die geglättete Spannung, so wie du sie gemessen hast
* (V(cur)/1V)*1A der Strom, so wie du ihn gemessen hast.

Die Farben der verschiedenen Plots gehören, so wie sie sind, zusammen.
D1 ist eine Zenerdiode, um das Gate des MOSFET vor etwaigen 
Spannungsspitzen zu schützen. Vielleicht musst du etwas mit den Werten 
experimentieren...
mfg mf

[Marco (Gast)]

Danke Mini Float,

werde die Bauteile bei der nächsten Gelegenheit bestellen und berichten, 
wie es funktioniert.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Harald schrieb:
> Lothar Miller schrieb:
>> Marco schrieb:
>>> Als erstes ist mir ein MOSFET in den Sinn gekommen. Aber welches?
>> Vorab: es heißt der Mosfet...
> Wenn schon, dann richtig: MOS-Fet
Schön, wenn alle Recht haben:
http://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor
http://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET

Aber auf jeden Fall ist der Transistor ein männlicher, kein 
sächlicher. Darum ging es mir, wie Marco schrieb:
> Ich glaube es ging dabei um den Artikel;)

[Beltcrab (Gast)]

Für Neugierige die auf diesen Thread mit ähnlichen Problemen gestoßen 
sind

Es handelt sich Um ein sogenanntes Kreuzspulenmesswerk. Sind oft in
Fahrzeugen eingebaut worden weil sie unempfindlich gegenüber 
Spannungsänderungen sind. Die Dämfung ensteht durch wirbelströme im 
Drehwerk.Der veränderlich Strom läßt das Magnetfeld im Innern den Spulen 
etwas drehen und schleppt damit den internen Magneten der Zeigerachse 
mit.Stromlos zieht ein kleiner Magnet das Messwerk wieder zum Nullpunkt 
zurück.Beide Spulen sind in Reihe geschaltet,wobei ein paralleler 
Widerstand zur ersten Spule und der zweite Widerstand (Tankgeber) 
parallel zur zweiten Spule Geschaltet ist.Praktisch zwei Spannungsteiler 
in Reihe.Plus liegt an Spule 1.Das andere Ende der Schaltung liegt auf 
Masse.