Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sichere Spannungsmessung !


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von shain01 (Gast)


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Hey Leute,

in der angehängten Schaltung, realisiere ich eine 
Schleifenwiderstandsmessung, worin zunächst die unbelastete Spannung 
gemessen wird und mit Hilfe der realisierten elektronischen Last 
(Stromsenke) (OPV,MOSFET etc...) ein Prüfstrom von L - PE generiert wird 
und eine Spannungssenkung am belasteten Netz gemessen wird.
Es werden Wechsel- und Gleichspannung von 20 V - 110V gemessen.
Ein Verpolungsschutz ist in Arbeit !

Spannung und Strom werden mit Hilfe des Arduino UNOs gemessen. Die 
Strommessung erfolgt über ein LEM-Modul (Hallsensor ACS712) am Emitter 
des n-MOSFETs.
Die Spannungsmessung soll durch einen Spannungsteiler (1Meg & 47k) auf 
5V geteilt werden, welche durch den ARDUINO und dem Teilverhältnis einen 
max. Wert von 110 V wiedergibt.

Hierbei tritt folgendes sicherheitsrelevantes Problem auf:
"Im Fehlerfall des Spannungsteilers (1Meg & 47k), könnten bei 
Unterbrechung der Bahn 110 V max um meine Platine liegen."

Über einen Optokoppler klappt es nicht, da er mir nur Signale weiter 
gibt, jedoch keine verschiedenen Spannungen.
Einen linearen Optokoppler, habe ich für meine Verwendung leider nicht 
gefunden. (Falls doch, gerne her mit dem LINK)

Ein Isolationsverstärker klappt hier auch nicht, weil die Platine und 
der PE, das gleiche Potential (Masse) brauchen, für den n-MOSFET und dem 
Prüfstrom, wodurch wir für den Isolationsverstärker kein zwei 
verschiedenen Potentiale haben.

Der Printtrafo kommt nicht in Frage, da sowohl in Wechsel- und 
Gleichspannung gemessen wird.

Was hält ihr ggf. von einem externen ADCs für den Arduino. Fraglich wäre 
jedoch, wie ich den bei meiner Schaltung zu verschalten habe (Beachte 
das Potential für den externen ADC)

Habt ihr Tipps oder ggf. sogar eine Lösung für eine sichere 
Spannungsmessung von 20 - 110 V Wechsel- und Gleichspannung, bei 
gleichem Potential !

Hoffe ich treffe auf gute Tipps !


PS: Seid nicht so nachtragend, ich bin ein blutiger Anfänger !:D

von Shahin A. (shain01)


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Sorry für das gleiche Bild !

Ist alles dasselbe

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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shain01 schrieb:
> Hierbei tritt folgendes sicherheitsrelevantes Problem auf:
> "Im Fehlerfall des Spannungsteilers (1Meg & 47k), könnten bei
> Unterbrechung der Bahn 110 V max um meine Platine liegen."

Das kann nur durch eine Unterbrechung des 47k hervorgerufen werden. 
Trotzdem fliessen da höchstens etwa 155/1.000.000 = 155 µA in den 
Arduino Eingang, die er problemlos schluckt (wobei wir mal vom 
Spitzenwert einer 110V Wechselspannung ausgehen).
Die Spannung hinter R3 bricht dabei auf Vcc des Arduino plus die 
Durchlassspannung der Klemmdiode des MC Eingangs zusammen. Bei einer 
Unterbrechung des 1M Widerstandes passiert gar nichts.
Wenn du dir richtig Sorgen machst, dann veteile die 1 MOhm auf zwei oder 
drei Widerstande in Reihe.

: Bearbeitet durch User
von Shahin A. (shain01)


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Hey,

vielen Dank für deine Antwort !

Welchen genauen Zweck, erreicht man durch die Verteilung eines großen 
Widerstandes in mehrere kleine in Reihe, außer lediglich der 
Leistungsverteilug ?

Viele Grüße


shain 01!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Shahin A. schrieb:
> außer lediglich der
> Leistungsverteilug ?

Zusätzlich auch die max. Spannung, die über dem Widerstand steht. Das 
kann bei 150V irrelevant sein, ist aber z.B. bei 230V und SMD 
Widerständen durchaus sinnvoll. Da du sicherheitsrelevant bauen willst, 
erwähnte ich das mal.

: Bearbeitet durch User
von Dumdi D. (dumdidum)


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Sind die 110 Volt max garantiert? Bei 220V Netzen muessen die Geraete 
auch auf Burst und Surge (vielfaches der Nennspannung) geprueft werden.

von Hans G. (hansg)


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Wenn Du irgendeinen Punkt deiner Schaltung berühren kannst muss der 
Spannungsteiler als Schutzimpedanz ausgeführt werden. Aus Gründen der 
Ausfallsicherheit MUSS der Widerstand sogar physikalisch aus mindestens 
zwei Elementen bestehen.
Wenn Du nicht weisst was es mit Luft- und Kriechstrecken, 
Stoßspannungsfestigkeit und diesen Dingen genau auf sich hat würde ich 
dringend dazu raten sich vorher schlau zu machen.
(Z.B. EN60664 Isolationskoordination oder entsprechende Produktnormen)

Da Du Dich selbst als "blutigen Anfänger" bezeichnest würde ich bei dem 
Vorhaben an Netzspannung rumzumessen erstmal zu besonderer Vorsicht 
raten und das Ganze vor Inbetriebnahme einen Fachmann ansehen lassen.

von Shahin A. (shain01)


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Dumdi D. schrieb:
> Sind die 110 Volt max garantiert? Bei 220V Netzen muessen die Geraete
> auch auf Burst und Surge (vielfaches der Nennspannung) geprueft werden.

Mehr als 120 V werden es nicht !

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