Hallo, erstmal vorne weg: Ich kenne mich leider nicht gut mit Elektronik, Schaltungstechnik und Signalverarbeitung aus, möchte aber sehr gerne lernen und bin aktuell auch schon dabei viel zu diesem Thema zu lesen. Mir fehlt allerdings Erfahrung, weshalb ich mich an euch wende. Es geht erstmal darum zu erfahren, wie viel Sinn mein Vorhaben hat. Zur Erfassung meines Messsignals habe ich nur eine Bosch Rexroth Anlage mit einem Analogeingang zur Verfügung. Datenblatt ist angehängt. Als Spannungsquelle habe ich ein Netzteil, welches Konstant 10V liefert. Ich möchte die Widerstandsänderungen durch Hitzeeinwirkung eines Edelstahldrahtes messen. Der genaue Widerstand muss hierbei nicht bestimmt werden, sondern nur die Änderungen. Prinzipiell sogar nur, dass es sich ändert und nicht um welchen Betrag. Dafür habe ich mir eine Wheatstonsche Messbrücke überlegt, bei der die Widerstände R_1 , R_2 , R_3 aus demselben Edelstahldraht gefertigt werden, sodass die Spannungsdifferenz in der Brücke ca. 0V beträgt, wenn alle Drähte die gleiche Temperatur haben. Bei Raumtemperatur haben die Drähte in der von mir gewählten Länge und Durchmesser ungefähr 400mOhm. Die Widerstandsänderungen des zu erhitzenden Drahtes belaufen sich auf +- 200mOhm. Der zu messende Widerstand wird also im Bereich von 200 - 600mOhm schwanken. Spannungsänderungen werden also vermutlich im 2-3 stelligen mV Bereich liegen Schaltung der Messbrücke ist angehängt. Jetzt zur Frage: Ist es mit dem von mir benutzen Analogeingang der Anlage realistisch ein brauchbares Signal zu erfassen oder wird mein Signal durch Rauschen und andere Fehler vermutlich so stark beeinflusst, dass da eigentlich gar nichts zu erkennen ist? Wenn nein, könnte das Signal durch entsprechend ausgelegte Instrumentenverstärker so verstärkt werden, dass es selbst mit diesem Eingang möglich ist ein brauchbares Signal zu liefern? Würde mich dann dementsprechend mit diesem Thema auseinandersetzen. Anschließende digitale Signalverarbeitung durch entsprechende Tiefpass Filterung etc. ist auch möglich. Danke schonmal für die Hilfe.
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Merlin T. schrieb: > Ist es mit dem von mir benutzen Analogeingang der Anlage realistisch ein > brauchbares Signal zu erfassen Nein. Merlin T. schrieb: > könnte das Signal durch entsprechend ausgelegte > Instrumentenverstärker so verstärkt werden, dass es selbst mit diesem > Eingang möglich ist ein brauchbares Signal zu liefern? Ja.
Bei 10V fließen da 33 bis 50A. Ist das Netzteil in der Lage die zu liefern? Bei dem Strom wird sich der Draht alleine schon davon erwärmen.
(R1 und R3) oder (R2 und R3) müssten nicht aus dem Draht gewickelt werden,es reicht, wenn der verbleibende R(2/1) die Kompensation der Umgebungstemperatur(?) übernimmt. Die Frage wäre wie groß der Strom durch R_mess sein darf/soll? Ist die Eigenerwärmung des Drahtes durch den (Mess)Strom funktioneller Teil der Messung?
Dieter B. schrieb: > Bei dem Strom wird sich der Draht alleine schon davon erwärmen. Der wird bei 50A nur mal kurz aufblitzen. Also möglichst nichts brennbares darunter legen. Typisch dimensioniert man Meßschaltungen so, daß nur wenige µA..mA fließen.
... einfacher mit eingestellter Schaltung :-) für die wheatstone vorab https://www.instructables.com/Reading-Temperature-From-PT100-Using-Arduino/ für LTspice Schaltungen und Tricks für Beitrag "Re: Thermoelementverstärker LTSpice" Beitrag "Re: LTspice Temperaturen simulieren" Hier noch ein sehr informativer Bericht https://www.ama-science.org/proceedings/download/ZmD3Aj== mal sehen wie es weiter geht ..
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Hi, ich komme leider erst heute wieder dazu mich damit zu beschäftigen. Der Strom in der Schaltung ist natürlich ein wichtiger Punkt den ich noch nicht beachtet habe. Bin aufgrund des Netzteils auf 2A begrenzt. Die Wärmeentwicklung aufgrund der Stromstärke, um die 2A, sollte vernachlässigbar sein, da der Edelstahldraht von einem Laserstrahl in kurzer Zeit so stark erhitzt wird, dass die Temperatur ohnehin in der nähe der Schmelztemperatur sein wird. Es geht wie gesagt nur darum eine Änderung messen zu können, der Betrag ist erstmal nebensächlich und muss nicht 100% Wiederholgenau sein. Um den Strom zu begrenzen habe ich die Widerstände R3 und R4 jetzt auf 20Ohm festgelegt. Ich habe nun auch schon einige Messungen durchführen können und festgestellt, dass die zu messenden Widerstände im Bereich von 0,05Ohm und 0,5Ohm liegen werden. In dieser Zusammensetzung habe ich also Spannungen zwischen UA und UB von ca -122mV und +96mV anliegen. Als Instrumentenverstärker habe ich mich jetzt vorerst für einen AD8221 entschieden. Keine Ahnung warum? Habe online oft gelesen, dass er für Messbrücken verwendet wird. An meinem Analogeingang kann ich also Spannungen zwischen -10V und 10V messen. Wobei ich an der unteren und oberen Grenze des Messbereichs noch eine Reserve von 2V haben möchte. Mein Verstärkungsfaktor ergibt sich also zu G = (16V / 0.218V) = 73,4. Stimmt das so? Kann man das so machen? Für R_G würde ich dann einen Widerstand von 680Ohm erhalten, um die Verstärkung zu realisieren. Für die Spannungsversorgung des Instrumentenverstärker habe ich ein Netzteil mit 24V und Strombegrenzung von 0,8A zur Verfügung. Der Instrumentenverstärker muss ja jetzt mit -10V am Ausgang und 10V am Eingang versorgt werden um einen Messbereich von +-10V ausgeben zu können, richtig? Wie mache ich das am besten? Könnte man zum Beispiel einen DC/DC Wandler benutzen, um aus den 24V +-10V zu machen? Oder sind die aufgrund von hoher EMV Strahlung eher ungeeignet? Ladungspumpen habe für diesen Spannungsbereich keine gefunden. Ich habe hoffentlich keine sehr groben Fehler gemacht und freue mich auf eure Antworten.
Merlin T. schrieb: > Ich habe hoffentlich keine sehr groben Fehler gemacht In der Zeichnung hast du die Polarität der Versorgung vertauscht (bzw. die Pfeile der Quellen falsch gezeichnet): der AD8221 sieht danach an V+ -10V und an V- +10V. Außerdem hast du noch nicht den Massebezug der Brücke eingezeichnet. Wenn du GND unten am gemeinsamen Ende von R3 und R4 anschließt, funktioniert es nicht: der Eingang des AD8221 liegt dann höher, als dass es der Baustein verarbeiten könnte. Wenn du GND oben an R_ref und R_mess anschließt, so dass die Gleichtaktspannung der Eingänge nahe bei 0V liegt, sollte es gehen. Merlin T. schrieb: > In dieser Zusammensetzung habe ich > also Spannungen zwischen UA und UB von ca -122mV und +96mV anliegen. ... > An meinem Analogeingang kann ich also Spannungen zwischen -10V und 10V > messen. Wobei ich an der unteren und oberen Grenze des Messbereichs noch > eine Reserve von 2V haben möchte. Mein Verstärkungsfaktor ergibt sich > also zu G = (16V / 0.218V) = 73,4. Stimmt das so? Kann man das so > machen? wenn du -122mV mit dem Faktor 73,4 verstärkst, werden daraus -8.95V. Das wird knapp für den AD8221, die "Reserve von 2V" hältst du damit jedenfalls nicht ein.
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Danke für deine Antwort: Achim S. schrieb: > In der Zeichnung hast du die Polarität der Versorgung vertauscht (bzw. > die Pfeile der Quellen falsch gezeichnet): der AD8221 sieht danach an V+ > -10V und an V- +10V. > > Außerdem hast du noch nicht den Massebezug der Brücke eingezeichnet. > Wenn du GND unten am gemeinsamen Ende von R3 und R4 anschließt, > funktioniert es nicht: der Eingang des AD8221 liegt dann höher, als dass > es der Baustein verarbeiten könnte. Wenn du GND oben an R_ref und R_mess > anschließt, so dass die Gleichtaktspannung der Eingänge nahe bei 0V > liegt, sollte es gehen. Ah klar, das leuchtet ein. Habe es jetzt nochmal überarbeitet. Achim S. schrieb: > wenn du -122mV mit dem Faktor 73,4 verstärkst, werden daraus -8.95V. Das > wird knapp für den AD8221, die "Reserve von 2V" hältst du damit > jedenfalls nicht ein. Ja das kommt leider dadurch, dass mein Messbereich unsymmetrisch um den Nullpunkt bzw. um meinen Referenzwiderstand liegt. Wäre für mich aber nicht weiter schlimm, wenn die "Reserve" nur ca. 1 Volt beträgt. Bin gerne bereit einen anderen Instrumentenverstärker zu verwenden, der meinen Anforderungen besser entspricht. Kannst du mir einen empfehlen? Edit: Das erste Bild ist das überarbeitete! Das zweite kann ignoriert werden
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Merlin T. schrieb: > Bin aufgrund des Netzteils auf 2A begrenzt. > Die Wärmeentwicklung aufgrund der Stromstärke, um die 2A, sollte > vernachlässigbar sein, da der Edelstahldraht von einem Laserstrahl in > kurzer Zeit so stark erhitzt wird, dass die Temperatur ohnehin in der > nähe der Schmelztemperatur sein wird. Warum dann das Gekaspere mit der Brücke? Schicke Konstantstrom durch den Draht und messe den Spannungsabfall. Stromeinspeisung und Messung getrennt, Stichworte "Vierpolmessung" oder "Kelvinklemme".
Habe leider keine Konstantstromquelle zur Verfügung. Bei 2A und Widerständen zwischen 0,05A und 0,5A hätte ich ja auch Spannungen zwischen 0,1V und 1V, die ich verstärken müsste. Das könnte ich dann mit einem nicht-invertierenden Operationsverstärker machen oder? Ist es nicht eigentlich sowieso besser eine differentielle Spannung (ungleich zum Potential) zu messen, weil dann der Gleichtaktstöranteil unterdrückt wird? Nur ne Vermutung, bitte nicht steinigen. Die Messbrücke hatte ich eigentlich gewählt weil mich die Widerstandänderungen aufgrund von Temperaturänderungen zu einer Referenztemperatur interessieren. Vernachlässigbar meinte ich weil der Strom von 1A nur höchstens 60s fließen wird und der Temperaturunterschied trotzdem extrem hoch sein wird. Mein Referenzwiderstand wird sich in der Zeit also um ca. 5 Grad erhöhen, während sich der gezielt zu erhitzende Widerstand in 100 Grad Schritten auf fast Schmelztemperatur erhöht. Aber ja evtl. reduziere ich den Strom in der Messbrücke noch auf 0,5A und erhöhe den Verstärkungsfaktor.
Merlin T. schrieb: > Bei 2A und Widerständen zwischen 0,05A und 0,5A hätte ich ja > auch Spannungen zwischen 0,1V und 1V, die ich verstärken müsste. Wieso das? Bei einem gewöhnlichen ADC mit 1,1V Referenz liegt das perfekt in seinem Messbereich.
Muss aber leider zwingend den Analogeingang, der im Eingangpost erwähnt wurde nutzen. Meinte bei den Widerständen natürlich Ohm nicht A, fällt mir gerade erst auf.
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