Hi,
ich bin gerade dabei eine Schaltung zu entwerfen, die es mir erlaubt,
den Strom, der zwischen Opferanode und Warmwasserspeicher fließt, zu
messen.
Das Signal soll mit einem ATmega32u4 (Vcc=3,3V) verarbeitet werden.
Messungen an der Opferanode haben folgendes Verhalten gezeigt:
1
Leerlaufspannung = 0,17V
2
1000 Ohm : 0,16V -> 0,16mA
3
100 Ohm : 0,10V -> 1,0mA
4
10 Ohm : 0,022V -> 2,2mA
5
6 Ohm : 0,013V -> 2,2mA
Mein Plan ist, mittels Shunt zu messen.
Bei der aktuell vorhandenen Leerlaufspannung (die Anode habe ich erst
vor zwei Wochen eingebaut, ist also quasi neu) von 0,17V dürfte der
Widerstand also nicht größer als etwa 10 Ohm sein, um den Stromfluss
nicht zu beeinträchtigen.
Da die Leerlaufspannung im Laufe der Zeit absinken wird, sollte der
Shunt denke ich nicht größer als 1 Ohm sein.
Der Strom kann sich auch umkehren. Und zwar, wenn die Anode nicht mehr
funktionsfähig ist und sich somit der Speicher auflöst. D.h. ich möchte
auch negative Ströme messen können.
Als ich die Anode neu eingebaut hatte, habe ich Ströme bis 6mA gemessen.
Daher lege ich den Messbereich fest auf -2mA bis +10mA.
Die gewünschte (!) Genauigkeit wäre 0,1mA.
Im Anhang die angedachte Schaltung.
Mit den gewählten Widerstandswerten ergibt sich eine Verstärkung von
270.
Der Offset beträgt 0,595V.
Der Messbereich ist somit 0V=-2,2mA bis 3,3V=10,0mA.
Der OP ist ein AD8538 Präzisionsverstärker mit typ. 5µV Offset.
Die Auflösung wäre 0,0030 mA/LSB.
Ich kenne mich bzgl. OP-Auslegung nocht nicht so gut aus.
Die 5µV Offset ergeben bei einer Verstärkung von 270 = 1,35mV.
Der Umrechnungsfaktor ist 270mV/mA, somit wäre das ein Fehler von
lediglich 0,005mA? Hab ich das richtig gerechnet?
Welche Fehler müsste man denn sonst noch betrachten? Ich kann die
Messwerte dann ja auch kalibrieren, sollte somit recht genau werden?
Was haltet ihr davon? Ist das so brauchbar?
Und Zusatzfrage: Machen die angedachten Kerkos so Sinn?
D. F. schrieb:> Leerlaufspannung = 0,17V
Klingt nach wenig für eine Magnesiumanode. Es sollte eine Zehnerpotenz
mehr sein. Bei einer Zinkanode ist es immer noch um die Hälfte daneben.
Walter T. schrieb:> Klingt nach wenig für eine Magnesiumanode. Es sollte eine Zehnerpotenz> mehr sein. Bei einer Zinkanode ist es immer noch um die Hälfte daneben.
Es handelt sich um eine Magnesiumanode.
Warum da jetzt nur 0,17V anliegen, weiß ich auch nicht.
Hab an verschiedenen Stellen des Puffers gemessen. Oben befindet sich
eine angeschweißte Lasche an der ich das blanke Metall freigelegt habe.
Dort messe ich ebenso 0,17V zur Anode wie auch an den
Rohrleitungsanschlüssen.
Hans schrieb:> (Schutzstrom sollte >0,3 mA sein.)
Ich hatte direkt nach dem Einbau der neuen Anode 6mA @56°C (am 19.4.)
und bin jetzt bei 2,2mA @59°C.
Somit denke ich iO?
Udo S. schrieb:> Ist die Anode wirklich isoliert eingebaut?
Ja, sonst würde ich vmtl. auch garkeinen Stromfluss messen können?
Ich hatte die Anode vor Verbau mit einem Multimeter geprüft
(Widerstandsmessung) und keine Leitung zw. Gewinde und Anschluss oben
messen können.
Udo S. schrieb:> Blöde Frage:> Ist die Anode wirklich isoliert eingebaut?
Wenn sie einen entsprechenden Anschluss hat, sollte sie das sein:
-
https://opferanode-shop.de/opferanode-passend-fuer-Buderus-Opferanode-DN40-M8x33x575-isoliert
Aber die nicht isolierte Variante ist üblicher:
-
https://opferanode-shop.de/opferanode-passend-fuer-Buderus-Opferanode-DN40x6833
-
https://www.heizungsforum.de/threads/unisolierte-opferanode-anodenstrom-messen.19914/D. F. schrieb:> Ja, sonst würde ich vmtl. auch garkeinen Stromfluss messen können?
Doch würdest du je nach Leitungsverlegung und Messpunkten. Aber eben
einen falschen. Zeig doch mal ein Foto von dem Ding. Da sieht man dann
ja gleich, ob die einen isolierten Anschluss hat.
D. F. schrieb:> Welche Fehler müsste man denn sonst noch betrachten?
Offsetfehler, Leckströme, Luftfeuchtigkeit, Spinnenscheiße,
Flussmittelreste, usw...
> Die gewünschte (!) Genauigkeit wäre 0,1mA.
Bei welcher Auflösung?
> Was haltet ihr davon?
Wozu ein Differenzverstärker, wenn das Signal ganz einfach massebezogen
abgegriffen werden kann? Wozu 2 Versorgungsspannungen? Taugen die 3V3
als driftfreie und stabile Referenz für den Offset?
> Und Zusatzfrage: Machen die angedachten Kerkos so Sinn?
Nein, an die OP-Eingänge dürfen keine Kondensatoren. So bastelt man ganz
schnell einen Oszillator.
> und bin jetzt bei 2,2mA @59°C.> Somit denke ich iO?>
Ich vermute, dass der erforderliche Mindeststrom auch von der Größe, dem
Matarial, der Bauweise und dem Zustand des Speichers abhängig ist.
Danke für den Input.
Lothar M. schrieb:> Wenn sie einen entsprechenden Anschluss hat, sollte sie das sein:> -> https://opferanode-shop.de/opferanode-passend-fuer-Buderus-Opferanode-DN40-M8x33x575-isoliert> Aber die nicht isolierte Variante ist üblicher:> -> https://opferanode-shop.de/opferanode-passend-fuer-Buderus-Opferanode-DN40x6833> -> https://www.heizungsforum.de/threads/unisolierte-opferanode-anodenstrom-messen.19914/
Ich habe extra eine isolierte gekauft, genau bei diesem Laden und sie
sieht auch so aus. Und ich habe wie gesagt keine Leitung zw. Gewinde und
Abgriff feststellen können.
Lothar M. schrieb:> Bei welcher Auflösung?
Mir reicht theoretisch schon eine Auflösung von 0,1 mA. Was bringt mir
schon die hohe Auflösung wenn die Genauigkeit nicht gegeben ist.
Mit dem 1 Ohm Shunt und der Verstärkung von 270 komme ich auf eine
Auflösung von 0,003 mA/LSB. Somit deutlich mehr als ausreichend.
Lothar M. schrieb:> Wozu ein Differenzverstärker, wenn das Signal ganz einfach massebezogen> abgegriffen werden kann?
Weil ich, wie erwähnt, auch negative Ströme messen können will.
Der Stromfluss dreht sich um, sobald sich der Puffer auflöst und nicht
mehr die Opferanode.
Lothar M. schrieb:> Wozu 2 Versorgungsspannungen? Taugen die 3V3> als driftfreie und stabile Referenz für den Offset?
Die Schaltung wird im Keller betrieben, somit gibt es so gut wie keine
Temperaturschwankungen. Lokale Wärmebildung ist auch nicht vorhanden.
Daher dürfte der Temperaturdrift quasi keine Rolle spielen.
Die 5V habe ich nur gewählt, weil OPVs ja gerne etwas Puffer haben. Aber
stimmt schon, für den ausgewählten AD8538 wäre das nicht nötig.
Wichtig ist vmtl., dass die Versorgungsspannung für den OPV stabil ist
und dass beim Spannungsteiler R11/R12 die Ratiometrie zu den 3V3 gegeben
ist, die gleichzeitig die VREF für den ADC sind?
Lothar M. schrieb:> Nein, an die OP-Eingänge dürfen keine Kondensatoren. So bastelt man ganz> schnell einen Oszillator.
Danke! Die fliegen also wieder raus.
Hans schrieb:> Ich vermute, dass der erforderliche Mindeststrom auch von der Größe, dem> Matarial, der Bauweise und dem Zustand des Speichers abhängig ist.
Das mag gut sein. Man liest überall die 0,3mA. Zumindest kann man denke
ich sagen, dass bei spätestens 0mA ein Problem vorhanden ist.
D. F. schrieb:> Mit dem 1 Ohm Shunt und der Verstärkung von 270 komme ich auf eine> Auflösung von 0,003 mA/LSB. Somit deutlich mehr als ausreichend.
Korrektur: Hatte fälschlicherweise mit 12bit gerechnet. Der ATmega hat
aber nur 10bit. Sind somit 0,012mA/LSB.
D. F. schrieb:> Es handelt sich um eine Magnesiumanode.> Warum da jetzt nur 0,17V anliegen, weiß ich auch nicht.
weil die Anode kurz vor weggerottet ist?
Die gemessene Leerlaufspannung passt eigentlich nicht zu den Werten
(Spannungsreihe) auf der "bosy-Seite".
Hat der Speicher auch eine el. Heizpatrone? (Andere Metalle, Weitere
Ausgleichsströme wegen Verbindung zu PE?, od. sogar mit weiterer
Schutzanode auf der E-Flanschplatte?)
PS. Mir wurde ein Schutzstrom von ca. 6mA berichtet bei:
Neuer 300 l WW-Speicher (emailliert) mit neuer Schutzanode an der
Flanschplatte der neuen 3x2kW E-Heizung.
-Keine eigene Erfahrung - Meine Schutzanode ist nicht isoliert....
D. F. schrieb:> Und Zusatzfrage: Machen die angedachten Kerkos so Sinn?
Nein, Was sollen die bewirken?
Ein einziger in der Gegenkopplung würde den Ausgang ruhig halten. Alles
andere erzeugt nur Phasenverschiebungen und reduziert die Phasenreserve.
Warum verwendest du nicht einen INA240 o.ä.?
.● Des|ntegrator ●. schrieb:> weil die Anode kurz vor weggerottet ist?
Ich hab die erst vor drei Wochen eingebaut?
Kann ich mir kaum vorstellen?!
Hans schrieb:> Die gemessene Leerlaufspannung passt eigentlich nicht zu den Werten> (Spannungsreihe) auf der "bosy-Seite".> Hat der Speicher auch eine el. Heizpatrone? (Andere Metalle, Weitere> Ausgleichsströme wegen Verbindung zu PE?, od. sogar mit weiterer> Schutzanode auf der E-Flanschplatte?)> PS. Mir wurde ein Schutzstrom von ca. 6mA berichtet bei:> Neuer 300 l WW-Speicher (emailliert) mit neuer Schutzanode an der> Flanschplatte der neuen 3x2kW E-Heizung.
Nein, es ist keine elektrische Heizung vorhanden.
Die Rohranschlüsse sind aber nicht isoliert, falls das evtl. eine Rolle
spielen sollte. Aus diesem Grund ist es auch keine Fremdstromanode
geworden.
D. F. schrieb:> .● Des|ntegrator ●. schrieb:>> weil die Anode kurz vor weggerottet ist?>> Ich hab die erst vor drei Wochen eingebaut?> Kann ich mir kaum vorstellen?!
Diese Info muss ich wohl weiter oben übersehen haben
Rainer W. schrieb:> D. F. schrieb:>> Und Zusatzfrage: Machen die angedachten Kerkos so Sinn?>> Nein, Was sollen die bewirken?
Dachte einfach als Eingangstiefpass um höherfrequente Störungen
rauszufiltern.
Rainer W. schrieb:> Ein einziger in der Gegenkopplung würde den Ausgang ruhig halten. Alles> andere erzeugt nur Phasenverschiebungen und reduziert die Phasenreserve.
Meinst du damit den C10? Oder wo sollte einer hin?
Rainer W. schrieb:> Warum verwendest du nicht einen INA240 o.ä.?
Weil ich keinen Shop gefunden habe, der den INA240A4 vertreibt.
Und der China-Ware auf eBay traue ich nicht wirklich.
Mit 0,1% Widerständen komme ich mit dem AD8538 ebenfalls auf einen
Gain-Error von max. 0,2% wie beim INA240 auch. Der Offset ist beim
AD8538 sogar etwas geringer als beim INA240. Gäbs sonst noch Vorteile
mit dem INA240, außer dass die paar Widerstände integriert sind?
D. F. schrieb:> Meinst du damit den C10? Oder wo sollte einer hin?
Parallel zu R14
> Weil ich keinen Shop gefunden habe, der den INA240A4 vertreibt.
12000 am Lager sollte doch für deinen Bedarf reichen ;-)
https://www.mouser.de/c/?q=INA240A4
Sammelbestellung laufen hier regelmäßig im Forum.
D. F. schrieb:> Mein Plan ist, mittels Shunt zu messen.
Warum unbedingt per Shunt?
Die 2mA kann doch jeder OP liefern, so dass auch ein
Transimpedanzverstärker kein sonderlicher Aufwand wäre. Allerdings
müsste der OP dann immer laufen.
Interessant wäre, ob durch die Schaltung der Verschleiß der Opferanode
sich ändert? Massebezug=? Eigentlich reicht es doch, wennn er misst,
wenn er es wissen möchte (nicht 7x24).
Wenn die Schaltung den Pufferspeicher hochohmig auf Potential legt (150k
33k 3,3V) funktioniert das nur, wenn alles hochohmig gegen Masse ist.
Also keine Leitung zu irgendeiner Auswertung und leckstromfreies
Netzteil.
D. F. schrieb:> ich bin gerade dabei eine Schaltung zu entwerfen, die es mir erlaubt,> den Strom, der zwischen Opferanode und Warmwasserspeicher fließt, zu> messen.
Überflüssige Spielerei, alle Jahre mit dem Multimeter dran und fertig.
Nein, sogar kontraproduktiv, weil die Meßschaltung den Strom reduziert!
Ich hatte die Idee, ein Zeigerinstrument anzuhängen und habe die wegen
erheblicher Rückwirkung verworfen.
D. F. schrieb:> Ich hatte direkt nach dem Einbau der neuen Anode 6mA @56°C (am 19.4.)> und bin jetzt bei 2,2mA @59°C.
Ist hier auch so, ich habe neu 5,2mA gemessen und 6 Wochen später 1,8mA.
Knapp 5 Jahre später sehe ich 1,3mA.
Mit zwei verschiedenen DMM und je nach gewähltem Meßbereich weicht der
Strom erheblich ab, Meßfehler durch unterschiedliche Shuntwiderstände.
Moin,
Um die Messbeeinflussung der Verdrahtung und Shunt zu minimieren, werfe
ich die Frage auf, ob man den OPV besser als Transimpedanzverstärker
beschalten sollte. Dann würde der Strom der Kathode nicht von einem
Shunt beeinflusst und künstlich durch den OOV Rückkopplungsstrom auf
Null gehalten werden. Vielleicht könntet ihr das mal (für mich)
ausprobieren. Bei unseren kanadischen Wasserheizern ist die Elektrode
direkt an einem großen Hexbolzen angeflanscht und ein isolierter Einbau
wäre da sehr umständlich. Ich habe meine Elektrode nach 15J
ausgewechselt und man konnte eine ziemlich auf 50% reduzierte Elektrode
feststellen. Also, Luxus ist so eine Anordnung bestimmt nicht. Bin sehr
auf eine weitere Diskussion hier gespannt.
Gerhard
Gerhard O. schrieb:> Um die Messbeeinflussung der Verdrahtung und Shunt zu minimieren, werfe> ich die Frage auf, ob man den OPV besser als Transimpedanzverstärker> beschalten sollte.
Wie gesagt - der Nachteil wäre, dass der immer laufen müsste.
Der TO hat sich noch nicht geäußert, warum er unbedingt einen Shunt
verwenden und sich mit dem doch recht kleinen Spannungsabfall abgeben
möchte.
Rainer W. schrieb:> Die 2mA kann doch jeder OP liefern, so dass auch ein> Transimpedanzverstärker kein sonderlicher Aufwand wäre. Allerdings> müsste der OP dann immer laufen.Manfred P. schrieb:> Mit zwei verschiedenen DMM und je nach gewähltem Meßbereich weicht der> Strom erheblich ab, Meßfehler durch unterschiedliche Shuntwiderstände.
Eben, ein Transimpedanzverstärker vermeidet den Spannungsabfall am Shunt
(bzw. am Innenwiderstand des DMM) und reduziert den Fehler wegen des
viel kleineren Innenwiderstandes auf µV...mV.
Rainer W. schrieb:> Warum unbedingt per Shunt?> Die 2mA kann doch jeder OP liefern, so dass auch ein> Transimpedanzverstärker kein sonderlicher Aufwand wäre. Allerdings> müsste der OP dann immer laufen.Gerhard O. schrieb:> Moin,>> Um die Messbeeinflussung der Verdrahtung und Shunt zu minimieren, werfe> ich die Frage auf, ob man den OPV besser als Transimpedanzverstärker> beschalten sollte. Dann würde der Strom der Kathode nicht von einem> Shunt beeinflusst und künstlich durch den OOV Rückkopplungsstrom auf> Null gehalten werden.Rainer W. schrieb:> Wie gesagt - der Nachteil wäre, dass der immer laufen müsste.> Der TO hat sich noch nicht geäußert, warum er unbedingt einen Shunt> verwenden und sich mit dem doch recht kleinen Spannungsabfall abgeben> möchte.
Danke für den Hinweis. Diese Art der Beschaltung war mir bisher nicht
bekannt. Genau daher frage ich ja hier nach Unterstützung. Es muss nicht
unbedingt ein Shunt sein. Mir ist allerdings gerade nicht ganz klar, wie
das genau anzuschließen wäre.
Also am OP+ bräuchte ich noch einen Spannungsteiler, damit ich in beide
Richtungen messen kann, das ist klar.
Der Pufferspeicher müsste mit der Masse meiner Versorgung
kurzgeschlossen werden. Die Stromrichtung im Normalbetrieb dreht sich
damit um.
Würde ich dann einfach die Opferanode an den OP- anschließen?
Wie schließt sich denn dann der Stromkreis?!
Anbei eine Simulation und zur Diskussion das Anschlussbild.
Wieso müsste der dann "immer laufen"?
Ich kann doch zB mittels Relais umschalten zw. "harter Kurzschluss zw.
Anode und Puffer" und "Messbetrieb"?
Lu schrieb:> Interessant wäre, ob durch die Schaltung der Verschleiß der Opferanode> sich ändert? Massebezug=? Eigentlich reicht es doch, wennn er misst,> wenn er es wissen möchte (nicht 7x24).Manfred P. schrieb:> Nein, sogar kontraproduktiv, weil die Meßschaltung den Strom reduziert!
Absolut richtig, danke für den Einwand. Je nachdem wie die finale Lösung
aussieht, werde ich das berücksichtigen. Ich könnte ja z.B. ein Relais
nutzen.
Uwe schrieb:> INA226 fällt mir noch ein, der hat gleich den ADC dabei, I2C, gibt's auf> Boards zum leichten Einbau.
Danke, der wäre in der Tat interessant. Gerade im Moment bin ich leider
etwas wenig motiviert die I²C Schnittstelle in Betrieb zu nehmen, aber
das kann sich noch ändern :)
Wolf17 schrieb:> Wenn die Schaltung den Pufferspeicher hochohmig auf Potential legt (150k> 33k 3,3V) funktioniert das nur, wenn alles hochohmig gegen Masse ist.> Also keine Leitung zu irgendeiner Auswertung und leckstromfreies> Netzteil.
Danke für den Input. Kannst du das noch etwas genauer erklären? Warum
funktioniert das dann nicht mehr?
Manfred P. schrieb:> Überflüssige Spielerei
Absolut richtig!
D. F. schrieb:> Also am OP+ bräuchte ich noch einen Spannungsteiler, damit ich in beide> Richtungen messen kann, das ist klar.
Musst du wirklich in beide Richtungen messen?
Wenn der Strom zur Opferanode in die andere Richtung fließt, passt
irgendetwas grundsätzlich nicht, oder?
Mit der Schaltung ziehst du die Opferanode auf 2.53V gegen Gnd und der
OP würde im Rahmen seiner Möglichkeiten den dafür nötigen Strom bereit
stellen. Soll die Anode auf dieses Potential?
> Wieso müsste der dann "immer laufen"?> Ich kann doch zB mittels Relais umschalten zw. "harter Kurzschluss zw.> Anode und Puffer" und "Messbetrieb"?
Immer laufen müsste er, wenn der Strom ausschließlich vom OP käme. Falls
du natürlich mit einem zusätzlichen Relais zwischen
Originalkonfiguration und Messbetrieb umschaltest, ist das kein Problem.
Rainer W. schrieb:> Musst du wirklich in beide Richtungen messen?> Wenn der Strom zur Opferanode in die andere Richtung fließt, passt> irgendetwas grundsätzlich nicht, oder?
Ja, dann passt etwas nicht. Das bedeutet dann, dass sich der
Pufferspeicher zersetzt und die Opferanode hinüber ist. Theoretisch
würde es auch reichen, wenn ich bis 0mA messen kann, das ist schon
richtig.
Rainer W. schrieb:> Mit der Schaltung ziehst du die Opferanode auf 2.53V gegen Gnd und der> OP würde im Rahmen seiner Möglichkeiten den dafür nötigen Strom bereit> stellen. Soll die Anode auf dieses Potential?
Vermutlich soll sie das nicht. Also eher so wie im Anhang?
Irgendwie erscheint mir das aber auch nicht richtig.
Das scheint mit dem negativen Stromfluss nicht korrekt zu arbeiten.
Würde aber bedeuten, ich müsste die Anode mit Masse verbinden und den
Pufferspeicher mit OP-. Das gefällt mir aber auch nicht wirklich, da der
Pufferspeicher ja geerdet ist.
D. F. schrieb:> Das scheint mit dem negativen Stromfluss nicht korrekt zu arbeiten.
Na ja, damit der OP bei 0V am Eingang über R2 einen Strom von der
Opferanode aufnehmen kann, muss sein Ausgang negativ werden. Das schafft
er nur mit einer (negativen) Hilfsspannung als negative Versorgung.
Rainer D. schrieb:> Und warum baut man nicht sofort ne Fremdstromanode ein? Man hat keinen> Dreck des aufgelutschten Magnesiumstabes im Boiler, und sieht per LED ob> das Dingens noch funktioniert oder nicht.
Weil dazu die Rohrleitungen isoliert sein müssen zum Pufferspeicher.
Ansonsten ist die Schutzwirkung zu gering. Bei mir sind sie leider nicht
isoliert.
Rainer W. schrieb:> Na ja, damit der OP bei 0V am Eingang über R2 einen Strom von der> Opferanode aufnehmen kann, muss sein Ausgang negativ werden. Das schafft> er nur mit einer (negativen) Hilfsspannung als negative Versorgung.
Ja, verstanden. Ich muss mal gucken, ob meine Masse isoliert ist zum
Puffer. Dann wäre es denkbar die Masse mit der Opferanode zu verbinden.
Ansonsten bräuchte ich für den Transimpedanzverstärker wohl noch eine
negative Versorgung. Lass ich mir mal durch den Kopf gehen.
Gerhard O. schrieb:> Bei unseren kanadischen Wasserheizern ist die Elektrode> direkt an einem großen Hexbolzen angeflanscht und ein isolierter Einbau> wäre da sehr umständlich.
Das hat nichts mit Kanada zu tun, sondern ist abhängig vom Hersteller
des Kessels. Viessmann baut isoliert ein, sein Vorgänger war nicht
meßbar.
> Ich habe meine Elektrode nach 15J> ausgewechselt und man konnte eine ziemlich auf 50% reduzierte Elektrode> feststellen.
Ich habe mich um nichts gekümmert, nach ca. 25 Jahren geb es dann Ärger
wegen durchgegammeltem Wärmetauscher. Es hat eine Weile gedauert, bis
ich die Ursache für Überdruck im Heizkreislauf gefunden hatte, ebenso
drang Heizungswasser ins Trink-Warmwasser ein.
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