Hi, ich habe einen Mikrocontroller, bei dem ich Analogwerte einlesen möchte. Für ein 0..10V Analogsignal ist das ja kein Problem: siehe Bild, OpAmp mit einer Verstärkung von 1 um diesen zu Entkoppeln sowie ein Spannungsteiler um auf die 1,8V des MCU-Einganges zu kommen. Aber bitte wie geht das mit Analogsignalen, die als 0..20 mA Strom bereitgestellt werden? Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein, weil ich nicht weiß, welche Spannung dieses Signal verwendet. Wie also dann? Danke!
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Chris schrieb: > Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem > die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein, weil ich nicht weiß, > welche Spannung dieses Signal verwendet. Wie also dann? U=R*I, die Spannung ist bei konstantem Widerstand für jeden Stromwert bekannt. Mit einem 500R-Widerstand machst du aus deinem 0...20mA-Signal ein 0...10V-Signal. Mit 75R sind es 0...1.5V
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> U=R*I, die Spannung ist bei konstantem Widerstand für jeden Stromwert > bekannt. > > Mit einem 500R-Widerstand machst du aus deinem 0...20mA-Signal ein > 0...10V-Signal. Mit 75R sind es 0...1.5V Man muss beim sensor der das stromsugnal liefert im datenblatt schauen wie groß der widerstand .ax sein darf und bei 2-Draht stromschnittstelle ist die Spannung die über dem sensor anliegen muss entscheidend, die sind dann aber auch 4-20mA Ob 500 ohm gehen hängt dann auch von der versorgung ab, 24V ist einiges in dem bereich, da ist 500 ohm ok Es gibt aber auch varianten, die arbeiten mit weniger als 10V, da ni.mt man dann besser 50 Ohm und verstärkt das signal anschließend Aber Stromschnittstelle ist schon so einfach, dass man einen widerstand nimmt für U=R*I die spannung zu erhalten, wennalso 1.8V benötigt werden kann .an 90 Ohm nehmen und fertig
Lutz schrieb: > Man muss beim sensor der das stromsugnal liefert im datenblatt schauen > wie groß der widerstand .ax sein darf OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird, weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll?
Chris schrieb: > Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem die Spannung abgreifen, > kann es ja nicht sein Doch, geht so, vor allem wenn am Widerstand nicht gleich 5 oder 10V abfallen, sondern eher 2.5 oder 1.1. Du brauchst nicht mal einen OpAmp.
1 | +24V |
2 | | |
3 | 0-20mA current source |
4 | | |
5 | +--10k--|Analogeingang |
6 | | |
7 | 51R |
8 | | |
9 | GND |
Die Komplianz, also lieferbare Spannung solcher Stromquellen, reicht locker aus.
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Wenn man einen Spannungsteiler aus 4 Widerständen aufbaut (2×820R und 2x180R), dann bekommt man gleich 3 Wünsche auf einmal erfüllt: Erstens: Die 0 bis 10 Volt werden direkt in 0 bis 20 mA umgewandelt. Zweitens: Die Leistung teilt sich auf vier Widerstände auf. Drittens: Man bekommt am Ausgang direkt die 1,8 Volt raus. Zur Sicherheit könnte man am Eingang vom Arduino noch zwei Klemmdioden nach Plus und Minus schalten.
Otto K. schrieb: > Erstens: Die 0 bis 10 Volt werden direkt in 0 bis 20 mA umgewandelt. Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie möglich zu machen und viele Sensorhersteller verlangen z.B. eine Bürde größer 5kOhm oder einen max. Strom von 1mA (z.B. WIKA S-20)
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Sebastian R. schrieb: > Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie > möglich zu machen und viele Sensorhersteller verlangen z.B. eine Bürde > größer 5kOhm oder einen max. Strom von 1mA (z.B. WIKA S-20) Ja aber nicht bei 0-20mA Ausgängen. Das soll der Strom ja mit Absicht 20mA erreichen können. Damit das an 5k Ohm klappen kann, müsste der Sensor 100 Volt liefern können.
Sebastian R. schrieb: > Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie > möglich zu machen Du könntest höchstens in Serie zum Eingang vom Arduino noch einen 5k Widerstand einbauen. Ich weiß allerdings nicht, wie hoch die Eingangsimpedanz vom Arduino ist und ob die immer konstant bleibt. Das führt dann sicherlich wieder zu Messfehlern.
Sebastian R. schrieb: > Eigentlich ist es immer höflich, Spannungseingänge so hochohmig wie > möglich zu machen Ein Stromeingang ist das Gegenteil davon und sollte so niederohmig wie möglich sein.
Otto K. schrieb: > Du könntest höchstens in Serie zum Eingang vom Arduino noch einen 5k > Widerstand einbauen. Das ändert an der Bürde, die der Sensor sieht, allerdings rein gar nichts. Nemopuk schrieb: > Ja aber nicht bei 0-20mA Ausgängen. Das soll der Strom ja mit Absicht > 20mA erreichen können. Damit das an 5k Ohm klappen kann, müsste der > Sensor 100 Volt liefern können. Deshalb ist der Versuch, beide Varianten mit einer Widerstandskombination zu erschlagen, selten erfolgreich.
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Sebastian R. schrieb: > Das ändert an der Bürde, die der Sensor sieht, allerdings rein gar > nichts. Natürlich nicht. Der Sensor will ja unbedingt seine 20mA irgendwohin loswerden und das am besten noch kurz bevor er die 10 Volt erreicht. Der niederohmige Spannungsteiler ist ihm dabei gerne behilflich. 😅
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Wenn man einen Spannungsabfall von ~0,7V zulassen kann, dann geht auch ein einfacher Stromspiegel, der den Eingangsstrom in eine Spannung auf einem (nahezu) beliebigen Potential umsetzt. Die Änderungsrichtung ist dann zwar umgekehrt, aber das sollte bei einem µC kein Problem sein. Sinnvollerweise benutzt man einen Dual-Transistor, wie BCV61, o.ä..
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Otto K. schrieb: > Natürlich nicht. Der Sensor will ja unbedingt seine 20mA irgendwohin > loswerden und das am besten noch kurz bevor er die 10 Volt erreicht. Der > niederohmige Spannungsteiler ist ihm dabei gerne behilflich. Ja. Aber die Spannungsausgänge von Sensoren mit Spannungsausgängen mögen das nicht. Deshalb funktioniert das hier nicht: Otto K. schrieb: > Erstens: Die 0 bis 10 Volt werden direkt in 0 bis 20 mA umgewandelt. Dementsprechend braucht man für Spannungs- und Stromeingang getrennte Eingangsschaltungen.
Otto K. schrieb: > Erstens: > Zweitens: > Drittens: Viertens: Dem Sensor stehen bei 24V nur noch 14V zur Verfügung, wenn 20mA fließen sollen. Gruß Jobst
Chris schrieb: > OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird, > weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll Dann denk noch über folgendes nach: Galvanische Trennung: Masse (Referenzpotential) auf Sensorseite ist nicht notwendigerweise die gleiche Masse (das gleiche Referenzpotential) auf der Mikrocontroller-Eingangsseite. Multi-Drop: Wenn mehrere Empfänger in Reihe geschaltet werden, dann a) Siehe Galvanische Trennung b) Sollte der Eingangswiderstand (und damit der Spannungsabfall an ihm) nicht zu groß sein, damit die benötigte Gesamtspannung nicht die Compliance-Spannung der Quelle überschreitet. Ich meine der Standard sagt < 300 Ohm. Also max. 6V pro Empfänger und damit max. 4 Empfänger bei 24 V (eher 3 bei Spannungsverlusten). 6V wären bei deiner angedachten 10V Compliance-Spannung gerade mal ein Empfänger. Für vier Empfänger bei 10V müsstest du runter auf 125 Ohm. Duplex: Du hast nur einen Empfänger auf Mikrocontroller-Seite (Simplex-Übertragung). Aber es gibt auch Anwendungen wo man einen Transceiver für Duplex-Übertragung haben möchte. Hier würdest du deinen Empfänger in Reihe mit deinem Sender schalten. Also wird Masse wieder ein Thema, genau so wie der Eingangswiderstand des Empfängers. Überspannungsschutz und Verpolungsschutz: Bis hin zu Blitzschutz. Analoge oder digitale Signale: Linearität bei analogen Signalen (besonders wenn galvanische Trennung). Strompegel (High und Low) für digitale Signale. Umschaltung des Mikrocontroller-Eingangs analog/digital. So, wahrscheinlich habe ich noch was vergessen. Bevor das Gejammer los geht der TS hat nach "universell" gefragt, das war nicht meine Idee.
Sebastian R. schrieb: > Dementsprechend braucht man für Spannungs- und Stromeingang getrennte > Eingangsschaltungen. Ach soo meinst du das. Na gut, das kann man natürlich auch machen. Das ist wahrscheinlich sogar das Beste.
Jobst M. schrieb: > Viertens: Dem Sensor stehen bei 24V nur noch 14V zur Verfügung, wenn > 20mA fließen sollen. Für einen Zweileitersensor. Ist aber aus Erfahrung nicht unüblich, das das klappt. Irgendwas um 10 bis 12V reichen zur Eigenversorgung.
Sebastian R. schrieb: > Für einen Zweileitersensor. Ist aber aus Erfahrung nicht unüblich, das > das klappt. Irgendwas um 10 bis 12V reichen zur Eigenversorgung. Korrekt, dennoch ist es eine Eigenschaft seiner nur mit Vorteilen beworbenen Schaltung. Gruß Jobst
Und für die Auswertung dran denken: Die Schnittstelle ist mit 4-20mA genormt, d.h. 4mA = 0 % und 20 mA sind 100 % des Signals. Den Strom irgendwo zwischen 0 und 4mA braucht der Sensor selbst zur Funktion. 0 mA bedeutet Drahtbruch im Sensorkreis oder Defekt des Sensors, jedenfalls ein ungültiges Signal. Die uralte Stromschnittstelle ist schon schlau durchdacht und funktioniert auch über km Entfernung.
Sebastian R. schrieb: > Deshalb ist der Versuch, beide Varianten mit einer > Widerstandskombination zu erschlagen, selten erfolgreich.
1 | +24V 0-10V Eingang |
2 | | | |
3 | 0-20mA 100k |
4 | | | |
5 | +--10k--+--|Analogeingang des uC (1.1V Vref) |
6 | | |
7 | 51R |
8 | | |
9 | GND |
Werner H. schrieb: > Und für die Auswertung dran denken: Die Schnittstelle ist mit 4-20mA > genormt, Genormt ist beides, 0 mA ... 20 mA und 4 mA ... 20 mA, in IEC 60381-1 oder so.
Wundert mich, dass hier noch niemand den Transimpedanz-Verstäkrer vorgeschlagen hat. kopfkratz
> Für einen Zweileitersensor. Ist aber aus Erfahrung nicht unüblich, das > das klappt. Irgendwas um 10 bis 12V reichen zur Eigenversorgung. Man legt sowas, solange es nur irgendwie geht, wenigstens fuer 12V oder besser aus. Grund ist das es zum einen schonmal gewisse Leitungsverluste gibt wenn die Kabel lang und die Klemmen alt sind, zum anderen gibt es auch Kunden die klemmen da noch eine Anzeige zwischen die dann selber ein paar Volt braucht. > Genormt ist beides, 0 mA ... 20 mA und 4 mA ... 20 mA, in IEC 60381-1 > oder so. Es gibt auch noch NE43, hier ist es gut dargestellt: https://infosys.beckhoff.com/index.php?content=../content/1031/ioanalogmanual/3904850187.html Vanye
Otto K. schrieb: > Wenn man einen Spannungsteiler aus 4 Widerständen aufbaut (2×820R und > 2x180R), dann bekommt man gleich 3 Wünsche auf einmal erfüllt Und warum nicht 2 Widerstände mit je 410 und 90ohm?
Jens B. schrieb: > Und warum nicht 2 Widerstände mit je 410 und 90ohm? Ganz einfach, weil es die in der E12 Reihe und in der Leistungsklasse nicht gibt.
Jens B. schrieb: > Und warum nicht 2 Widerstände mit je 410 und 90ohm? Weil diese Schaltung im Betrieb als Spannungseingang dann immer noch eine zehn- bis zwanzigfach zu geringe Bürde hätte.
Jens B. schrieb: > Und warum nicht 2 Widerstände mit je 410 und 90ohm? Weil ein Spannungsteiler immer noch Müll ist für diesen Anwendungsfall. An 500Ohm fallen bei 20mA 10V ab.
Chris schrieb: > OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird, > weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll? Eine wichtige Frage: Ist das für den Hausgebrauch bzw. irgendeine eigene Bastelei, oder soll es "industrietauglich" werden?
Man könnte auch einfach im Bedarfsfall mit einem Jumper, parallel zu dem ursprünglichen Spannungsteiler 82k/18k einen 500 Ohm Widerstand schalten.
Michael schrieb: > Chris schrieb: >> OK, und wenn ich nicht weiß, welcher Sensor da mal angeschlossen wird, >> weil der Eingang eher universell nutzbar sein soll? > > Eine wichtige Frage: Ist das für den Hausgebrauch bzw. irgendeine eigene > Bastelei, oder soll es "industrietauglich" werden? Es ist sicher für den Hausgebrauch. Der TO will den Eingang in eine 230 VAC Steckdose stecken und sehen, wieviel Strom dann fließt. Ganz universell nutzbar eben!
Michael schrieb: > Eine wichtige Frage: Ist das für den Hausgebrauch bzw. irgendeine eigene > Bastelei, oder soll es "industrietauglich" werden? Genau genommen irgendwo dazwischen: möglicht deutlich stabiler und zuverlässiger als eine Heimbastelei, aber es wird durch keinerlei Zertifizierungen oder ähnliches durch müssen.
Chris schrieb: > Einfach einen Widerstand nehmen und über diesem > die Spannung abgreifen, kann es ja nicht sein Doch, genau so ist es üblich. Gerne wird ein 250Ω genommen und dann auf den 5V Analogeingang der SPS. Natürlich darf die Minimalspannung des Sensors nicht unterschritten werden.
Peter D. schrieb: > Doch, genau so ist es üblich. > Gerne wird ein 250Ω genommen und dann auf den 5V Analogeingang der SPS. Er will aber an einen Mikrocontroller. Da muss er sich überlegen ob ein Widerstand und der nackte Analogeingang seines uns unbekannten µC für seine semiprofessionelle Anwendung ausreicht.
Hannes J. schrieb: > der nackte Analogeingang seines uns unbekannten µC Nur ein blutiger Laie würde einen µC-Pin völlig ungeschützt nach außen führen.
Uc der MCU 3,3V? Dann einen 150R nehmen, 4-20mA ergibt 0,6-3,0V. Plus 10kR 100nF zum Analogpin und zwei Dioden nach Uc und GND, das schützt in 99% aller Fälle ausreichend.
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