Kondensator mit Konstantstrom laden und entladen

[Andre G. (andgst01)]

Schönen Montag Abend,

ich würde gerne einen Kondensator mit einer Konstantstromquelle laden 
und gleichzeitig mit einer Konstantstromsenke entladen.

Der Ladestrom und der Entladestrom sollten einstellbar sein (Poti oder 
so) und schaltbar, also wenn ein externes Signal vorhanden ist dann soll 
der eingestellte Strom in den Kondensator fließen bzw. aus dem 
Kondensator.

Im Anhang ist eine kleine Skizze (Skizze1), ein Bild sagt ja mehr als 
tausend Worte ...

Die Spannung am Kondensator sollte sich zwischen 10V und der durch VE 
vorgegebenen Spannung bewegen. (z.B. 2,5V)


Was soll all das?
Ich möchte eine Heizungssteuerung testen.
Diese hat drei Ausgänge: Kaltwasserzulaufventil, Wasserablaufventil und 
Heizung.
Die Pumpe beim Heizelement läuft immer wenn die Heizung läuft um das 
warme Wasser im System zu verteilen.
(siehe Skizze2)

Der Kondensator stellt die thermische "Kapazität" des Systems dar, die 
Spannung die am Kondensator anliegt ist die aktuelle Temperatur des 
Systems.
Das Zuschalten der Konstantstromquelle stellt Einschalten eines 
Heizwiderstandes dar, das Zusschalten der Konstantstromsenke stellt das 
Öffnen eines Kaltwasserzulaufventils dar.
Die Spannungsquelle unter der Konstantstromsenke stellt die 
Umgebungstemperatur dar.
Die Temperatur im System kann nich kleiner als die Umgebungstemperatur 
sein.
1 V Spannung am Kondensator wird 10°C entsprechen.
Der Widerstand der vom Kondensator zur Spannungsquelle geht stellt die 
nicht-perfekte thermische Isolation des Systems dar.
Es wird immer etwas Wärme entweichen, bis irgendwann die Temperatur des 
Systems der Umgebungstemperatur entspricht.

Die selbe Schaltung würde ich ein zweites Mal aufbauen um den aktuellen 
Druck im System darzustellen.
Wenn der Kaltwasserzulauf offen ist steigt der Druck im System, wenn der 
Wasserablauf offen ist sinkt der Druck im System.
Den "Entladewiderstand" am Kondensator würde ich hier aber weglassen da 
das System ja wasserdicht ist.


Ja, es ist ein sehr primitives und vereinfachtes "Modell" dass einige 
Aspekte nicht berücksichtigt aber ich denke es sollte für meine Zwecke 
ausreichen.


Und wo liegt das Problem?
Konstantstromquellen sind ja eigentlich nichts kompliziertes wenn sie 
einfach zwischen Vcc und der Last oder zwischen der Last und GND liegen.
Aber hier ist das weder bei der Konstantstromquelle noch bei der 
Konstantstromsenke der Fall, da sie ja schaltbar sein müssen und im 
Falle der Senke nicht GND als "niedriges Potential" haben sondern die 
Spannung die die Spannungsquelle ausgibt.
Mein erster Gedanke war die ganz normale KSQ-Schaltung (FET oder 
Transistor gefolgt von einem Shunt) mit einem Differenzverstärker der 
die Shuntspannung misst.
AD620 vielleicht?
Oder gibt es da andere Lösungen?


Ja klar, man könnte einfach einen µC nehmen der drei Eingänge hat 
(Kaltwasserzulauf aktiv, Heizung aktiv, Ablaufventil aktiv) und der 
kontinuierlich Temperatur und Druck berechnet, aber da lernt man ja 
nicht viel dabei ...

[MaWin (Gast)]

Andre G. schrieb:
> Oder gibt es da andere Lösungen?

Die klassische Integratorschaltung

https://www.electronics-tutorials.ws/de/operationsverstarker/integrierverstaerker.html

macht genau das: laden/entladen eines Kondensators (der mit einem Bein 
sogar an virtueller 0 hängt) durch eine Steuerspannung.

Nur dass die Steuerspannung NEGATIV sein muss zum Aufladen und positiv 
zum Entladen (und sehr gut auf 0 damit die Ladung nicht verändert wird).

[Andre G. (andgst01)]

MaWin schrieb:
> Die klassische Integratorschaltung

Ach ja, wie oft man sich in aufwändigen Lösungsansätzen verrennt ...

Das mit den negativen Eingangsspannung zum Laden ist kein Problem, ich 
werde einfach einen invertierenden Verstärker mit eine Verstärkung von 1 
davorschalten.

Danke!

[michael_ (Gast)]

Ach der Angst wieder!
Lass es sein!