Moin, ich bin von Natur aus Softwaremensch und habe ein ähnliches Problem wie hier: Beitrag "hohe Spannung mit ADC messen" Ich versuche mein Problem aber etwas präziser zu beschreiben, noch ist auch nichts konkret ausgearbeitet und ich lass das auch von einem Fachmann entwickeln, mir gehts erstmal nur ums Konzept, ich hab davon mal eine Skizze angehangen. 1) Zum einen muss eine Hochspannung (0-7kV) erzeugt werden, R1 ist im Prinzip eher ein großer Plattenkondensator, über den aber etwa 10^-7A fließen. (Das ist ein Physikalisches Bauteil, den Strom zu erzeugen ist hier quasi die Aufgabe). 2) Der Strom durch R1 und die Spannung die dort abfällt soll gemessen werden. 3) Durch R2 soll ein definierbarer Strom geleitet und gemessen werden. Am Ende soll alles möglichst von einem Microcontroller zentral gesteuert und per USB an den Computer weitergeleitet werden. Ich hab hier z.B. ein Stellaris Launchpad, mit dem ich relativ vertraut bin. Dazu soll natürlich die Niederspannungsseite von der Hochspannung sauber getrennt werden. Meine Hauptsächliche Frage ist nun: Wie würdet ihr die Kommunikation zwischen HV und Erdpotential lösen? Mein Fachmann schlägt vor, einen seriellen Bus über nen OK zu schicken. Jetzt hat sich in der Vergangenheit aber gezeigt, dass Microcontroller auf der Hochspannungsseite gerne mal abstürzen (Aufgrund von kleinen Entladungen). Ich würde ja einfach jede Mess- und Stellgröße per PWM über je einen Optokoppler senden, das sei aber kein modernes Schaltungsdesign und die Messungen sollen nicht so genau sein. Dafür hab ich dann auf Hochspannungsseite nur analoge Elektronik, die nicht abstürzt. Ich brauche da einfach mal eine Drittmeinung. Ist es so schlecht, sowas über PWM zu übertragen? Sind Analog zu PWM Wandler so unpräziser als normale ADCs? Die Auflösung von allem sollten so Zehntel sein, also 1/10 mA, 1/10 kV, die Hochspannung soll mit etwa 10Hz, der Strom durch R1 mit etwa 5-10kHz, der durch R2 mit etwa 100Hz gemessen werden. Vielen Dank, alleine schonmal für das Lesen des langen Beitrags. Lieben Gruß Mathias
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Mach dir über das Thema "modern"/"unmodern" nicht so einen großen Kopf. Es ist dein Projekt indem du entscheiden darfst, wie es gemacht wird und wie nicht. Es muss nur laufen. Das mit dem Optokoppler ist meiner Meinung nach eigentlich ein guter Ansatz, wenn man den Hochspannungskram von der restlichen Elektronik ordentlich getrennt haben mag.
Natürlich ist es mein Projekt, aber jetzt hab ich nunmal von Elektronik nur sehr begrenzt Ahnung. Wenn unmodern das einzige Argument dagegen ist, setzt ich mich schon durch. Also, was spricht noch gegen PWM oder für Seriell? (Wenn es da nichts gibt, wirds eben PWM.) Danke auf jeden Fall schonmal für deine Meinung.
Auch wenn es inzwischen isolierte analog-analog Koppler gibt (Avago und TI zum Beispiel) und wunderschöne und schnelle Digitalkoppler kommen bei deinen Isolationsanforderungen fast nur Optokoppler oder trafolösungen in Frage. Dabei dürfte der Optokoppler das kleinere Übel sein. Wenn Du etwas Abstand haben willst kannst du auch gleich auf Faser gehen. Die Toslink (auch Photolink, S/PDIF und ein paar andere Bezeichnungen tauchen auf) Geschichten von Toshiba, Sharp, Liteon und ein paar anderen sind preiswert und die billigen "Glasfaserkabel" (korrekt POF) aus dem Audiobereich passen. Für richtig hübsch hat Texas Instruments den ADS1203 Delta Sigma Modulator. Das Ausgangssignal auf Optokoppler oder Faser und am anderen Ende entweder Tiefpass filtern und auf einen ADC oder direkt Digital auswerten. schönen Abend Hauspapa
Mathias M. schrieb: > ) Zum einen muss eine Hochspannung (0-7kV) erzeugt werden, R1 ist im > Prinzip eher ein großer Plattenkondensator, über den aber etwa 10^-7A > fließen. (Das ist ein Physikalisches Bauteil, den Strom zu erzeugen ist > hier quasi die Aufgabe). > 2) Der Strom durch R1 und die Spannung die dort abfällt soll gemessen > werden. > 3) Durch R2 soll ein definierbarer Strom geleitet und gemessen werden. Das Schaltbild ist verwirrend. Wenn R1 ein Kondensator ist dann zeichne ihn als Kondensator und nicht als R? Wenn er auch einen Ohmschen Anteil hat dann zeichne zusätzlich den Innenwiderstand. Redest du von Gleich oder Wechselspannung? Zeiche den Schaltplan um, wenn möglich Plus oben und Spannungsquelle links. Gibt es zwei Spannungsquellen? Oder ist eine eine Stromquelle? Daten an die Quellen, was ist es und welche Werte. Versuche alle Strommessungen auf der Masseseite zu machen so denn möglich. Daten an die Messgeräte, was misst du, Strom oder Spannung, und welcher Bereich.
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Vielen Dank Hauspapa für deinen Beitrag. Delta Sigma Modulator war ein Wort, dass ich schon länger gesucht aber nie gefunden hab. Wie wertet man sowas Digital am besten aus? Der uC ist wahrscheinlich zu langsam für sowas. Und nen FPGA/CPLD möchte ich dafür nicht unbedingt nutzen. Und auch Dank an Udo, ich hatte ja schon befürchtet, dass ihr mit meiner Zeichnung nicht viel anfangen könnt. Ich hab sie nochmal ein wenig umgebaut. Vielleicht liegt es auch daran, dass ich das als Pseudoschaltplan (analog zu Pseudocode, gibts sowas offiziell?) bezeichnen würde. Also an C1 sollen zwischen 0-7kV anlegbar sein, R1 ist der Innenwiderstand, der liegt bei ~100GOhm. Die Spannung soll mit U1 überprüft werden, und I1 den fließenden Strom messen, der muss vorher logarithmiert und so zwischen 10^-8 und 10^-5 gemessen werden. Zusatzlich soll durch R2 (~400 Ohm) ein definierbarer Strom fließen können, der soll von I2 gemessen und von der zweiten eingezeichneten Spannungsquelle erzeugt werden, dabei ist Spannungsquelle vermutlich das falsche Bauteil, ich weiß leider nicht wie ich sowas sonst einzeichnen soll. (Anmerkung: Der Plan hat sich dabei etwas geändert, R2 hängt jetzt nicht mehr an U1, das sollte aber keinen großen Unterschied machen.)
Der Strom I2 wird also durch eine Strom oder Spannungsquelle parallel zu R2 geprägt. Und es ist richtig, daß der Pluspol dieser Spannungsquelle mit dem Pluspol der 0-7kV Spannungsquelle verbunden ist? Wenn man die beiden Pluspole der Spannungsquelle als gemeinsame Masse nehmen könnte, dann könnte man die Strommessungen auf dem Massepotential durchführen. Man hätte dann halt neg. Spannungs bzw. Stromquellen. Solange die verwendeten Quellen Potentialfrei sind, macht das keinen Unterschied. Die Strommessung wäre komplett hochspannungsfrei.
Udo Schmitt schrieb: > Der Strom I2 wird also durch eine Strom oder Spannungsquelle parallel zu > R2 geprägt. Genau. > Und es ist richtig, daß der Pluspol dieser Spannungsquelle mit dem > Pluspol der 0-7kV Spannungsquelle verbunden ist? > Wenn man die beiden Pluspole der Spannungsquelle als gemeinsame Masse > nehmen könnte, dann könnte man die Strommessungen auf dem Massepotential > durchführen. Tatsächlich ist die Polung relativ egal, ich glaube aber fast, das weitere (hier noch nicht beschriebene) Umstände dieses Vorhaben verbieten. Ich werde das aber nochmal genauer prüfen. > Die Strommessung wäre komplett hochspannungsfrei. Kann man für Laien kurz erklären, was bei der Strommessung auf Hochspannungsseite das Problem ist?
@ Mathias M. (matjes) >Und auch Dank an Udo, ich hatte ja schon befürchtet, dass ihr mit meiner >Zeichnung nicht viel anfangen könnt. Ich hab sie nochmal ein wenig >umgebaut. Besser, aber noch nicht gut. >Vielleicht liegt es auch daran, dass ich das als Pseudoschaltplan >(analog zu Pseudocode, gibts sowas offiziell?) bezeichnen würde. Warum kein richtiger Schaltplan? >Also an C1 sollen zwischen 0-7kV anlegbar sein, R1 ist der >Innenwiderstand, der liegt bei ~100GOhm. Das ist kein Innenwiderstand, das nennt man eher Ableitwiderstand. > Die Spannung soll mit U1 >überprüft werden, und I1 den fließenden Strom messen, Hier ist schon das erste Problem. So hochohmige Sachen muss man Stromrichtig messen. Denn in der jetzigen Schaltung misst du den Strom durch dein C1/R1 PLUS U1, deinenn Spannungsmesser. http://de.wikipedia.org/wiki/Stromrichtige_Schaltung > der muss vorher >logarithmiert und so zwischen 10^-8 und 10^-5 gemessen werden. Warum? 10nA bis 10µA kann man linear messen, ggf. mit Messbereichsumschaltung. Die Logarithmierung macht man ungern, weil nicht so einfach und fehlerbehaftet. >Zusatzlich soll durch R2 (~400 Ohm) ein definierbarer Strom fließen >können, der soll von I2 gemessen und von der zweiten eingezeichneten >Spannungsquelle erzeugt werden, dabei ist Spannungsquelle vermutlich das >falsche Bauteil, ich weiß leider nicht wie ich sowas sonst einzeichnen >soll. Wieso nicht? wie bereits gesagt kann man die Strommessungen auf der Masseseite machen, damit ist das alles kein Thema und man braucht auch keine großartige HV-Isolation udn Optokoppler. Es wenig Schutz ist aber schon angebracht, falls mal was durchschlägt.
@ Mathias M. (matjes) >> Die Strommessung wäre komplett hochspannungsfrei. >Kann man für Laien kurz erklären, was bei der Strommessung auf >Hochspannungsseite das Problem ist? Die Hochspannung und die damit nötige Isolation. Und für einen Laien wie dich ist dieses Projekt definitiv nichts. Lass es einen Fachmann manchen.
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Falk Brunner schrieb: > Besser, aber noch nicht gut. > Warum kein richtiger Schaltplan? Weil den ein Fachmann macht und ich von den Details keine Ahnung habe. Keine Sorge, Ausarbeiten lass ich das einen Fachmann. > Hier ist schon das erste Problem. So hochohmige Sachen muss man > Stromrichtig messen. Denn in der jetzigen Schaltung misst du den Strom > durch dein C1/R1 PLUS U1, deinenn Spannungsmesser. Guter Hinweis, das ist im neuen Plan jetzt korrekt oder? >> der muss vorher >>logarithmiert und so zwischen 10^-8 und 10^-5 gemessen werden. > Warum? 10nA bis 10µA kann man linear messen, ggf. mit > Messbereichsumschaltung. Tatsächlich hab ich da nie drüber nachgedacht, das hat mein "Fachmann" vorgeschlagen. Bekommt man eine Messbereichsumschaltung sauber hin, oder hat man an den Schaltpunkten dann plötzlich Nichtlinearitäten oder beim Schalten irgendwelches Zappeln? Danke auf jeden Fall für deine Beiträge!
@ Mathias M. (matjes) >Guter Hinweis, das ist im neuen Plan jetzt korrekt oder? Ja. Aber es fehlt ein Massezeichen, damit man weiß, wo der Erdbezug ist. Und dann sollte man die Strommessungen auf die Masseseite ziehen. >vorgeschlagen. Bekommt man eine Messbereichsumschaltung sauber hin, Wenn man es richtig macht. > oder >hat man an den Schaltpunkten dann plötzlich Nichtlinearitäten oder beim >Schalten irgendwelches Zappeln? Naja, beim Umschalten wird es schon zappeln. Wie groß ist denn die WIRKLICH benötigte Auflösung und Genauigkeit ? Und wie schnell soll gemessen werden?
Also zwischen 10^-8 und 10^-5 sollte es bei 10 Hz so auf 1-5% des Wertes genau sein. Ich würde sonst auch schneller Messen und die Werte dann mitteln um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Wie kurz bekommt man denn die Umschalt-Zappel-Zeit? Wenn mal 0.2s die Messwerte etwas daneben liegen ist das nicht so problematisch, viel mehr wäre schon schlechter.
Nachtrag: Vielleicht brauch es nichtmal so genau zu sein. Mir geht es vor allem darum, dass das ganze qualitativ richtig und somit relativ rauschfrei ist. Wenn es bei 10Hz nicht rauscht (<5% des Messwertes) ist das ok. Wenn dann noch ein Absoluter Fehler von 5% dazukommt ist das zu verkraften. Ich glaube das sind ziemlich harmlose Anforderungen oder?
@ Mathias M. (matjes)
>Ich glaube das sind ziemlich harmlose Anforderungen oder?
Ja.
Mathias M. schrieb: > Ich würde sonst auch schneller Messen und die Werte dann > mitteln um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen. Durch Mitteln wirds aber nicht genauer. Du hast bestenfalls weniger Probleme mit dem Aliasingeffekt. Gruss Harald
Harald Wilhelms schrieb: > Durch Mitteln wirds aber nicht genauer. Du hast bestenfalls weniger > Probleme mit dem Aliasingeffekt. Ja entschuldige die falsche Wortwahl. Stabiler wird das Signal und durch einmessen kann ich das dann genauer bekommen...
Mathias M. schrieb: > Jetzt hat sich in der > Vergangenheit aber gezeigt, dass Microcontroller auf der > Hochspannungsseite gerne mal abstürzen (Aufgrund von kleinen > Entladungen). Das muß nicht sein. Man braucht dazu allerdings reichlich Erfahrung im Hochspannungsdesign (Schaltung, Platine). Das ist nichts für Anfänger. Wir setzen seit fast 20 Jahren MCs auf 5000V floatend ein, ohne Probleme. Es sind robuste 8Bitter (AT89C2051) an 5V auf 2lagen-Platine. Die Kommunikation erfolgt per UART über 10kV Optokopppler. Wir haben auch MCs (AT89C51CC01) auf 18000V floatend mit Lichtleiter zur Kommunikation. Zur Versorgung dient ein Öltrafo.
Peter Dannegger schrieb: > Das muß nicht sein. Man braucht dazu allerdings reichlich Erfahrung im > Hochspannungsdesign (Schaltung, Platine). Das ist nichts für Anfänger. Dem möchte ich nicht widersprechen. Braucht ihr die MCs für etwas spezielles, oder nur simples Messen und Regeln? Letzteres ist nämlich meine Aufgabe und wenn ihr auch "nur" was simples auf Hochspannungsseite macht, wüsste ich gerne eure Gründe für MCs. Bzw. hast du Argumente, die gegen einen simplen analogen Aufbau sprechen und für MCs?
Wir bauen Geräte für die Oberflächenanlyse im Vakuum. Dazu werden viele hohe und sehr genaue Spannungen benötigt, die mathematisch voneinander abhängen. Durch die MCs ist die Anzahl und der Verlauf der Spannungen frei programmierbar. Für die hohe Genauigkeit müssen die Module kalibriert werden, die Parameter werden im EEPROM abgespeichert. Dadurch sind die Module austauschbar. Der MC überwacht auch die Funktion, ob die Spannungen wirklich anliegen, auf Überschläge, Überstrom usw. Statt einem Wirrwarr an Leitungen hat man nur einen Datenbus (CAN) für alle Module. Oftmals müssen Spannungen auch auf anderen aufsetzen, daher sind die Module floatend. Und es gibt keine Erdschleifen, die Störungen einstreuen.
Vielen Dank für die ausführliche Beschreibung. Das gibt mir einen relativ guten Einblick. Meine Ansprüche sind da wahrscheinlich deutlich geringer... Mal gucken was ich draus mache. Vielen Dank auf jeden Fall nochmal an alle Antwortschreiber, das hat mir schon gut geholfen.
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