Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lastwiderstand messen mittels PWM und Shunt


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von Christian Fritsch (Gast)


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Guten Tag zusammen,

mein Name ist Christian und ich bin z.Z. damit beschäftigt meine 
Masterarbeit im Rahmen eines Maschinenbaustudiums anzufertigen.

Im Zuge dessen wollen wir (mein betreuendes Unternehmen und ich) 
Widerstandswerte von Lastwiderständen (es handelt sich dabei um 
FGL-Drähte) ermitteln.

Der prinzipielle, rudimentäre Aufbau ist im Anhang zu sehen.
Wir wollen bei der Messung ein PWM-Signal, ausgehend von einer Beckhoff 
EL2535-0005 Klemme, über die Lastwiderstände schicken und dabei die 
Spannung messen (UF). So wollen wir übers Ohmsche Gesetz die 
Widerstandswerte ermitteln.

Mittels eines vorgeschalteten Shunt-Widerstands soll die Stromstärke in 
der Messstrecke ermittelt werden. Hierzu soll bei bekanntem Widerstand 
des Shunt die abfallende Spannung gemessen werden.

Nach dem Lastwiderstand ist eine Induktivität von mind. 1mH laut 
Beckhoff zwingend notwendig, um einen kontinuierlichen Stromfluss der 
ohmschen Last zu gewährleisten.

Da ich im Rahmen meines Studiums auch nur bedingt Einblicke in die 
Elektronik bekommen habe, stehe ich hierbei trotzdem noch vor einigen 
Rätseln. In der Literatur findet man leider auch wenig zu 
Widerstandsmessung mittels PWM, gerade bei rein ohmschen Verbrauchern.

--> Ist das so realisierbar, oder befinde ich mich hier auf dem Holzweg?
--> Was fehlt in dieser Schaltung noch? Ich könnte mir vorstellen, dass 
evtl. auch eine Freilaufdiode etc. fehlt.
--> Wie berechnet man die notwendige Induktivität? Habe dazu noch keinen 
wirklichen Ansatz gefunden.

Ich danke euch schon mal für die Mithilfe und freue mich auf 
konstruktive Antworten.

VG
Christian

P.s. Wie auch die Signalausgabe, sollen alle Messungen mittels 
Beckhoff-Klemmen aufgenommen werden.

von Sebastian S. (amateur)


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Die 99€-Frage ist: Um welchen Widerstandbereich handelt es sich?
PWM ist an dieser Stelle - vor allem, wenn noch eine Spule im Spiel ist 
- nicht gut.
An der Spule fällt ebenfalls Spannung ab;-) Vergiss also den Eimer für 
den Spannungsabfall nicht.
Handelt es sich um Drahtgewickelte Widerstände ist ein Betrieb, mit 
PWM-geregelten Strom, höchst mittelprächtig.
In einem System aus pulsmodulierter Spannung/Strom und einem Gemisch aus 
ohmschen Widerständen und Induktivitäten ist die Spannungsmessung nicht 
ganz einfach. Einfach so Ur1 + Ur2 + Ul ist nicht.
Falls es zur Verfügung steht würde ich ein "normales" (Labor-)Netzteil 
verwenden und die Spule im Schrank lassen.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Christian Fritsch schrieb:
> In der Literatur findet man leider auch wenig zu Widerstandsmessung
> mittels PWM
Das gibt es so auch nicht. Man kann nicht "mit PWM" einen Widerstand 
messen, weil ein Tastverhältnis im Ohmschen Gesetz nicht vorkommt.
Du willst mit dieser PWM also eigentlich nur einen Strom einstellen, 
oder nicht?

von Teo D. (teoderix)


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Man könnte das PWM mittels dieser ominösen Spule glätten und den 
Tastgrad so weit verändern, bis eine ref.Spannung am Prüfling anliegt. 
So könnte man über den Tastgrad, ohne direkte Strommessung, den 
Widerstand ermitteln!?

von Kevin M. (arduinolover)


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Was spricht gegen eine ratiometrische Messung mit einem 
Referenzwiderstand oder eine normale Konstantstromquelle?
Je nach Widerstandsbereich könnte man auch fertige Lösungen für die 
Messung von NTC / PT Sensoren benutzen.

Der Ansatz über PWM (Frequenz) ist imho an dieser Stelle nicht 
zielführend und macht nur Sinn, wenn man frequenzanhänge Bauteile messen 
möchte, was ein Widerstand nicht ist.

von Christian Fritsch (Gast)


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Vielen Dank schon mal für die ausführlichen Antworten.

Ergänzend muss vielleicht erwähnt werden, dass ein PWM-Signal zum 
Einsatz kommt, um die FGL-Drähte zu erwärmen und zu "austenitisieren" 
(wobei das Material auch Spannungs-/Dehnungseigenschaften verändert). 
Der Gedanke war im gleichen Atemzug dieses Signal für die 
Widerstandsmessung zu nutzen.

--> Die Verwendung einer Konstantstromquelle ist als Plan B schon ins 
Auge gefasst, jedoch wollte ich die Resonanz auf Plan A erstmal 
abwarten.

--> Es handelt sich wie schon erwähnt um Drähte aus einer 
NiTi-Legierung. Die Widerstände bewegen sich je nach Durchmesser und 
Temperatur zwischen 1 - 40 Ohm. Die Durchmesser sind im Bereich 76 - 500 
Mikrometer.

LG
Christian

von Kevin M. (arduinolover)


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Wenn es um SMA Drähte geht würde ich da eher mal nach fertigen Lösungen 
schauen. Sensorlose Ansteuerung wird bei denen häufiger gemacht und die 
Treiber können bestimmt jenachdem alles über den Draht ausspucken was 
ihr wissen wollt. Ansonsten schaut das ihr da einen anständigen PWM 
Treiber oder eine fertige Konstantstromquelle nehmt, ich weiß ja nicht 
was die SPS an Frequenz und Strom kann aber 1mH ist schon eine ziemlich 
fette Induktivität.

Im Endeffekt ist der gezeigte Aufbau ja nichts anderes als ein 
Konstantstromtreiber.

von A. S. (rava)


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Wenn du ein Tastverhältnis von 100% einstellen kannst ohne den Draht zu 
verdampfen, dann musst du nur warten, bis die Spule vollgelaufen ist 
(0V) und kannst das unbekannte R mit der Spannungsteilerformel 
ausrechnen.

Wenn das nicht geht, musst schon ziemlich genau wissen, wie groß die 
Toleranz an der Spule ist. Da das oft schwer ist, will man den Aufbau 
vielleicht mit ein paar bekannten Referenzdrähten kalibrieren...

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