Spannungsteiler

Frank K. schrieb:
> Der Spannungsabfall soll zwischen 0,143 und 0,835 V liegen.
Im Ernst jetzt? Auf 3 Nachkommastellen genau? Das schafft so eine 
Billigschaltung niemals.

> um eine Tankanzeige zu steuern.
Was ist sonst an dieser Tankanzeige angeschlossen?

> Wie muss ich die Schaltung gestalten, damit sich der Tastgrad linear zum
> Spannungsabfall verhält?
Du hast da Ursache und Wirkung verwechselt... seis drum.
Um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die sich linear zum TV verhält, 
musst du eine Push-Pull-Endstufe nehmen und dann ein RC-Glied als Filter 
dahinterschalten. Denn dann wird der Kondensator mit der selben 
Zeitkonstante geladen und entladen.

Lothar M. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Der Spannungsabfall soll zwischen 0,143 und 0,835 V liegen.
> Im Ernst jetzt? Auf 3 Nachkommastellen genau?

Nein ;-), das war nur der Wertebereich, den ich am Tankgeber abgenommen 
habe (min / max).

>> um eine Tankanzeige zu steuern.
> Was ist sonst an dieser Tankanzeige angeschlossen?
Ein Magnetschwimmer um ein Rohr. Im Rohr sind wohl Reedkontakte, welches 
je nach Füllstand die Reihenschaltung von Widerständen zwischen zwei 
benachtbarten Widerständen zum Eingang brückt. Also ganz Oben ist nur 
ein Wiederstand im Stromkreis aktiv: 8,6 Ohm. Fährt man den Magnet 
langsam tiefer, kommt ein Sprung von 4,7 Ohm auf 13,3 Ohm usw. Ab Mitte 
des Weges (in Richtung leer) ist der Sprung nicht mehr 7,4 sondern 3,9 
Ohm. Insgesamt sind es 16 verschiedene Widerstandswerte, die angefahren 
werden können, also 16 Bit.

Das grundlegende Problem ist, dass sich die Tankgeometrie geändert hat. 
Daher die Idee, die gemessenen Werte über einen µC zu korrigieren. 
Problem: Der µC, den ich verwenden darf, kann nur 2 PWM Kanäle ausgeben. 
Sonst hätte ich einen Arduino genommen und das Widerstandsnetzwerk mit 
den Outputs geschaltet.

Ja, die Tankform hat sich geändert. Das Volumen ist gleich geblieben.
Vorher war der Tank Quaderförmig, nun hat er 3 unterschiedliche 
Querschnitte über die gemessene Höhe, das möchte ich durch ein im µC 
hinterlegtes "Kennfeld" korrigieren.

Frank K. schrieb:
> Insgesamt sind es 16 verschiedene Widerstandswerte, die angefahren
> werden können, also 16 Bit.
Es sind zum Glück nur 4 Bit, mit denen sich 16 unterschiedliche 
Schaltstufen darstellen lassen. Mit 16 Bit könntest du 65536 
unterschiedliche Schalterstellungen abbilden.

> Also ganz Oben ist nur
> ein Wiederstand im Stromkreis aktiv: 8,6 Ohm. Fährt man den Magnet
> langsam tiefer, kommt ein Sprung von 4,7 Ohm auf 13,3 Ohm usw. Ab Mitte
> des Weges (in Richtung leer) ist der Sprung nicht mehr 7,4 sondern 3,9
> Ohm.
Wenn sich das alles im einstelligen Ohmbereich abspielt, dann ist der OK 
aber schnell am Ende seiner Leistungsfähigkeit. Denn der spielt sonst 
eher in der Liga im tausendmal höheren kOhm-Bereich.

Wenn schon, dann solltest du dir mal PhotoMos-Relais anschauen.

> Daher die Idee, die gemessenen Werte über einen µC zu korrigieren.
> Problem: Der µC, den ich verwenden darf, kann nur 2 PWM Kanäle ausgeben.
Aber der µC muss doch sowieso irgendwas "liniearisieren". Dann kann er 
doch auch die Unsymmetrie der ausgangsstufe da mit reinpacken.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern,
> anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren?

Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den 
Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem 
Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard 
übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein.

Frank K. schrieb:
> Stefan ⛄ F. schrieb:
>> Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern,
>> anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren?
>
> Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den
> Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem
> Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard
> übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein.

Dann nimm vier kleine Reedrelais, die brauchen 10mA/5V, kann man direkt 
mit einem Mikrocontroller schalten. Diese schalten 4 Widerstände, welche 
entsprechende Werte haben. Fertig.

Falk B. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Stefan ⛄ F. schrieb:
>>> Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern,
>>> anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren?
>>
>> Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den
>> Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem
>> Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard
>> übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein.
>
> Dann nimm vier kleine Reedrelais, die brauchen 10mA/5V, kann man direkt
> mit einem Mikrocontroller schalten. Diese schalten 4 Widerstände, welche
> entsprechende Werte haben. Fertig.

Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands 
haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4 
Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir 
das mal in Excel darstellen.

Frank K. schrieb:
> Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands
> haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4
> Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir
> das mal in Excel darstellen.

Mit 4 Widerständen in binärer Abstufung kann man 16 gleichmäßige Stufen 
darstellen. Eine Emulation eines Widerstands mittels PWM und Elektronik 
ist deutlich aufwändiger, als es die meisten glauben. Außerdem ist es 
Unsinn, hier irgendwelche exorbitanten Genauigkeiten anzustreben. Selbst 
10% Abweichung sind für eine popelige Tankanzeige kein Problem. Es ist 
kein Flugzeug!

Falk B. schrieb:
> Frank K. schrieb:
>> Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands
>> haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4
>> Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir
>> das mal in Excel darstellen.
>
> Mit 4 Widerständen in binärer Abstufung kann man 16 gleichmäßige Stufen
> darstellen. Eine Emulation eines Widerstands mittels PWM und Elektronik
> ist deutlich aufwändiger, als es die meisten glauben. Außerdem ist es
> Unsinn, hier irgendwelche exorbitanten Genauigkeiten anzustreben. Selbst
> 10% Abweichung sind für eine popelige Tankanzeige kein Problem. Es ist
> kein Flugzeug!

Aber leider ist wie vorher beschrieben die Abstufung nicht linear.
Daher funktioniert das für die binäre Darstellung von Stufe 8 bis 15 
nicht mehr, da dann die 2 LSBs nur 3,8 Ohm statt der dann benötigten 4,7 
Ohm darstellen können.

Zwischenstand:

Über die 4 Ausgangsbits habe ich mir ein schaltbares Widerstandsnetzwerk 
gebaut, mit welchem ich in 16 Stufen die Widerstandswerte von 8,6 bis 
71,8 in Schritten á 4,2 Ohm simulieren kann.

Nun die Frage zum Eingang:
Die Steuerung, welche ich verwende verarbeitet einen Spannungswert von 0 
- 11,4 V. Der Eingangswiderstand wird mit 22,6 kOhm angegeben. Da ich 
den originalen Geber verwenden muss, der 8,6 bis 72,6 Ohm liefert, würde 
ich einen 12V Festspannungsregeler in Verbindung mit einer Diode 
(Spannungsabfall 0,7V = 11,3V) für die Messspannung nehmen, da ich ein 
24 V Bordnetz habe. Wie muss ich bitte den Spannungsteiler auslegen, um 
den Eingang von 0 bis 11,3 V dann nutzen zu können?

vlg Frank

Frank K. schrieb:
> Die Steuerung, welche ich verwende

Frank K. schrieb:
> da ich

immer noch zuviel Prosa liefere fehlt das Schaltbild

Joachim B. schrieb:
> immer noch zuviel Prosa liefere fehlt das Schaltbild

In der Tat. Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte.

Frank K. schrieb:

> Da ich
> den originalen Geber verwenden muss, der 8,6 bis 72,6 Ohm liefert, würde
> ich einen 12V Festspannungsregeler in Verbindung mit einer Diode
> (Spannungsabfall 0,7V = 11,3V) für die Messspannung nehmen,

Nö, denn deren Spannung ist einigermaßen Temperaturabhängig.

> da ich ein
> 24 V Bordnetz habe.

Da brauchst du so oder so einiges an Schutzbeschaltung, damit dir der 
Dreck auf dem Bordnetz weder die Messung versaut noch deine Schaltung 
beschädigt.

> Wie muss ich bitte den Spannungsteiler auslegen, um
> den Eingang von 0 bis 11,3 V dann nutzen zu können?

Gar nicht, denn bei einem so niederohmigen Sensor wird man kaum mit 
diesen Spannungen arbeiten können.

P = U^2 / R = 12V^2 / 8,5Ohm = 16,7W

Ich würde vermuten, daß der Sensor bestenfalls 0,5W verträgt. D.h. beim 
Minimalwert darf man max. 2V anlegen. Beim Maximalwert darf man max. 
82mA durchschicken, wenn man einen Konstantstromquelle nutzt. Ich 
würde die nehmen, sagen wir mit 50mA, ggf. auch weniger. Die 
Ausgangsspannung ist dann max. 73R * 50mA = 3,6V. Die kann man per OPV 
x3 verstärken und hat 11V. Damit ist dein Meßbereich voll ausgenutzt.

Falk B. schrieb:

> Ich würde vermuten, daß der Sensor bestenfalls 0,5W verträgt. D.h. beim
> Minimalwert darf man max. 2V anlegen. Beim Maximalwert darf man max.
> 82mA durchschicken, wenn man einen Konstantstromquelle nutzt. Ich
> würde die nehmen, sagen wir mit 50mA, ggf. auch weniger. Die
> Ausgangsspannung ist dann max. 73R * 50mA = 3,6V. Die kann man per OPV
> x3 verstärken und hat 11V. Damit ist dein Meßbereich voll ausgenutzt.

Danke für den Tipp mit dem Strom. In der Originalschaltung fließt ein 
Strom (je nach Füllstand) zwischen 11,2 und 13,6 mA, was wohl auch 
darauf schließen lässt, dass man da keine Konstantstromquelle verwendet 
oder ist so etwas noch in der Toleranz?

Werde das mal mit dem OPV in LTSpice simulieren.

Frank K. schrieb:
> Danke für den Tipp mit dem Strom. In der Originalschaltung fließt ein
> Strom (je nach Füllstand) zwischen 11,2 und 13,6 mA, was wohl auch
> darauf schließen lässt, dass man da keine Konstantstromquelle verwendet

Man nimmt dort vermutlich einfach einen Spannungsteiler, der als 
Konstantstromquelle für Arme funktioniert. Bei ~12mA ist die Meßspannung 
halt noch kleiner hier ca. 100-900mV. Die muss man dann auf ca. 11V 
verstärken, Faktor 11 klingt brauchbar.

Anja schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Man nimmt dort vermutlich einfach einen Spannungsteiler,
>
> Nö,
>
> normalerweise geht der Tankgeber (als Strom) an ein Kreuzspulinstrument.
> Die 2. Wicklung ist die Versorgungsspannung die dann herauskompensiert
> wird.
>
Ja, so kenne ich das auch noch aus meiner KfZ Studienzeit ;-)

Bei meinem aktuellen Projekt kann man beobachten, dass bei 
eingeschalteter Zündung die/der Spannung/Strom am Tankgeber innerhalb 
von 10 Sekunden von 0 auf ein Maximum steigt und dann wieder innerhalb 
von 10 Sekunden auf 0 fällt. Dann 20 Sekunden Pause und die Messung geht 
wieder los. Die Tanknadel bleibt unverändert, bis man tatsächlich einen 
anderen Wert am Geber simuliert. Dann stellt sich die Nadel auf den 
neuen Wert innerhalb einer Sekunde ein.

Nun suche ich nur noch einen Kfz tauglichen Messwertverstärker, welcher 
den niederohmigen Geberwert in eine 0-11 V Spannung umwandelt.