Ich möchte einen komplexen Leitwert / Widerstand einer Probe zwischen zwei Elektroden bestimmen. Der Widerstand wurde anhand des Komponententesters auf dem Oszi zu etwa 10k in Reihe mit 1µF grob abgeschätzt. Im Praktikum haben wir den Wert mit einer Wien-Brücke bei 500Hz bestimmt, indem wir durch Zuschalten von R und C mit Widerstands- und Kondensatordekade die Phase und die Spannung an der Brücke sukzessive auf Null gebracht haben. Das läßt sich nun schlecht automatisiert umsetzen, deswegen suche ich eine möglichst praktikable Methode, diese Werte mit einem AVR zu ermitteln. Bedingungen wären: - An den Elektroden darf nur Wechselspannung anliegen. - Vorzugsweise Zweileitermessung, Vierleitermessung wäre aber möglich. - Gemessen werden soll diskontinuierlich. - Messfrequenz bei etwa 200 bis 500Hz. - Widerstand zwischen 1kohm und 100kohm, kapazitiver Anteil bis 10µF. - Genauigkeit - ja, gute Frage. Das wird sich erst im Verlauf herausstellen, welche Genauigkeit sinnvoll erreichbar ist. Leider lassen sich aufgrund des hohen Widerstands, der doch geringen Kapazität und der Anforderung an reine Wechselspannungsmessung die üblichen Verfahren zu ESR-Bestimmung hier nicht anwenden. Wie könnte man da vorgehen?
Karl K. schrieb: > die Phase und die Spannung an der Brücke sukzessive auf Null gebracht > haben. > > Das läßt sich nun schlecht automatisiert umsetzen, Jein. Erst die Amplitude mit rein R (C für die Verhältnisse auf Unendlich) angleichen, dann die Phase mit kleineren R und kleiner werdenden C nachstellen, und zwar so, dass |R+1/jC| = const bleibt. Also schön den Thaleskreiw abfahren. Widerstands- und Kapazitätsdekade lassen sich vielleicht automatisieren? Dazu wäre es Sinnvoll, die Dekade als "Binäre" zu haben, damit von Digitalseite aus besser gesteuert werden kann. Dazu muss man das Dings-under-test aber auch halbwegs charakterisiert haben. Hast du ja auch: Karl K. schrieb: > Widerstand zwischen 1kohm und 100kohm, kapazitiver Anteil bis 10µF. Vor dem Thaleskreis-nachstellen würde eine Erregerspannungsnachstellung auch noch Sinn ergeben, um möglichst im besten Dynamikbereich der Messeschaltung zu bleiben. Komplett anderer Ansatz: Digitaler Lock-In-Amplifier, heterodyner Prozess und I-Q-Direktmessung. Daraus dann R+1/jC berechnen. Auch hier ergibt Erregeramplituden-Nachregwlung Sinn. Automatische Open, Leerlauf, Definierte Referenzmessung (en) ließe sich mit ein wenig Relaisgwklapper einfach dazu bauen. Sozusagen als Selbstkalibrierung. mfg mf
Fanta-Steht-Am-Tisch schrieb: > Dazu wäre es > Sinnvoll, die Dekade als "Binäre" zu haben Widerstand kann man vielleicht mit einem digitalen Poti machen, aber Kapazitätsdekade wird schon aufwendig. Fanta-Steht-Am-Tisch schrieb: > Digitaler Lock-In-Amplifier, heterodyner > Prozess und I-Q-Direktmessung. Daraus dann R+1/jC berechnen. Das hatte ich auch schon auf dem Schirm: 1. Sinusspannung mit PWM erzeugen, etwa 500Hz, filtern. 2. Über Vorwiderstand auf Elektroden geben. 3. Spannung und Strom abtasten. 4. Effektivwerte und Phasenschiebung berechnen, daraus R und C. Ist das auf einem ATmega328 oder ATtiny realisierbar? Da diskontinuierliche Messung, wäre für Sampeln und nachträglich Berechnen genug Zeit. Da ich den Sinus per Interrupt und PWM erzeuge, wäre Lock-In-Synchro schonmal gegeben. Dann summiere ich über mehrere Zyklen für Urms und Irms und bestimmt daraus R. Dann schaue ich nach dem delta-T zwischen den Nulldurchgängen und berechne daraus C. Ist das soweit richtig?
Vorschlag: 1. Sinus erzeugen und durch das RC-Glied schicken. 2. Strom messen und in ein Array schreiben. 3. Array * sin und davon die Summe ist der Realteil des Stroms. 4. Array * cos und davon die Summe ist der Imaginärteil des Stroms. 5. Daraus Z berechnen. zu 1) verwende deinen Prozessor mit DA Wandler. Dadurch kann die Filterung einer PWM vermieden werden. z.B Ardoinu DUE. Ein Lock- in würde das alles auch können. zu 3 und 4) Die Summe ist wie ein Integral im Analogen. Nulldurchgänge zu suchen ist zwar richtig, jedoch geringes Rauschen wirkt schon störend.
Karl K. schrieb: > Das läßt sich nun schlecht automatisiert umsetzen, deswegen suche ich > eine möglichst praktikable Methode, diese Werte mit einem AVR zu > ermitteln. Dann mach es wie der AVR Komponententester https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_Transistortester
Auch, wenn er übertrieben ist für die Aufgabe, würde ich zur Vollständigkeit noch den AD5934 erwähnen.
1000V Dc schrieb: > Wie hoch ist den der ec wert der lösung? Da es keine Lösung ist: Keine Ahnung. Ich brauche erstmal ein brauchbares Verfahren R und C zu messen ohne ständig mit Dekaden und Messbrücke rumfummeln zu müssen. Dann kann ich damit verschiedene Proben messen, eventuell die Elektroden optimieren (Abstand, Form), den Meßbereich anpassen, Temperaturgang aufnehmen. Christian L. schrieb: > Auch, wenn er übertrieben ist für die Aufgabe, würde ich zur > Vollständigkeit noch den AD5934 erwähnen. Der macht ziemlich das, was ich brauche, nur: Geht der auch unter die angegebenen 1kHz, wenn ich den Takt an MCLK runtersetze? Und leider ist er halt gaaaanz schön teuer und anscheinend schwer beschaffbar. Aber der Sweep über den Frequenzbereich - das hat schon was. Wolfgang schrieb: > Dann mach es wie der AVR Komponententester Denn kenne ich natürlich, aber: Sorry, ich sehe jetzt nicht, wie ich da gleichstromfrei messen kann.
Moin, Du programmierst dir einen Timer so, dass er alle 1msec einen Interrupt ausloest. In diesem Interrupt liest du ein Sample vom ADC. Weiterhin gibst du in dem Interrupt auf GPO_0 jeweils ein Bit dieses Bitmusters aus: [1 1 0 0 1 1 0 0 ...], auf GPO_1 ein Bit von diesem: [0 0 1 1 0 0 1 1 ...]. Die gelesenen Samples teilst du auf: Jedes 2. Sample wird ein I Wert, die Samples dazwischen Q. Und jetzt fress' ich doch einen Besen, wenn man's nicht schaffen sollte, aus den eingelesenen I- und Q-Werten Rueckschluesse auf Rx und Cx ziehen zu koennen, wenn Zref einen halbwegs vernuenftigen, konstanten, bekannten Wert aufweist. Im Interrupt haste 1msec Zeit, also kann da sogar ein AVR ein bisschen was rechnen. Messfrequenz waeren dann 250Hz. Dadurch, dass GPO_[01] immer entgegengesetzten Pegel haben, sollte die Messung auch DC-frei sein...
1 | . Rx Cx Zref |
2 | GPO_0 o---(--/\/\/\/--||--)--+--/\/\/\--o GPO_1 |
3 | | |
4 | | |
5 | ADC |
Gruss WK
Fuer einen Lock-in wuerde ich zB einen ADA2200 empfehlen. https://www.analog.com/en/products/ada2200.html Alternativ, mit einem Stanford Lock-in spart man sich viel Arbeit. Kostet um die 4000Euro Zurich Instruments hat auch welche.
:
Bearbeitet durch User
Einen komplexen Spannungsteiler aufbauen und mit einem D/A Wandler über einen DC-Blocker ( grosses C) speisen. Spannungsteiler Uaus=Uein*(Zx/(Zx+Zref)). Uein und Uaus mit A/D messen, daraus Zx berechnen. Zref muss in der Grössenordnung von Zx liegen, wenn man mehr als einen D/A und A/D hat verschiedene Zref über den Messbereich verteilen. So macht das so manches Messgerät für komplexe Impedanzen. Cheers Detlef
Karl K. schrieb: ... > > Im Praktikum haben wir den Wert mit einer Wien-Brücke bei 500Hz > bestimmt, indem wir durch Zuschalten von R und C mit Widerstands- und > Kondensatordekade die Phase und die Spannung an der Brücke sukzessive > auf Null gebracht haben. > > Das läßt sich nun schlecht automatisiert umsetzen, Wie kommst du denn auf diese Idee? Sind dir selbstabgleichende Brücken noch nie untergekommen? Lies doch mal Fachliteratur zum Thema Elektronik.
Karl K. schrieb: > Denn kenne ich natürlich, aber: Sorry, ich sehe jetzt nicht, wie ich da > gleichstromfrei messen kann. Wenn bei dir Widerstand und Kondensator, wie im Eröffnungspost genannt, in Reihe liegen, sollte die Gleichstromfreiheit doch alleine schon durch die Kapazität sicher gestellt sein. Wenn du deinen Angaben nicht traust, schalte noch einen dicken Kondensator in Serie.
pontifex schrieb: > Sind dir selbstabgleichende Brücken noch nie untergekommen? Ich suche nun leider eine möglichst einfache und nicht eine möglichst aufwendige und teure Lösung. Dergute W. schrieb: > Du programmierst dir einen Timer so, dass er alle 1msec einen Interrupt > ausloest. In diesem Interrupt liest du ein Sample vom ADC. Weiterhin > gibst du in dem Interrupt auf GPO_0 jeweils ein Bit dieses Bitmusters > aus: [1 1 0 0 1 1 0 0 ...], auf GPO_1 ein Bit von diesem: [0 0 1 1 0 0 1 > 1 ...]. Welchen Vorteil bringt das Rechteck hier gegenüber einem Sinus? Ich muss nicht so oft abtasten, und nicht rms bilden. Habe aber Oberschwingungen durch den Rechteck. Muss ich mal drüber nachdenken. Aber offenbar war mein Ansatz mit Strom, Spannung und Phase ermitteln schon die richtige Richtung, ein grundlegend anderes Verfahren ist hier nicht aufgepoppt.
Moin, Karl K. schrieb: > Welchen Vorteil bringt das Rechteck hier gegenüber einem Sinus? > ...eine möglichst einfache ... > Lösung. Du sparst dir die Sinuserzeugung ein. Das sind halt eine Handvoll Bauteile und hier mindestens 3 Seiten Thread ueber die noetige Genauigkeit und das zu bevorzugende Erzeugungsverfahren ;-) Klar, wenns ganz bloed laufen sollte, dann koennten die Oberwellen irgendwelche unangenehmen Faxen beim Messen machen, aber ich wuerd's erstmal ausprobieren. Gruss WK
Dergute W. schrieb: > Du sparst dir die Sinuserzeugung ein. Die läuft bereits, das ist bei 200Hz nicht das Problem. Eher kritisch ist das Abtasten, ich denke 10 Punkte pro Vollwelle sollten es schon sein, und das mal 3 Werte, müsste aber gehen. Dergute W. schrieb: > hier mindestens 3 Seiten Thread ueber die noetige > Genauigkeit und das zu bevorzugende Erzeugungsverfahren ;-) Mir ging es darum, ob das prinzipiell das Verfahren der Wahl ist oder ob es noch andere Messverfahren gibt, welche ich übersehen habe. Scheint nicht der Fall zu sein.
Moin, Karl K. schrieb: > Die läuft bereits, das ist bei 200Hz nicht das Problem. Eher kritisch > ist das Abtasten, ich denke 10 Punkte pro Vollwelle sollten es schon > sein, und das mal 3 Werte, müsste aber gehen. Naja, wenn du deine Sinuserzeugung so im Griff hast, dass deren Amplitudenstabilitaet vs. Uref des ADC passt, und die Abtastung immer exakt alle 90° erfolgt - dann ist das mit dem Sinus wahrscheinlich eine bessere Sache als mit meiner vorgeschlagenen Rechteckerzeugung. Wenn du einen Sinusgenerator hast, der halt mit irgendeiner Amplitude auf irgendwelchen 200...500Hz schwingt und du irgendwie dazu unkorreliert abtastest, dann koennt's aufwendiger/ungenauer sein, die Phase+Amplitude des gesampleten Signals sicher zu erfassen... Gruss WK
Ich würde ja mal in den Applikation Notes vom ad5943 luchsen. Wie schon angedeutet brauchst du unbedingt dc - freie Messung ansonsten gibt's Elektrolyse an den Elektroden und dein Messwert driftet...
Karl K. schrieb: > Ich suche nun leider eine möglichst einfache > und nicht eine möglichst aufwendige und teure Lösung. Tja, andere haben selbstabgleichende Brücken schon sehr oft kostengünstig und sehr einfach - auch mit mc - realisiert. Das ist in sehr vielen Anwendungsbereichen Stand der Technik und gängige Praxis. Aber nachdem er die gängigen Lösungen auf dem Gebiet der Elektronik nicht kennt und das Unbekannte als vermeintlich aufwændig abtut, ist ihm wohl nicht zu helfen. Manche Anfänger müssen anscheinend mangels Fachwissen viel Zeit damit verbringen das Rad neu zu erfinden. Vor allem, die, denen der Erwerb von Fachwissen zu "aufwändig" ist, scheinen dazu verdammt zu sein. Ich bin da aus der Diskussion raus.
pontifex schrieb: > Ich bin da aus der Diskussion raus. Na hoffentlich, dein dummes Geschwafel kostet nur unnötig Strom. Ich hab nunmal keine Varicap die ich um 1uF abstimmen kann, und die dürfte auch sehr groß werden. Und ich hab auch keine Lust, zig Kondensatoren mit Analogschaltern umzuschalten, wenn es eine deutlich einfachere Lösung gibt.
Mit einem MC läßt sich das sehr einfach lösen. Man legt 5V an und mißt sofort den Strom. Am Kondensator fallen im Einschaltmoment 0V ab, d.h. man hat den Widerstand: R = 5V / I Dann mißt man die Zeit, wann der Strom auf 63% abgesunken ist. Mit dieser Zeit rechnet man nun den Kondensator aus: C = t / R
Peter D. schrieb: > Man legt 5V an und mißt sofort den Strom... Wenn die Leute doch mal lesen würden, bevor sie Selbstverständlichkeiten von sich geben. Karl K. schrieb: > - An den Elektroden darf nur Wechselspannung anliegen. ... > - Messfrequenz bei etwa 200 bis 500Hz.
Karl K. schrieb: > Na hoffentlich, dein dummes Geschwafel kostet nur unnötig Strom. Wie schön ist es, so etwas von ausserhalb zu lesen. :)
Karl K. schrieb: > Wenn die Leute doch mal lesen würden, bevor sie Selbstverständlichkeiten > von sich geben. Anstatt zu meckern, wäre es schlauer, mal zu erklären, woher die komischen Anforderungen kommen und was für ein komischens Meßobjekt das ist. Dann ließe sich vielleicht auch die nötige Genauigkeit abschätzen. Je mehr Geheimniskrämerei, umso ungenauer sind die Antworten.
Angehängte Dateien:
-
bruecke.png
12 KB
Karl K. schrieb: > Widerstand kann man vielleicht mit einem digitalen Poti machen, aber > Kapazitätsdekade wird schon aufwendig. Du musst ja nicht unbedingt die Kapazität ändern, es geht auch mit zwei Digitalpotis (s. Anhang). Um mehrere Größenordnungen von Z abzudecken, sollten auch R3 und C2 in wenigen, groben Stufen einstellbar sein, um die Auflösung der Digitalpotis optimal nutzen zu können. Das ist in etwa vergleichbar mit der Einstellung des Messbereichs in einem Multimeter und kann entweder automatisch über Relais/Analogschalter oder manuell erfolgen. Bei abgeglichener Brücke ist R1=R2·R3/R4 und C1=C2·R3/R4.
:
Bearbeitet durch Moderator
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.