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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Erweiterung Meßbereich - Vorwiederstände, Spannungsteiler.


Autor: Walter (Gast)
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Hallo,

ich habe eine Datenerfassungskarte von National Instruments, die analoge 
Spannungen +/-10 Volt messen kann.

Ich brauche jedoch einen größeren Meßbereich (+/- 250 Volt, eventuell 
+/- 500 Volt) und überlege nun, wie ich das am besten mache.

Variante a: nur einen Vorwiederstand

Variante b: Spannungsteiler aus 2 Widerständen und messen des 
Spannungsabfalls über den Widerständen

Die Karte hat lt. Datenblatt eine Eingangsimpedanz von 100 Gigaohm und 
eine Eingangskapazität von 100 picofarad.

Welche Variante scheint euch sinnvoller (und warum)? Oder würdet ihr das 
Ganze ganz anders machen? Die Karte kann maximal 500kS/sek!



Grüße

Autor: willi (Gast)
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wenn du nur nen vorwiderstand benutzen willst, baust du damit einen 
spannungsteiler bei dem der eine widerstand der 1GigaOhm widerstand ist. 
du kannst ja mal ausrechnen wie groß dann der "vorwiderstand sein 
müsste.

dann wäre aber immernoch die frage der GALVANISCHEN TRENNUNG!!!
bevor du dir nicht sicher bist das die karte auch ohne trennung 
betrieben werden kann: FINGER WEG VON SOLCHEN BASTELEIEN!!!!!

das bild sollte alle fragen klären. falls nicht: FINGER WEG VON SOLCHEN 
SPANNUNGEN!!!!!

ICH ÜBERNEHME KEINERLEI VERANTWORTUNG FÜR DAS VON MIR GESCHRIEBENE UND 
WEISE NOCHEINMAL AUF DIE LEBENSGEFAHR, DIE VON SOLCHEN SPANNUNGEN 
AUSGEHT, HIN!

Autor: 6643 (Gast)
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Falls die hohe Eingangsimpedanz nicht benoetigt wird :
Einen Spannungsteiler aus 10M & 200k fuer den 500V Bereich.

Autor: yyyy (Gast)
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Finger weg davon.

Lebensgefahr, auch für andere, die darum herum sind !!!!!!!!!!!!!!

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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@Walter: Erkläre mal kurz was du messen möchtest, dann kann man dir 
genauere Hilfestellungen geben.

Bei deinem Kenntnisstand würde ich dir abraten mit Spannungen über SELV 
zu hantieren.
Das Bild von willi ist zwar theoretisch korrekt, praktisch aber 
fehlerhaft. Mit normalen Widerständen wird es da Überschläge geben.

Autor: willi (Gast)
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wer mit solchen spannungen hantiert sollte schon wissen, dass die 
bauteile dafür ausgelegt sein müssen. wobei walters text eher so 
aussieht als wenn er nicht weiß was er tut und das ganze unter umständen 
sehr sehr unangenehm für die angehörigen enden könnte

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Hi willi, dass dir das klar ist, war mir klar :)
Nur dem Fragesteller dürfte es nicht klar sein.
Zahlt die Lebensversicherung in so einem Fall?

Autor: willi (Gast)
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>Zahlt die Lebensversicherung in so einem Fall?

gute frage, aber es besteht ja die möglichkeit den darwin-award zu 
bekommen wenn man sich gut anstellt

Autor: Hans-jürgen Herbert (hjherbert) Benutzerseite
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Spannungsteiler für die (schnelle) Messung von Signalen müssen für 
Gleichspannung und für hohe Frequzenzen das gleiche Teilerverhältnis 
haben.

Das Gleichspannungs-Teilerverhältnis wird durchdie ohmschen Wiederstände 
bestimmt.

Das HF-Teilerverhältnis durch die Kapazitäten.


Bei 100  : 1 können die Wiederstände als 9.9 MOhm zu 100 kOhm gewählt 
werden  (oder 10MOhm zu 101.0101 kOhm) (oder 1MOhm zu 10 kOhm)

und die Kondensatoren als 5 pF zu 495 pF. Davon sind bereits 100 pF in 
dem Eingang, weshalb Du dann nur noch 395 pF brauchst.
Und in dem 10 MOhm-Wiederstand sind schon 1.364 pF als Kapazität 
vorhanden, und in den, deswegen brauchst Du anstatt 5.000 pF nur noch 
3.626 pF.

Am besten nimmst du dann einen Drehkondensator und stellst ihn so ein, 
dass ein Rechteck auch als Rechteck angezeigt wird. Das wird in jedem 
10:1 Tastkopf genauso gemacht. Der Trimmer ist der kleine Schlitz in dem 
Loch.

   +--[ 5 MOhm ]--+
 )-+              +---------+----+---------->
   +--[  5 pF  ]--+         +    +
                            ^    ^
                           395  100
                            pF  kOhm
                            |    |
0V )------------------------+----+----------->


Die Hinweise darauf, dass Spannung gefährlich ist, will ich hier nicht 
wiederholen. Der Fragesteller hat diesbezüglich schon seine Erfahrungen 
gesammelt. Er hat hier nur gefragt, wie der Spannungsteiler aussehen 
soll.

Autor: Walter (Gast)
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Hallo,

schonmal danke für die sachdienlichen (und auch für die gutgemeinten) 
Hinweise!

Ersteinmal: doch, ich weiß was ich tue! Ich weiß um die Gefahren hoher 
Spannungen (bzw. resultierender Ströme)! Ich kenne auch die Theorien des 
Spannungsteilers oder von Vorwiderständen (habe diesbezüglich im Studium 
mehr gemacht als mir manchmal lieb war)! Ich kann das Ganze auch komplex 
berechnen.....was mir aber fehlt ist die PRAKTISCHE ERFAHRUNG an dieser 
Stelle im Zusammenhang mit Datenerfassungskarten für den PC!

Der Hinweis, das mit hohen Spannungen Gefahren einhergehen ist in 
Ordnung, allerdings hätte 3-mal mir persönlich dann gereicht!

Warum ich dann überhaupt Frage? - naja, die Erfahrungen von jemand, der 
soetwas schon einmal praktisch umgesetzt hat ist immer interessant! Ich 
kann den Spannungsteiler (ohmscher als auch kapazitiver) berechnen - 
kein Problem! Aber wie hoch sollte man den Gesamtwiderstand ansetzen? 
Was sind realisticher, in der Praxis sinnvolle Größenordnungen? - Klar, 
hängt vom konkreten Anwendungsfall ab....bei mir sind die Spannungen 
zeitweise (Peaks bei Entladen von Kondensatoren, im Prinzip eine 
Schwingkreisanordnung mit einer Arbeitsspannung von 11 Volt) hoch, die 
Messung auf dem Oszi ergab einen Peak von 210 Volt! Daher meine 
Messbereiche wie im ersten Posting angegeben (mit Luft nach oben)!

Die Eingänge der Karte sind galvanich getrennt - der Messbereich der 
Karte ist nunmal nur +/-10 Volt - daher das Interesse an einer 
Erweiterung des Messbereichs.

Alternative wäre "ordentliche" Signalkonditionierung mit professioneller 
Hardware - die leider derzeit nicht vorhanden ist!

Ich hoffe die Diskussion über die Gefahren und meine mir unterstellte 
Unfähigkeit hiermit beenden zu können...wer jedoch noch sinnvolle Tipps 
hat kann diese gerne schreiben! Ich messe jetzt erstmal weiter mit dem 
Oszi (und Eigenbau 1:500 Teiler) am Veruchsaufbau rum! ;)

walter s.

Autor: Hans-jürgen Herbert (hjherbert) Benutzerseite
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> Aber wie hoch sollte man den Gesamtwiderstand ansetzen?

Wenn 1 % Genauigkeit erreicht werden soll, dann 1/100 der 
Eingangsimpedanz des Messgerätes, oder niedriger.

Und nicht hochohmiger als Du Wiederstände mit 1 % Toleranz auftreiben 
kannst. (100 MOhm gibt es billig nur mit 20%, 1 MOhm noch mit 1%)


Aber nicht so niederohmig, dass echt Leistung verbraten wird, oder der 
Effekt (Spannungspitze) gedämpft wird.

Hinweis: Nimm nicht jede Textnachricht ernst. Hier wird halt gerne 
Moorhuhn gespielt: Sobald eine Frage auftaucht, erstmal draufballern. 
Auch wenn ich keine Antwort weiß. Das bringt Punkte.

Ignoriers einfach. Du bist nicht persönlich gemeint.

Autor: Walter (Gast)
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Hallo,

danke schonmal...ist ja doch insgesamt viel hilfreiches dabei!

Werde wohl einen Teiler mit 50:1 aufbauen....wobei das exakte 
Teilerverhältnis (solange groß genug) nicht so entscheident ist für 
mich.....! Da das ganze eh noch rechnerintern verarbeitet wird kann ich 
das Spannungssignal auch entsprechend nachbearbeiten (wenn mein 
Spannungsteiler also nachher ein Verhältnis von 49:1 hat werde ich das 
über eine Vorfaktor korrigieren).
Damit habe ich auch kein so großes Problem mit der Toleranz der 
Widerstände, denn wenn ich das einmal korrigiert habe sollts ja passen! 
Bleibt eben nur noch die Frage, wie hoch ich mit dem Gesamtwiderstand 
des Teilers gehe. Größenordnung 1M-Ohm, 10M-Ohm, 100 M-Ohm? ...Impedanz 
der Karte wie gesagt 100 G-Ohm ....theoretisch sollte das also alles 
gehen!

Das ganze muss leider über längere Messleitungen an die DAQ-Karte.... 
2-3 Meter werden sein müssen. Angedacht (da vorhanden) ist RG58 .... die 
Kapazität des Kabels (100pF/m glaub ich) muss ich also auch noch 
reinrechnen...wie schaut das mit den 50 Ohm Leitungswellenwiderstand 
aus?

Den kompletten Spannungsteiler möglichst nahe des Tastkopfes aufbauen 
(Problem dann eben die 3 m RG58 zur DAQ-Karte)....oder den 
Spannungsteiler aufteilen (ein Widerstand/Kondensator-Trimmer im 
Tastkopf, die anderen Elemente direkt an der Karte)?

Grüße

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Walter (Gast)

>Bleibt eben nur noch die Frage, wie hoch ich mit dem Gesamtwiderstand
>des Teilers gehe. Größenordnung 1M-Ohm, 10M-Ohm, 100 M-Ohm? ...Impedanz

10 MOhm ist eine gängige Grösse.

>Das ganze muss leider über längere Messleitungen an die DAQ-Karte....
>2-3 Meter werden sein müssen. Angedacht (da vorhanden) ist RG58 .... die
>Kapazität des Kabels (100pF/m glaub ich) muss ich also auch noch

Schlecht. In diesem Fall solltest du auf einen käuflichten Tastkopf für 
Oszilloskope zurückgreifen, die gibte es AFAIk auch mit langen kabeln. 
Dort ist der grosse Widerstand des Spannungsteilers in der 
Tastkopfspitze integriert. Am Eingang deiner Karte musst du dann noch 
einen 1 MOhm Widerstand anschliessen, geht einfach mit BNC-T-Stücl und 
BNC Stecker. Dieser Aufbau hat den Vorteil einer hohen Bandbreite und 
mechanisch soliden Aufbaus.

MfG
Falk

Autor: Walter (Gast)
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hallo Falk,

käuflicher Tastkopf geht nicht/kaum....zum einen sind die Kontaktstellen 
im späteren Aufbau schlecht zugänglich (um da einen Tastkopf einfach zu 
plazieren isses zu eng), zum anderen wären es insgesamt 12 Tastköpfe - 
da muss ich aus rein monetären Gründen auf eine "kostengünstige" Lösung 
gehen!

Dass es nicht perfekt ist weiss ich - und ich werde damit leben können 
(naja, müssen). Testen werde ich "alles", aber um erstmal weiter Theorie 
zu spinnen eben die Frage, was hinsichtlich des Kabels 
erfolgsversprechend erscheint.

Für einen Veruchsaufbau wirds werden:
- Teiler ca. 50:1 mit Widerständen 10 M-Ohm und 200 K-Ohm, 
Trimmer-Kondensator 1-10pF und 2,5 m RG58 (ca. 85pF/m -> insgesamt ca. 
212pF)


          +--[10 MOhm]--+
Eingang )-+             +-----(Koax innen RG58 2,5m)------------(V 
Ausgang
          +--[1-10 pF]--+ |                           |       |
                          |                           |       |
                         200                         100     100
                         KOhm                        GOhm     pF
                          |                           |       |
                          |                           |       |
0V Masse )--------------------(Koax außen RG58 2,5m)------------(0V



 EINGANG |   SPANNUNGSTEILER  |       KOAX           | 
DAQ-Karte/Ausgang


...hab ich was vergessen?

Autor: Walter (Gast)
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Mist, wird umgebrochen....der Ausgang sitzt natürlich rechts

Autor: Arno H. (arno_h)
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Von einem einzigen Widerstand auf der Eingangsseite rate ich dir 
dringend ab, wenn du keine für diese Spannung geeigneten auftreiben 
kannst.
Die meisten bedrahteten R haben max 250V, wenn du SMD verwenden willst 
liegst du bei 150V und weniger zulässiger Spannung.
Also:Datenblätter der vorgesehenen Widerstände checken!

Arno

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Walter (Gast)

>- Teiler ca. 50:1 mit Widerständen 10 M-Ohm und 200 K-Ohm,
>Trimmer-Kondensator 1-10pF und 2,5 m RG58 (ca. 85pF/m -> insgesamt ca.
>212pF)

Dein trimmer müsste dann aber auch 500V Spannungsfestigkeit haben. Das 
schaffen die AFAIK nicht. Nimm besser einen Festkondesator und platziere 
einen grossen Trimmer parallel zu den 220kOhm.

Es gilt für den kompensierten Spannungsteiler.

R1*C1=R2*C2 = 10 MOhm * X = 0.2MOhm*212pF

Macht ca. 4,2 pF. 4,7pF ist ein Standardwert, dann kann man auch noch 
mit einem Trimmer "unten" das Ganze abgleichen.

MFG
Falk

Autor: Walter (Gast)
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Guten Abend,

in der Skizze sind die Widerstände drin.....macht ein Teilerverhältnis 
von 49,57 - passt für mich und meine Anwendung!

An den Kapazitäten häng ich mich grade noch auf - da ja im Prinzip auch 
die Widerstände eine Kapazität bilden (die großen Widerstände). Wie groß 
sind die Kapazitäten der beiden 5,1 MOhm-Widerstände?
Dann wären passende Widerstände/Trimmer schnell gerechnet und passendes 
ausgewählt.

Bei der Koax-Kabellänge komme ich wohl auch mit 2 Meter hin.....weniger 
iss dann aber echt nicht mehr drin!

Grüße

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Walter (Gast)

>An den Kapazitäten häng ich mich grade noch auf - da ja im Prinzip auch
>die Widerstände eine Kapazität bilden (die großen Widerstände). Wie groß
>sind die Kapazitäten der beiden 5,1 MOhm-Widerstände?

Pi mal Daumen 1pF, vielleicht weniger.

MfG
Falk

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