Hallo zusammen,
ich habe folgende Aufgabe zu lösen: Die Betriebsspannung eines Massenspektrometers (24V 3,2A) an einer Vakuumanlage soll erst zur Verfügung stehen, wenn das Vakuum gut genug ist, um das Filament nicht durchbrennen zu lassen, d.h. unter 10^-4 mbar. Bisher hat die Steuerung des Analysesystems das selbst erledigt, aber leider hat das integrierte Netzteil für das Massenspektrometer (MS) seinen Geist aufgegeben. Das Gerät ist gerade mal 11 Jahre alt und beim Hersteller gibt es niemanden mehr, der das System kennt...
Ich habe es mit einem externen Labornetzteil getestet und es läuft. Jetzt soll ein einfaches Tischnetzteil (24V, 5A) her und eine Sicherheitsschaltung, die den Analogausgang (0-10V, selbe Masse wie das MS) des Vakuummeters "ausliest" und davon abhängig dem MS seine Versorgungsspannung gibt. Dieses analoge Spannungssignal ist proportional zum Logarithmus des Drucks und das MS soll erst laufen, wenn der Druck unter 10^-4 mbar liegt, also die Spannung unter 5V liegt (siehe Grafik). Das könnte ich ja mit einem einfachen Transistor und einstellbarem Spannungsteiler schalten. Jetzt gibt es aber noch eine Zusatzaufgabe: Liegt die Spannung unter 0,625V, liegt ein Fehler des Messsystems vor und das MS soll ebenfalls abschalten (da das ganz tiefe Vakuum nie erreicht wird, darf die Schwelle auch gerne etwas darüber liegen, bei z.B. 1V).
Zusammengefasst heißt das: Die Versorgungsspannung für das MS soll geschaltet werden, wenn die Signalspannung zwischen etwa 1V und 5V liegt.
Ist das mit einer einfachen Schaltung zu erreichen? Der Ausgang kann mit einem Transistor oder Relais geschaltet werden, beides sollte gehen.
Für konkrete Hilfe bin ich dankbar!
Gruß
Michael
vielleicht auch schon fertig wie etwa der TPS3700 von TI (High voltage window voltage detector with internal reference for over and undervoltage monitoring) mit 0,4V interner Referenz
oder auch der ICL7665 von Maxim und baugleiche ICs, dann aber mit 1,3V interner Referenz: geht dann aber nicht mit 1V als untere Grenze :-(
Ungenaue 0.7V macht ein Transistor, genauere 5V ein TL431.
Aber man möchte sicher eine Hysterese am Umschaltpunkt, so dass ein ICL7665 passender wäre. Der halt aber keine 24V aus und damit man sich eine extra Stromversorgung sparen kann, würde ich das mit einem LM393 aufbauen und einer aus 24V heruntergeteilten Vergleichsspannung. Denn stabile 24V als Versorgung kann man wohl voraussetzen. Der LM393 kann dann ein 24V Relais schalten oder einen MOSFET.
Zusammengefasst heißt das: Die Versorgungsspannung für das MS soll
geschaltet werden, wenn die Signalspannung zwischen etwa 1V und 5V
liegt.
Ein Fensterkomparator. ABER! Die Standardschaltung aus den Lehrbüchern hat das Problem, daß die beiden Komparatoren keine Hysterese haben. Das ist doof, denn dann hat der Ausgang gute Chancen zu flattern, wenn die Eingangsspannung sehr nahe an den Schaltschwellen liegt. Besser so. Siehe Anhang.
Vielen Dank schonmal für die vielen Tipps. Ich werde es wohl entweder mit einem der LMs versuchen oder nehme gleich die fertige Lösung von Rinck (vielen Dank für den Hinweis, den Anbieter kannte ich nicht). Mal sehen, was die verlangen, evtl. rechnet sich das ja.
Zusammengefasst heißt das: Die Versorgungsspannung für das MS soll
geschaltet werden, wenn die Signalspannung zwischen etwa 1V und 5V
liegt.
Ein Fensterkomparator. ABER! Die Standardschaltung aus den Lehrbüchern
hat das Problem, daß die beiden Komparatoren keine Hysterese haben. Das
ist doof, denn dann hat der Ausgang gute Chancen zu flattern, wenn die
Eingangsspannung sehr nahe an den Schaltschwellen liegt. Besser so.
Siehe Anhang.
OK, hier noch mit Layout und kleiner Korrektur/Erweiterung. Es gibt jetzt drei LEDs. Und da Ampeln ja im Moment schwer im Trend liegen Hust, so auch hier.
LED1, rot: Error, Eingangsspannung <1V
LED2, gelb: Hinweis, P > 10e-4mbar
LED3, grün: P < 10e-4 mbar, kein Fehler
Das kann man auf Lochraster aufbauen, siehe Anhang. Oder gleich beim Platinenhersteller der Wahl bestellen, bei den Preisen lohnt Lochraster kaum, es sei denn, man hat einen Studenten oder Lehrling, der löten üben will. Die beiden Potis auf 4,9V und 1V einstellen, fertig.
Die beiden Potis auf 4,9V und 1V einstellen, fertig.
Wenigstens einen kleinen Tiefpass am Eingang sollte man der Schaltung schon gönnen, damit nicht jeder ESD-Huster gleich ungebremst auf die Komparatoreingänge durchschlägt. Das Eingangssignal ist sowieso laaangsam.
Vielen Dank für diese praktisch lötreife Vorlage!
Ich verstehe diese Schaltung jetzt und sehe, dass man sie allgemein dazu einsetzen kann, einen Ausgang zu schalten, wenn eine Signalspannung zwischen zwei einstellbaren Werten liegt und das auch noch intuitiv per Ampel angezeigt wird. Nur selbst hätte ich sie so nicht in endlicher Zeit entwerfen können...
Dafür kann ich mich aber gerne revanchieren, falls einer von Euch mal eine Frage in Richtung Chemie hat :-)
Grüße
Michael
Hier mal die etwas modernere Variante mittels Mikrocontroller. Die Schaltschwellen sowie die gemessene Versorgungsspannung müssen im Quelltext eingetragen und dann compiliert und programmiert werden.
Aber man möchte sicher eine Hysterese am Umschaltpunkt, so dass ein
ICL7665 passender wäre. Der halt aber keine 24V aus
Der braucht sehr wenig Strom und kann über 2k4 - ZD12 aus den 24V gespeist werden. Seine Referenz ist die interne Bandgap, bei wackelnder Versorgung stabil zu bleiben, ist seine Kernkompetenz. Dann braucht es noch zwei Dioden, die beiden Ausgänge zu einem Fenster zu verknüpfen, nicht beliebig schwer umzusetzen.
Was mich stört, ist der Preis des ICL7665, aber in dem gegebenen Umfeld sehe ich den total unbedeutend.
Hier mal die etwas modernere Variante mittels Mikrocontroller.
Hast Du noch kompliziertere Varianten im Ärmel?
There are three ways the project can be done.
Fast
Cheap
Good
Choose any two.
Die Lösung von Jörg ist fast und good, aber nicht cheap (schätzungsweise 100-500 Euro). Ist immer noch billig, wenn man den Arbeitsaufwand betrachtet.
Meine analoge Lösung ist billig bezüglich der Komponenten und gut, aber nicht schnell. Und je nach Kosten der Arbeitszeit halt mehr oder minder teuer.
Die digitale Lösung ist nur als Demonstration, vielleicht braucht das mal jemand Anderes. Ist schneller gelötet als die analoge Variante, braucht weniger Platz. Muss man halt den Controller programmieren können, wenigstens das HEX-File brennen.
Die Lösung von Jörg ist fast und good, aber nicht cheap (schätzungsweise
100-500 Euro). Ist immer noch billig, wenn man den Arbeitsaufwand
betrachtet.
Im Eröffnungspost lese ich "Massenspektrometers (24V 3,2A) an einer Vakuumanlage", also ein System für fünf- oder sechsstellige Euro und kaum im heimische Keller - da interessieren 500 Euro nicht.
Meine analoge Lösung ist billig bezüglich der Komponenten und gut, aber
nicht schnell. Und je nach Kosten der Arbeitszeit halt mehr oder minder
teuer.
Die habe ich nicht sorgfältig angeschaut, aber im Gegensatz zum µC stürzt die nicht ab oder macht sonstigen Unsinn.
Die digitale Lösung ist nur als Demonstration, vielleicht braucht das
mal jemand Anderes. Ist schneller gelötet als die analoge Variante,
Die würde ich mit einem Arduino-Nano auf Lochraster zusammennageln, Dein Tiny braucht eine Leiterplatte.
aber im Gegensatz zum µC
stürzt die nicht ab oder macht sonstigen Unsinn.
Vorurteile leben am längsten.
In meinen Projekten haben die MCs (ATtiny, ATmega) eine deutliche Verbesserung der Zuverlässigkeit und Störsicherheit bewirkt.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/595935/Fensterkomparator_AVR.png
R9, R7 stück nach links und nach oben und die Betriebsspannung durch (einen etwas größeren) C3 hindurch. Spart man sich die Lötbrücken.
Sowas würde ich IMMER mit ner SW-Uart versehen und über Ansi-Terminal parametrierbar machen. Oder eben, wenn schon fest im Quellcode, dann die ISP -Schnittstelle mit aufs Bord packen...
Da gefällt mir die analoge Variante in diesem Zusammenhang auch besser. Allerdings würde ich hier auch versuchen, die "roten" wegzubekommen und alles auf "blau" zu routen. Dass das mühelos geht, sollte klar sein. Gerade unter dem Komparator macht sich das Stück Leiterbahn im Top-Layer echt blöd.
Im Eröffnungspost lese ich "Massenspektrometers (24V 3,2A) an einer
Vakuumanlage", also ein System für fünf- oder sechsstellige Euro und
kaum im heimische Keller - da interessieren 500 Euro nicht.
Bisher hat die Steuerung
des Analysesystems das selbst erledigt, aber leider hat das integrierte
Netzteil für das Massenspektrometer (MS) seinen Geist aufgegeben.
Dann würde ich ja lieber das Netzteil reparieren und den Orpginalzustand wieder herstellen. Ist aber nur meine Meinung.
Wenn der TO dann später mal andere Aufgaben im Unternehmen haben sollte, weiss niemand, was das fürn "komischer Kasten" und warum da n Steckernetzteil...
Klar, fürn Übergang, als Provisorium geht das.
Was mir aber noch einfällt (Onkel Axel erzählt von früher): unbedingt auf ne stabile Referenzspannung achten! ich hatte sowas mal als Heizung/Lüftung für n Botaniker gebaut (Gewächshaus:Temperaturfühler, aber prinzipiell das gleiche) und nicht bedacht, dass sich die Stromaufnahme bei den verschiedenen Schaltzuständen ändert und dabei hatte sich dann auch die Referenz geringfügig (auch über die Temperatur!) mit verändert und alles "durcheinandergewürfelt". Der Botanische Garten der preussischen Stiftung Schlösser und Gärten zu sanssouci bedankt sich heute noch. Mega-peinlich und n riesenschaden angerichtet, damals(tm). Also immer abwägen: professionelle Umgebung bitte auch mit professionellem Equipment bestücken und basteln nur dort, wo die Folgeschäden überschaubar sind.
hier noch ne kleine Ergänzung: Da es von der Steuerelektronik keine Dokumentation mehr gibt, auch nicht vom Hersteller, und auch kein Schaltplan existiert, wollte ich da nicht drangehen, weil die Steuerung des Vakuumeters, der Membranpumpe und der verzögert anspringenden Turbopumpe noch (!) funktioniert. "Don't change (repair?) a running system" ;-)
Weitere Info: Hab mal bei Rincke nachgehört, was der oben erwähnte Grenzwertschalter kostet. Ich war überrascht, dass der mit Versand netto knapp unter 100 € liegt. Deshalb werde ich wohl darauf zurückgreifen.
Für andere Projekte zuhause dann aber doch gerne die Selbstlötvariante. Einfach deshalb, weil's selbst gebaut ist....
Weitere Info: Hab mal bei Rincke nachgehört, was der oben erwähnte
Grenzwertschalter kostet. Ich war überrascht, dass der mit Versand netto
knapp unter 100 € liegt. Deshalb werde ich wohl darauf zurückgreifen.
Ist hier die beste Lösung. Einfacher, schneller, sicherer und professioneller kriegst du das nicht. Musst halt nur die beiden Kanäle mit Öffner/Schließer passend verschalten. Mach vorher einen Test mit dem Labornetzteil als Drucksenor (0-10V). Dazu noch ne Tabelle mit den LEDs und dem dekoderten Zustan dran kleben, fertig.
Weitere Info: Hab mal bei Rincke nachgehört, was der oben erwähnte
Grenzwertschalter kostet. Ich war überrascht, dass der mit Versand netto
knapp unter 100 € liegt. Deshalb werde ich wohl darauf zurückgreifen.
Ist hier die beste Lösung. Einfacher, schneller, sicherer und
professioneller kriegst du das nicht. Musst halt nur die beiden Kanäle
mit Öffner/Schließer passend verschalten. Mach vorher einen Test mit dem
Labornetzteil als Drucksenor (0-10V). Dazu noch ne Tabelle mit den LEDs
und dem dekoderten Zustan dran kleben, fertig.
Die würde ich mit einem Arduino-Nano auf Lochraster
zusammennageln, Dein Tiny braucht eine Leiterplatte.
Was meinst Du mit Lochraster, das keine Leiterplatte ist?
Warum sollte das für 'nen Tiny nicht klappen?
Deine Rückfrage ist berechtigt und zeigt meinen Denkfehler auf.
Ich war gedanklich dabei, dass diese µC immer als SO-Gehäuse kommen, was nicht auf Lochraster passt. Ich habe gerade mal geschaut: Der TINY13-20PU ist als DIP-8 erhältlich und damit natürlich bestens für Lochraster geeignet.
aber im Gegensatz zum µC
stürzt die nicht ab oder macht sonstigen Unsinn.
Vorurteile leben am längsten.
Kein Vorurteil, nur längere Zeit µC-net lesen. Da gibt es jede Menge Threads, wo über undefinierte Resets oder Abstürze geheult wird.
In meinen Projekten haben die MCs (ATtiny, ATmega) eine deutliche
Verbesserung der Zuverlässigkeit und Störsicherheit bewirkt.
Es sei Dir gegönnt. Aber, bist Du sicher, dass auch andere Leute ihre Schaltungen so aufbauen können, dass diese eine hinreichende Störimmunität aufweisen? Ich denke da speziell an Stromversorgung und Masseführungen, das Gefühl dafür ist nicht angeboren.
Kein Vorurteil, nur längere Zeit µC-net lesen. Da gibt es jede Menge
Threads, wo über undefinierte Resets oder Abstürze geheult wird.
Und von wem? Zu 95%++ von Hobbybastlern! Profis kriegen da schon stabilere Lösungen hin.
In meinen Projekten haben die MCs (ATtiny, ATmega) eine deutliche
Verbesserung der Zuverlässigkeit und Störsicherheit bewirkt.
Es sei Dir gegönnt. Aber, bist Du sicher, dass auch andere Leute ihre
Schaltungen so aufbauen können, dass diese eine hinreichende
Störimmunität aufweisen? Ich denke da speziell an Stromversorgung und
Masseführungen, das Gefühl dafür ist nicht angeboren.
Das Gefühl hilft dir da auch nicht weiter, eher solide Kenntnisse der EMV und Erfahrung.
Jeder, wie er sich auskennt: µC vs.Lochraster-Analog ist wie beim Layout (fällt mir als Beispiel/Vergleich ein)
andere ziehen mit links ein Altium-Projekt durch. So von vorn bis China inklusive Gerber-Files und allem, was dazugehört.
Ich schicke meine Multilayer-eagle-StarrFlex*.brd zu Frau Reschke, weil ich eben die letzten 20 Jahre mit Eagle mache. Wir halten noch einen Schwatz am nächsten Tag, weil mir wieder zwei Schusselfehler unterliefen und ich bekomme auch meinen Kram.
verteilte kompetenz ;)
Nebenher: dass man bei ner Leiterplatte mit µC auch immer RX/TX und ISP zwecks Parametrierung und Programmierung mit drauftun kann, hatte ich ja gestern schon in einem NachbarThread angemerkt/vorgeschlagen.
Zum Thema zurück,
wenn der Grenzwertschalter tatsächlich um hundert Euro kostet und es zu riskant ist, das defekte Netzteil zu reparieren: Dann ist das ne akzeptable Alternative, bevor noch mehr kaputt geht. Dass es keine UnterlagenMappe oder dergleichen zu der Anlage gibt, wundert aber schon.
... Dass es keine
UnterlagenMappe oder dergleichen zu der Anlage gibt, wundert aber schon.
Wir hatten diese Kombination von Vor-/Hauptpumpe und Massenspektrometer äußerst günstig gebraucht erstanden. Unter anderem so günstig, weil keine Dokumentation existiert und es auch keine Garantie auf Funktion gab. Die Bedienung der Pumpeinheit ist recht intuitiv, da war keine Dokumentation erforderlich. Und da das MS vom Hersteller des Kombisystems zugekauft wurde und es dieses auch alleine direkt vom Hersteller gibt, konnte mir der Hersteller des MS hier mit Dokumentation und Software zum Auslesen der Daten weiterhelfen. Ich musste nur die Pufferbatterie darin erneuern, weil es ständig seine Parameter vergessen hatte.
Ich weiß jetzt auch, warum das Netzteil hinüber ist. Im Stecker für die Versorgunsspannung des MS (XLR/DIN 4-polig) hat sich die Litze von der Lötstelle gelöst (natürlich +) und munter Kontakt zum Metallgehäuse des Steckers gehabt. Jedesmal, wenn das Vakuum tief genug war, dass die Steuerung dem MS Strom gab, gab es einen Kurzschluss und die Steuerung hat sich resettet und neu gebootet. Leider gab es keine Ausgangssicherung im Netzteil, das diese Spannung bereitgestellt hat. Bis mir diese Zusammenhänge klar geworden sind (ich war zuerst von einem Fehler in der Steuerungssoftware oder einem Bedienfehler ausgegangen), war beim 3. oder 4. Testlauf das Netzteil im Eimer. Ich kann nur froh sein, dass keine anderen lebenswichtigen Teile der Steuerung diese Spannung brauchen.
Der Grenzwertschalter GS-U2 ist bestellt und dann hoffe ich, dass demnächst alles wieder mit den neuen Prothesen läuft.
Gruß
Michael
Sowas würde ich IMMER mit ner SW-Uart versehen und über Ansi-Terminal
parametrierbar machen.
Na dann los. Falk hat die Grundlage geliefert, der Quellcode liegt
offen, was hält dich ab deiner Aussage auch Taten folgen zu lassen?
Das wird doch sowieso NIEMALS gebaut, wenn mich meine Erfahrungen der letzten 20 Jahre nicht täuschen.
Es wurde doch nun eine professionelle Lösung gefunden.
Daher sehe ich keinen Sinnn drinn, da jetzt noch etwas entgegenzusetzen, nur um anderen zu beweisen, dass ich es kann? Warum? Kann - aus meiner Generation - so ziemlich jeder. Weil: ging damals kaum anders.
Das hält mich davon ab. So einfach ist das ...
In meinen Projekten ist eben eine ANSI-Terminal, angelehnt an die 20 Jahre alte AVR244-Appnote,
https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/doc2547.pdf
enthalten. Da macht man sich mit der Leertaste auf der seriellen bemerkbar (wie beim 8032AH-Basic) und dann spuckt der Atmel seine Ansi-Escape-Sequenzen aufs Terminal und erzeugt eben, je nach gutso, verschiedene Steuerelemte in Pseudo-Grafik (ähnlich, wie VideoText) aus und mit den Tab- und Pfeiltasten kann man dann die Parameter wählen und setzen. Enter beendet und speichert, "q" geht raus, ohne zu speichern. Heute setzt man da eher ne kleine Website auf dem ESP32 auf und bedient das übers Handy oder hat einen DrehEncoder und dieses typische 0.96" OLED am Arduino dran und bedient es darüber.
Spannung-Druck-Diagramm.png
(700 KB)
Spannung-Druck-Diagramm.png
(700 KB)
