Guten Morgen, ich möchte gerne lernen, wie man eine Spannung im Steckdosenstromkreis misst und habe mir dazu eine Grundschaltung überlegt. Parallel zu einem Verbraucher habe ich zwei Widerstände geschaltet, die einen Spannungsteiler bilden sollen. Bevor das Signal zur Spannungsmessung in den ADC geht, habe ich einen Impedanzwandler dazwischengeschaltet. Das Signal wird mittels SPI-Bus an den Mikrocontroller gesendet. Damit die Schaltung galvanisch getrennt ist, habe ich in den SPI-Bus Optokoppler dazwischengeschaltet (ich habe gesehen, dass es fertige ICs gibt, um den SPI-Bus galv. zu trennen - also auch schon ein fertiges Bauteil). Nun überlege ich mir meinen Messbereich. Die 230 Volt im Steckdosenstromkreis sind ja nur der Effektivwert. Die tatsächlichen Sinushuppel gehen dann bis ca. 330 Volt. Dann würd ich einfach noch ein bißchen Schutz drauf geben und sagen, dass die Spannungsamplitude im Bereich von +-350 Volt auftritt. Auslegung Spannungsteiler: Der ADC kann im Bereich von 0-2,5 Volt Spannungen messen. Also müsste es idealerweise so sein: 0,00 Volt ADC ---> Sinusamplitude -350 Volt 2,50 Volt ADC ---> Sinusamplitude +350 Volt 1,25 Volt ADC ---> Sinusamplitude 0 Volt Das Verhältnis vom Spannungsteiler müsste also: 350V/2,5V = R1/R2 sein - also R1 = 140 R2. R1 muss also 140mal größer sein als R2. Spannungen sollen hochohmig abgegriffen werden. Da ich einen Impedanzwandler habe, kann der Spannungsteiler auch im Gigaohmbereich liegen. Also sag ich einfach mal R1+R2 = 10GigaOhm und bekomme dann: 140 R2 + R2 = 10GOhm ---> R2 = 70,921 MegaOhm R1 = 140 R2 = 140*0,070921GOhm = 9,92 GigaOhm Meine Frage ist jetzt - sind meine bisherigen Überlegungen vom Grundgedanken her richtig? Damit der ADC Spannungen auch im negativen Bereich messen kann, müsste ich noch ein Offset von 1,25 Volt (nicht im Schaltbild eingezeichnet) hinzufügen, damit es funktioniert. Ist denn das Grundprinzip meines Schaltungsentwurfs richtig oder sind Fehler vorhanden? Falls ja, könntet ihr mir ein paar Tipps oder Verbesserungsvorschläge geben?
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Beginner schrieb: > Ist denn das Grundprinzip meines Schaltungsentwurfs richtig Nein, es verhält sich nicht so: > 0,00 Volt ADC ---> Sinusamplitude -350 Volt > 2,50 Volt ADC ---> Sinusamplitude +350 Volt > 1,25 Volt ADC ---> Sinusamplitude 0 Volt Dazu benötigst du eine Hilfsspannung von 2.5V auf der 230V~ Seite. Man könnte nun deine Schaltung korrigieren, oder nimm gleich was besseres: http://www.reichelt.de/ICs-MCP-3-5-/MCP-3903E-SS/3//index.html
Der Link funktioniert leider nicht, ich komme nur auf die Startseite von Reichelt.
Es ist ja toll, dass es ein fertiges Bauteil gibt. Ich würde nur gerne auch etwas lernen. Mir ist nicht so ganz klar, warum man im 230V-Stromkreis eine Hilfsspannung von 2,5 Volt braucht. Ich muss doch als Offset nur 1,25 Volt hinzuaddieren. Oder meinst Du mit 2,5 Volt Hilfsspannung die Referenzspannung für den ADC, damit er überhaupt wandeln kann?
Beginner schrieb: > 140 R2 + R2 = 10GOhm ---> R2 = 70,921 MegaOhm > R1 = 140 R2 = 140*0,070921GOhm = 9,92 GigaOhm Alleine bei einer Widerstandstoleranz von 0,1 % hättest du für deinen 10GOhm Widerstand eine Abweichung von bis zu 1MOhm. Wie genau soll die Messung denn werden? Beginner schrieb: > Spannungen sollen hochohmig abgegriffen werden. Da ich einen > Impedanzwandler habe Und wieso greiffst du den Spannungsteiler ab und gehst damit direkt auf den ADC? Wozu dann der Impedanzwandler? So wie du das gezeichnet hast gibst du deinem ADC 50x pro Sekunde 330Volt direkt drauf... Sicher dass du Spannungen messen willst, oder ein Feuerwerk starten? :P
San Lue schrieb: > So wie du das gezeichnet hast gibst du deinem ADC 50x pro Sekunde > 330Volt direkt drauf... Sicher dass du Spannungen messen willst, oder > ein Feuerwerk starten? :P wieso gebe ich denn 330 Volt auf den ADC? Ich habe doch den Spannungsteiler dazwischengeschaltet, der aus 330 Volt max, 1,25 Volt machen soll.
Beginner schrieb: > wieso gebe ich denn 330 Volt auf den ADC? Ich habe doch den > Spannungsteiler dazwischengeschaltet, der aus 330 Volt max, 1,25 Volt > machen soll. Und was ist mit deinem Impedanzwandler? Schau dir mal an, der + Eingang von dem Teil liegt direkt an den 230V. Angenommen du findest nun wirklich einen OP der solch eine Spannung treiben kann, dann hast du am Ausgang ja immer die selbe Spannung wie am Eingang. Ergo hast du am Ausgang des Impedanzwandlers 330V, wenn am + Eingang 330V sind. Und da der Ausgang vom Impedanzwandler mit dem ADC verbunden ist, gibst du in dem moment 330V auf den ADC.
Beginner schrieb: > wieso gebe ich denn 330 Volt auf den ADC? Ich habe doch den > Spannungsteiler dazwischengeschaltet, der aus 330 Volt max, 1,25 Volt > machen soll. Du verwechselst R1 und R2, die hohe Spannung fällt an R2 ab.
San Lue schrieb: > Schau dir mal an, der + Eingang von dem Teil liegt direkt an den 230V. Wenn Die Potentialtrennung der Versorgung richtig gemacht wird, bleibt sich das ziemlich egal.
RoWa schrieb: > Du verwechselst R1 und R2, die hohe Spannung fällt an R2 ab. Das wäre mir noch nicht mal aufgefallen aber ja, das kommt noch hinzu. Somit gibt er sowohl über dem Impedanzwandler an die 330VAC (Den Impedanzwandler grillt es wohl vorher), als auch über den Spannungsteiler eine Spannung von WEIT über 2,5V.
San Lue schrieb: > Und was ist mit deinem Impedanzwandler? Ich hab gelesen, dass es sinnvoll sei, einen Impedanzwandler dazwischenzuschalten, weil man so hochomiger messen könne. Und ich dachte, je hochohmiger die Spannung gemessen wird, um so besser für die Messung.
Beginner schrieb: > Ich hab gelesen, dass es sinnvoll sei, einen Impedanzwandler > dazwischenzuschalten, weil man so hochomiger messen könne. Und ich > dachte, je hochohmiger die Spannung gemessen wird, um so besser für die > Messung. Dann müsste der Wandler aber nicht dort hin. So wie du den im moment Eingebaut hast, bringt der absolut nichts. Wenn schon, dann den + Eingang vom Wandler an den Anschluss vom Spannungsteiler. Harald Wilhelms schrieb: > Wenn Die Potentialtrennung der Versorgung richtig gemacht wird, > bleibt sich das ziemlich egal. Ändert nicht viel dran, dass der Wandler dort 1. Keinen Sinn hat 2. Er kaum 330V am Eingang vertragen wird, ausser man investiert bisschen was.
San Lue schrieb: > Dann müsste der Wandler aber nicht dort hin. wo müsste er denn dann hin? Sollte man drei Widerstände in Reihe schalten R1-R2-R3, und dann die Spannung parallel zu R2 abgreifen? Dort dürften dann keine 330 Volt mehr sein.
Beginner schrieb: > Der Link funktioniert leider nicht Schade, aber die Typennummer steht klar erkennbar drin und mit minimaler Intelligenz hätte man den Chip finden können. Beginner schrieb: > Ich würde nur gerne > auch etwas lernen. Mir ist nicht so ganz klar, warum man im > 230V-Stromkreis eine Hilfsspannung von 2,5 Volt braucht. Ich muss doch > als Offset nur 1,25 Volt hinzuaddieren. Die 2.5V sind Referenz und die Hälfte der Referenz gelten als 0V Linie. Aber es wäre halt schlauer, einen IC zu verwenden, der sowieso bipolar messen kann, wie der MCP3903.
Hat dem armen Kerl schon jemand gesagt, dass Gigaohm Widerstände vielleicht ein klitzekleines Stück zu hochohmig gewählt sind? Aber da er sich mit dem Aufbau sowieso umbringen wird, ist das wahrscheinlich egal, wenn man jetzt noch mit der Spannungsfestigkeit der Widerstände argumentiert, oder? Viel Spass jedenfalls, war schön, dich gekannt zu haben. R.I.P.
brauche ich denn überhaupt einen Impedanzwandler? Ich habe halt gelesen, dass es sinnvoll sei, bei hochohmigen Spannungsmessungen einen Impedanzwandler dazwischenzusetzen, damit das Signal besser sei. Ist das richtig oder nicht richtig?
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Guest schrieb: > Aber da er > sich mit dem Aufbau sowieso umbringen wird, ist das wahrscheinlich egal, > wenn man jetzt noch mit der Spannungsfestigkeit der Widerstände > argumentiert, oder? So ziemlich. Allerdings versuche ich ihm erst einmal das Grundprinzip etwas näher zu bringen. Solche Dinge haben Zeit, ich hoffe mal dass er die Schaltung nicht schon am Aufbauen ist... Beginner schrieb: > wo müsste er denn dann hin? Sollte man drei Widerstände in Reihe > schalten Im Anhang mal ein Bild, wie es in meinen Augen vom PRINZIP her sein müsste. Wie von Guest schon richtig erwähnt, kommen dann noch ganz andere Dinge mit ins Spiel. Sorry dafür, dass ich sowas mit Paint mache. Gerade am Laptop der leider kein CAD drauf hat. Beginner schrieb: > brauche ich denn überhaupt einen Impedanzwandler? Ich habe halt gelesen, > dass es sinnvoll sei, bei hochohmigen Spannungsmessungen einen > Impedanzwandler dazwischenzusetzen, damit das Signal besser sei. Ist das > richtig oder nicht richtig? Bei dem Impedanzwandler geht es lediglich darum die Quelle (In deinem Fall den Spannungswandler) nicht zu bealsten und somit das Messergebniss nicht zu verfälschen.
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Beginner schrieb: > Ich hab gelesen, dass es sinnvoll sei, einen Impedanzwandler > dazwischenzuschalten, weil man so hochomiger messen könne. Grundsätzlich brauchst Du einen Spannungsteiler mit Offset, so wie hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler beschrieben. Ob Du dahinter noch einen Impedanzwandler setzst, hängt davon ab, wie hochohmig Dein Spannungsteiler und wie niederohmig Dein AD-Wandler ist. Auf jeden Fall brauchst Du ein zusätzliches Netzteil mit Potentialtrennung auf der 230V-Seite. Gruss Harald
MaWin schrieb: > und mit minimaler Intelligenz Ich habe halt maximale Intelligenz und darum habe ich diese Kleinigkeit übersehen. Bei dem MCP03903 stehe ich vor dem ähnlichen Problem, dass dort die Spannungen an den Channels nur +- 1 Volt sein dürfen. Also auch hier die Frage - wie kriegt man eine Spannung klein. Anscheinend funktioniert ein Spannungsteiler mit Widerständen nicht, so wie ich Dich verstanden habe, da ja an dem einen Ende die 330 Volt sein sollen
Baut man da nicht einen Trenntrafo bzw. einen Übetrager ein? Dann ist man schon mal wech von der Netzspannung und kriegt ggf. auch gleich eine kleine Spannung zum Messen bzw. Wandeln zusammen.
J. Ad. schrieb: > Baut man da nicht einen Trenntrafo bzw. einen Übetrager ein? Ja, nennt sich dann Meßwandler. Könnte hier ein kleiner Printtrafo sein. Vorteile, Isolierung (Wie Du ja schon geschrieben hast), Kleinere Spannung, ein Spannungsteiler wird wohl trotzdem gebraucht, der kann aber niederohmig genug sein um den ADC direkt anzusteuern, ohne Impedanzwandler. Der Trafo darf aber nicht nennenswert belastet werden, also zu niederohmig darf es auch nicht sein. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Trafowicklung potentialfrei ist, da kann man leicht die Offsetspannung, um bei 0V auf halbe Aussteuerung am ADC zu kommen, einbringen. Wenn man Einbußen in der Genauigkeit hinnehmen kann, kann es auch die 2. Sekundärwicklung des Trafos, der den Aufbau speist, sein. Ich habe schon Schaltungen gesehen, da wurde sogar die speisende Sekundärwicklung verwendet. Mit freundlichem Gruß - Martin
Martin Schlüter schrieb: > Wenn man Einbußen in der Genauigkeit hinnehmen kann, Einbußen an Genauigkeit hat man schon mit einem normalen Spannungs- wandler und erst recht mit einem "umfunktionierten" Trafo. Wenn man dann einen solchen Trafo noch mit einem Gleichrichter belastet, wirds wohl nur noch ein Schätzeisen werden. Gruss Harald
@Harald Wilhelms: Ja, da hast Du zum Teil Recht, allerdings ist ein Trafo gar nicht so schlecht, im unbelasteten Fall sind Sekundär, und Primär-Spannung sehr gut proportional zueinander, im Verhältnis der Windungszahlen. Erst wenn der Trafo in Sättigung getrieben wird, wirds problematisch, am Beginn der Sättigung passts auch noch ganz gut. Man darf natürlich nicht nach dem Aufdruck gehen, wenn da steht Prim: 230V / Sek: 12V gilt das für die (Ohmsche) Belastung mit Nennstrom, unbelastet ist das mehr, recht unterschiedlich, je nach Trafo-Typ. Für den einen Trafo, den man vorliegen hat allerdings konstant, kann man also ausmessen, und in der Auswertung kalibrieren. Von der (Frequenz-)Bandbreite darf man halt keine Wunder erwarten, bei solch einem Netztrafo. Was die Genauigkeit anbelangt, es wird ja nicht immer eine Präzisionsmessung benötigt. Wie genau es der TO braucht, wurde ja noch gar nicht gesagt. Mit freunlichem Gruß - Martin
Beginner schrieb: > Dann würd ich einfach noch ein > bißchen Schutz drauf geben und sagen, dass die Spannungsamplitude im > Bereich von +-350 Volt auftritt. Wenn deine Bohrmaschine noch ein bischen "Bürstenfeuer" auf die Leitung legt können Überspannungsspitzen von 2000-4000V auftreten. Normale Widerstände sind für 100-200V ausgelegt. Du solltest aber Widerstände haben die bei 4000V noch ausreichend isolieren. Gruß Anja
Martin Schlüter schrieb: > Erst wenn > der Trafo in Sättigung getrieben wird, wirds problematisch, > Man darf natürlich nicht nach > dem Aufdruck gehen, wenn da steht Prim: 230V Trafos zur Übertragung von Leistungen arbeiten aber schon ziemlich dichtam Sättigungspunkt. Als erstes müsste man also die Primär- spannung deutlich verringern bzw. zwei Trafos in Reihe schalten. > Was die Genauigkeit anbelangt, es wird ja nicht immer eine > Präzisionsmessung benötigt. Ich habe bezüglich von Spannungswandlern nur Grundkenntnisse, aber da schon normale Spannungswandler selten genauer als 1% sind, dürfte der Fehler eines "Selbstbauspannungswandlers" dann schnell im Bereich von 5% o.ä. liegen. Gruss Harald
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