Hallo,
ich möchte ein Oszilloskop mit einem Arduino Nano als Messsystem bauen.
Da ich bis zu 230V bzw. 400V (2 Phasen bei Drehstrom) messen können
möchte brauche ich ein Potentiometer (Geplant ist 1MOhm) um die
Eingangsspannung auf die maximal 5V zu regeln. Da dieses Potentiometer
im Zweifel auf Phase liegt möchte ich es natürlich nicht per Hand
steuern sondern idealerweise über den Arduino (der bekommt die
einzustellende Höhe des Widerstandes von einem weiteren Arduino, der
über einen Optokoppler galvantisch getrennt ist).
Da bei Digitalpotis die beiden Kreise nicht galvanisch getrennt sind,
fallen diese, soweit ich gesehen habe, weg. Allerdings habe ich auch
kein Motorpoti gefunden, dass für solche Fälle geeignet ist.
In einem anderen Beitrag (Beitrag "Mikrocontroller statt 230V Poti")
wurde bei einem ähnlichen Fall ein Optokoppler empfohlen, der ist mir
allerdings nicht linear genug (ich würde gerne die Ansteuerung des Nano
gleichzeitig als Normierung für meine dargestellte Kurve nutzen ohne den
tatsächlich eingestellten Widerstand nochmal extra messen zu müssen) und
würde natürlich zu einem stark variablen Eingangswiderstand des
Oszilloskops führen (das würde ich idealerweise auch vermeiden wollen).
Kennt jemand ein passendes Bauteil bzw. hat noch eine andere Idee?
Vielen Dank im Voraus
WTux schrieb:> Da ich bis zu 230V bzw. 400V (2 Phasen bei Drehstrom) messen können> möchte brauche ich ein Potentiometer
Das kann ich nicht nachvollziehen.
Zeichne mal in einen Schaltplan, wie du dir das vorstellst.
Ich glaube aber fast, die Lösung deiner Aufgabe sieht anders aus...
WTux schrieb:> Da ich bis zu 230V bzw. 400V (2 Phasen bei Drehstrom) messen können> möchte brauche ich ein Potentiometer (Geplant ist 1MOhm) um die> Eingangsspannung auf die maximal 5V zu regeln.
Wie willst du damit vernünftig etwas messen können. Dazu müsstest du
jederzeit den am Poti eingestellten Wert GENAU kennen und auch noch das
Poti gegen Fehlbedienung absichern.
Was spricht gegen einen Tastkopf, der für solche Aufgaben konzipiert
ist?
Vielen Dank für die schnellen Antworten, ich habe mal eine vereinfachte
Skizze angehängt (Für die negativen Spannungen habe ich noch einen
Offset vom GND, der ist hier aber nicht von Bedeutung). Es geht um das
Potentiometer RV1, das einfach einen Spannungsteiler darstellt.
Über dieses kann ich den Spannungsbereich einstellen, der an A0 anliegt
Lege ich außen zum Beispiel maximal 100V an, dann muss 2->3 5kOhm
betragen.
Ich denke, was ich nicht richtig zum Ausdruck gebracht habe ist, dass
ich diesen Wert einmal einstelle (Wie bei einer Messbereichseinstellung
beim Multimeter) bevor die Messung beginnt, ich will den Widerstand
nicht während der Messung nachregeln.
Da kommt auf jeden Fall kein Poti an 230Volt.
Die hohe Eingangsspannung wird zunächst mal mit einem Spannungsteiler
aus Festwiderständen in einen gemütlicheren Level gebracht.
Wenn man mag, kann dann ein Poti dahinter, oder auch den unteren R des
Spannungsteilers bilden.
Wie damit dann allerdings genaue Messungen möglich sein sollten, ist
nicht ganz klar...
Ein Oszilloskop mit einem arduino?
Dem arduino fehlt jedwene Beschaltung um analoge Signale linear zu
verstärken oder abzuschwächen, er hat keinen Hardware trigger und
zumindest die interne Referenz ist auch nicht so genau. Und bedenke auch
das das komplette layout so ausgelegt werden muss, das das signal
möglichst rauschfrei am ad Wandler ankommt.
Selbst dann ist aber nicht mehr als NF darstellbar, da die max. sample
rate des AD nicht mehr hergibt.
Um es kurz zu sagen: Diese "Oszilloskope" mit arduino,display und
einfacher Eingangsstufe sind nur brauchbar, wenn das Eingangssignal im
NF Bereich liegt und nur grob beurteilt werden soll.
Aber wenn du das trotzdem bauen willst, ist ein Spannungsteiler aus
festen Widerständen die bessere Wahl . damit teilst du die Spannung z.b.
im Verhältnis 1:400 runter. Besser noch ein kleiner trafo als
übertrager, der galvanisch trennt. Nachfolgend dann ein OPV um die
negative Halbwelle im mess signal in den positiven Bereich anzuheben da
der ad Wandler eine positive Spannung braucht
Bedenke bitte das die Schaltung auf netzpotential liegt und jede
Berührung während der Messung Lebensgefahr bedeutet.
WTux schrieb:> Ich denke, was ich nicht richtig zum Ausdruck gebracht habe ist, dass> ich diesen Wert einmal einstelle
Bei richtigen automatisierten Messgeräten hörst du beim Selbsttest nach
drm Einschalten die Reedrelais klappern. Und so funktioniert das dann
auch in der Wirklichkeit.
Deine Schaltung ist übrigens viel zu einfach, denn 1. hat eine Z-Diode
einen merklichen Leckstrom und 2. darf die Impedanz (vereinfacht der
Widerstand) am ADC-Pin nicht arg viel größer sein als etwa 5kOhm, wenn
du zügig messen willst.
Dein Schaltplan ist nicht nur fehlerhaft sondern gefährlich!
Wenn das Poti auch nur minimal zu weit aufgedreht wird, grillst du den
arduino.
Zudem liegt die gesamte Schaltung auf netzpotential, bei Berührung
besteht Lebensgefahr!
Zudem zeigt der Schaltplan das du noch nicht genügend Verständnis hast
um so etwas sicher zu bauen und zu betreiben, von den oben schon
beschriebenen unzulänglichkeiten des arduino mal abgesehen.
->bitte LASS es um deiner selbst willen!
Vielen Dank für die vielen Hilfreichen Hinweise, insbesondere an Lothar
M..
Die 5kOhm Impedanz ist an dieser Stelle glaube ich das größte Problem.
Ich habe nach der Kapazität der Eingänge des Arduino gesucht aber nicht
gefunden, können sie mir sagen, wo sie die Werte her haben bzw. welcher
Zeitkonstante das entspricht?
Mir ist vollkommen bewusst, dass diese Schaltung hochgefährlich ist und
das ich sie so nie aufbauen würde, gerade deswegen will ich ja den
Messkreis galvanisch vom Bedienkreis trennen, damit der Nutzer eben
nicht mit dem auf Potential liegenden Messkreis in Kontakt kommt.
Die Unzulänglichkeiten des Arduino sind mir bewusst, das ich damit mit
einem GS/s Oszi nicht mithalten kann ist mir vollkommen klar, ich habe
Arduino Projekte mit 100kHz Messfrequenz gefunden, das würde für mich
mehr als vollkommen ausreichen.
Die Idee mit dem Transformator finde ich ganz gut, allerdings befürchte
ich, dass in diesem Frequenzbereich das transformierte Signal schon zu
stark verfälscht ist.
WTux schrieb:> Kapazität der Eingänge des Arduino gesucht aber nicht gefunden, können> sie mir sagen, wo sie die Werte her haben
Aus dem Datenblatt des verwendeten uC. Der Andruide besteht eigentlich
nur aus dem uC, deshalb sind dessen DB und die entsprechenden Appnotes
die Referenz schlechthin.
WTux schrieb:> Da dieses Potentiometer> im Zweifel auf Phase liegt möchte ich es natürlich nicht per Hand> steuern
Warum nicht? Solche Potis sind massenhaft in Dimmern verbaut.
Ansonsten könnte man natürlich auch ein Motorpoti nehmen.
Harald W. schrieb:> Ansonsten könnte man natürlich auch ein Motorpoti nehmen.
Da glaube ich nicht, dass die für derartige Spannungen ausreichend
isolieren.
Aber die Aufgabe braucht prinzipiell kein Poti. Wenn schon, dann einen
Stufenschalter oder ein paar Relais.
Da muss man nichts neu erfinden, sondern eindsch mal mit der Bilder
Suche nach "autorage voltage meter schematics" suchen.
Lothar M. schrieb:> Aber die Aufgabe braucht prinzipiell kein Poti.
Das ist mir klar, aber ich habe mich hier an die häufige Forderung
"Bitte nur die Frage das TEs beantworten" gehalten. :-)
WTux schrieb:> Die Idee mit dem Transformator finde ich ganz gut, allerdings befürchte> ich, dass in diesem Frequenzbereich das transformierte Signal schon zu> stark verfälscht ist.
Welcher Frequenzbereich?
Hauptaufgabe wäre bei Basteleien im Niederspannungsbereich <20V Signale
anzuschauen, bei denen ein Multimeter nicht mehr reicht (z.B.
zeitabhängige Input und Outputsignale des Arduino ~1kHz, Ansteuerung
bürstenloser Motor <10kHz, ...).
Mir hat sich dann nur die Frage gestellt, ob man das Gerät nicht mit
wenig Aufwand auch so auslegen könnte, dass man für den Fall der Fälle
auch alle Haushaltsprobleme darstellen kann (sprich alles unter 400V
~50Hz) ohne dabei Gefahr zu laufen selber zum Leiter zu werden in dem
ich Bedienung und Messung galvanisch trenne.
Dabei hatte ich erwartet, dass es ein Standardteil gibt, über das man
ein Potentiometer im 230V Wechselstromkreis über eine galvanisch
getrennte Steuerung ansteuern kann.
Vielen Dank für die vielen Hinweise und Hilfen ich werde nochmal darüber
nachdenken, ob das so überhaupt funktionieren kann, insbesondere mit der
5kOhm Beschränkung für den analogen Eingang auf die mich Lothar M.
aufmerksam gemacht hat.
Das kann ich dir beantworten : nein es funktioniert so nicht, zumindest
nicht zufriedenstellend.
Selbst wenn der arduino mit 100kHz samplen kann, liegt deine analoge
Bandbreite damit gerade einmal bei etwa 10kHz, um Signale wirklich
beurteilen zu können. Kurzfristige transienten siehst du evtl gar nicht.
Dazu kommt das du selbst für diese 10 kHz wie bereits beschrieben einen
guten, rauscharmen und störarmen, möglichst linearen analogen
Vorverstärker/abschwächer brauchst. Dazu kommt die notwendige
beschaltung und Software für den Trigger.
Und direkt 230/400v AC messen wäre dann auch nur mit Verwendung eines
externen tastkopfs z.b. 100:1 und eines vollisolierten Gehäuses möglich.
Deine Schaltung würde den arduino zerstören wie ich bereits schrieb.
Ich rate dir nachwievor es zu lassen.
Schau dich doch nach Scopemetern um. Die gibts teils recht günstig und
du hast ein einfaches oszi und Multimeter in einem.
WTux schrieb:> deswegen will ich ja den Messkreis galvanisch vom Bedienkreis trennen
Dazu muss dein Alanogteil wesentlich aufwändiger ausgeführt werden als
"ein Poti und ein Optokoppler". Die Bildersuche mit
https://www.google.com/search?q=trennverstärker+schaltplan&tbm=isch gibt
dazu erste Anhaltspunkte.
WTux schrieb:> Dabei hatte ich erwartet, dass es ein Standardteil gibt, über das man> ein Potentiometer im 230V Wechselstromkreis über eine galvanisch> getrennte Steuerung ansteuern kann.
Wer braucht sowas?
> insbesondere mit der 5kOhm Beschränkung für den analogen Eingang
Die 5k sind erst mal nur ein Warnsignal: "Obacht, hier wird es glatt!"
Im Grunde ist es natürlich komplizierter als einfach nur "kleiner als
5kOhm und gut". Zur Bewertung des Ganzen und im Besonderen dann, wenn
man an die Grenzen des AD-Wandlers will, muss man das Messverfahren und
die Hintergründe der AD-Wandlung verstanden haben.
Weil das Problem aber vorerst mal ein arg Analoges ist und die
AD-Wandlung erst viel später kommt, verschiebe ich den Thread ins
Analogforum.
