ich bräuchte mal eine gute Idee. Vielleicht kann mir ja jemand auf die Sprünge helfen.
die Problematik ist wie folgt: Gegeben sei eine AC Spannungs-Quelle die hohe Ströme ausgibt. Ich möchte an der Last die Spannung sensen um den Spannungs-Abfall in der Leitung zur Last zu kompensieren.
Das ist noch einfach, dafür gibt's auch genug Beispiele. Aber dann kommt der Bediener ins Spiel. Ich möchte verhindern, dass große Ströme über die (dünnen) Sense-Leitungen fließen, wenn der Bediener die "Hochstrom"-Kabel nicht anschließt und ich möchte verhindern, dass der Mess-Eingang kein Signal bekommt, wenn der Benutzer die Sense-Leitung nicht anschließt.
Im Anhang ist die simulierte Schaltung nebst Simulations-Ergebnis. Zur Erläuterung der Schaltung: im Prinzip ist nur der Last-Widerstand R1 / R9 außerhalb des Gerätes / der Platine. Von der Spannungs-Quelle führt ein dickes Kabel zur Last, und eine (dünne) Sense-Leitung wieder zurück.
Um zu verhindern dass der Mess-Eingang in der Luft hängt, wenn keine Sense-Leitung angeschlossen ist, habe ich (simuliert) den Hochstrom Ausgangs-Stecker mit 1 kOhm zum Sense Eingangs-Stecker gebrückt. Je größer ich R4 / R12 mache, umso größer wird der Mess-Fehler. 1 kOhm ist in meinem Fall ein Kompromiss aus dem Wunsch den Strom durch die Sense-Leitungen bestmöglich klein zu halten, wenn die Strom-Leitungen nicht angeschlossen sind und dem entstehenden Mess-Fehler. Die Schaltung ist aber auch gar nicht mal mehr so gut.
Mein Ansatz gefällt mir nicht wirklich, aber mir fällt auch nichts besseres ein. Hat jemand eine Idee, wie ich das besser machen kann? Hat jemand eine Beispiel-Schaltung für diese Problematik?
Ich hab hier in den Beiträgen ein paar mal gelesen, dass die "Force-"Leitung hochohmig an Sense angebunden wird, aber wenn ich das simuliere, dann fällt (erwartungsgemäß) die Spannung an diesem Widerstand ab, wenn die Sense-Leitung nicht angeschlossen ist, und mein Eingangs-Spannungsteiler für die Mess-Schaltung (SP-Teiler -> OpAmp -> ADC) verhungert. Ich steh auf dem Schlauch und verstehe nicht, wie das funktionieren soll?
ich bräuchte mal eine gute Idee. Vielleicht kann mir ja jemand auf die
Sprünge helfen.
die Problematik ist wie folgt: Gegeben sei eine AC Spannungs-Quelle die
hohe Ströme ausgibt. Ich möchte an der Last die Spannung sensen
Soso, sensen. Dann ist bald Sense! ;-)
um den
Spannungs-Abfall in der Leitung zur Last zu kompensieren.
Nennt sich Vierdrahtmessung.
Das ist noch einfach, dafür gibt's auch genug Beispiele. Aber dann kommt
der Bediener ins Spiel. Ich möchte verhindern, dass große Ströme über
die (dünnen) Sense-Leitungen fließen, wenn der Bediener die
"Hochstrom"-Kabel nicht anschließt
Kann gar nicht, denn bei einer korrekten Vierdrahtmessung hat man 2 Meßleitungen und einen differentiellen Verstärker. Diese Signale sind sehr hochohmig, dort fließt klein Strom, nichtmal beim Kurzschluß gegen GND oder VCC.
und ich möchte verhindern, dass der
Mess-Eingang kein Signal bekommt, wenn der Benutzer die Sense-Leitung
nicht anschließt.
Dafür gibt es interne Pull-Up/Down Widerstände, die eine Überspannung simulieren, wenn die Meßleitungen nicht angeschlossen sind.
Im Anhang ist die simulierte Schaltung nebst Simulations-Ergebnis.
Komische Schaltung. Versteh ich nicht so recht. Außerdem ist das kein differentieller Eingang.
Zur
Erläuterung der Schaltung: im Prinzip ist nur der Last-Widerstand R1 /
R9 außerhalb des Gerätes / der Platine. Von der Spannungs-Quelle führt
ein dickes Kabel zur Last, und eine (dünne) Sense-Leitung wieder zurück.
Reicht im Normalfall nicht, denn auch auf der Masse hast du ausreichend Spannungsabfall.
Um zu verhindern dass der Mess-Eingang in der Luft hängt, wenn keine
Sense-Leitung angeschlossen ist, habe ich (simuliert) den Hochstrom
Ausgangs-Stecker mit 1 kOhm zum Sense Eingangs-Stecker gebrückt. Je
größer ich R4 / R12 mache, umso größer wird der Mess-Fehler.
Wieso?
Ich hab hier in den Beiträgen ein paar mal gelesen, dass die
"Force-"Leitung hochohmig an Sense angebunden wird,
Das ist der genannte Pull-Up Widerstand.
aber wenn ich das
simuliere, dann fällt (erwartungsgemäß) die Spannung an diesem
Widerstand ab, wenn die Sense-Leitung nicht angeschlossen ist, und mein
Eingangs-Spannungsteiler für die Mess-Schaltung (SP-Teiler -> OpAmp ->
ADC) verhungert.
danke für die Antwort. Aber du hast nicht wirklich verstanden, was ich gefragt habe. Wie eine korrekt verdrahtete Vierleiter-Messung aussieht weis ich selber.
Die Frage zielt aber eben gerade darauf ab, wie man die Schaltung für den Fehlerfall so aufbauen kann, dass man
a) trotzdem noch die Spannung misst (schätzt) wenn vergessen wurde die Sense-Leitung anzuschließen
oder
b) die Sense-Leitung nicht wegbrutzelt, wenn die Sense-Leitungen an der Last angeschlossen sind, aber die Hochstrom-Leitung nicht verbunden ist.
Oder nochmal anders ausgedrückt: gibt es irgend einen Kniff um einerseits den Strom in den Sense-Leitungen wirksam zu begrenzen ohne dass aus der Messung ein Schätzeisen mit 50% Grundgenauigkeit wird.
Aber du hast nicht wirklich verstanden, was ich
gefragt habe. Wie eine korrekt verdrahtete Vierleiter-Messung aussieht
weiß ich selber.
Und Du hast Falks "sehr hochohmig" und "Pull-Up Widerstand" nicht verstanden?
In die Sense-Leitung kommt ein Widerstand, der gegen den hochohmigen Meßeingang nicht stört, aber keinen nennenswerten Stromfluß zulässt.
Gegen die nicht angeschlossene Sense-Leitung hilft ein Widerstand zwischen Ausgang und Sense, so ist das in meinem Labornetzgerät. Da andere Idee von Falk war, Sense per Widerstand auf Plus zu ziehen, damit die Spannung bei offenem Sense weg ist.
danke für die Antwort. Aber du hast nicht wirklich verstanden, was ich
gefragt habe.
Kann sein.
Wie eine korrekt verdrahtete Vierleiter-Messung aussieht
weis ich selber.
Hmm.
Die Frage zielt aber eben gerade darauf ab, wie man die Schaltung für
den Fehlerfall so aufbauen kann, dass man
a) trotzdem noch die Spannung misst (schätzt) wenn vergessen wurde die
Sense-Leitung anzuschließen
Sagt ich das nicht? Mit einem Pull-Up Widerstand, den su SELBER schon eingezeichnet hast!
oder
b) die Sense-Leitung nicht wegbrutzelt, wenn die Sense-Leitungen an der
Last angeschlossen sind, aber die Hochstrom-Leitung nicht verbunden ist.
Das kann sie gar nicht, denn die Sense-Leitung ist ein hochohmiger Eingang, wo soll da Strom fließen? Allerdings muss dieser Eingang den vollen Ausgangsspannungsbereich mitmachen, ohne zu klemmen oder parasitär Strom fliegen zu lassen. Die meisten Verstärker können das.
Oder nochmal anders ausgedrückt: gibt es irgend einen Kniff um
einerseits den Strom in den Sense-Leitungen wirksam zu begrenzen
Dafür muss man praktisch nahezu NICHTS tun. Schau in deine Schaltung. Wo soll aus der (einzigen) Sense-Leitung Strom in die Last fließen? Die Last legt den Sense-EINGANG auf praktisch 0V, wenn die Force-Leitung nicht angeklemmt ist. Der Spannungsregler regelt dann auf Maxium was er kann. Ist aber egal, die Force-Leitung ist ja nicht angeklemmt.
ohne
dass aus der Messung ein Schätzeisen mit 50% Grundgenauigkeit wird.
Ok, jetzt sehe ich dein Problem (glaube ich). Du willst 1% Spannungsabfall der Zuleitung mit dem Verstärker kompensieren. Du hast 101k Eingangswiderstand und einen 1k Pull-Up Widerstand (R12), welcher im Fehlerfall die Eingangsspannung hochziehen soll. Der wird im Normalbetrieb von der Zuleitung gebrückt(R10), die hat nur 1mR. Und jetzt glaubst du, daß du damit 1% Fehler in die Messung bekommst. Das tust du aber nicht.
Ich möchte an der Last die Spannung sensen um den
Spannungs-Abfall in der Leitung zur Last zu kompensieren.
Die Spannung kannst du ganz normal messen. Da brauchst du nicht zu sensen.
Ich möchte verhindern, dass große Ströme über die (dünnen) Sense-Leitungen
fließen, wenn der Bediener die "Hochstrom"-Kabel nicht anschließt
Dann schalte einen Widerstand in die Messleitungen. Aus der Spannung und dem zulässigen Strom kannst du den Mindestwert mit dem ohmschen Gesetz ausrechnen.
Ok, jetzt sehe ich dein Problem (glaube ich). Du willst 1%
Spannungsabfall der Zuleitung mit dem Verstärker kompensieren. Du hast
101k Eingangswiderstand und einen 1k Pull-Up Widerstand (R12), welcher
im Fehlerfall die Eingangsspannung hochziehen soll. Der wird im
Normalbetrieb von der Zuleitung gebrückt(R10), die hat nur 1mR. Und
jetzt glaubst du, daß du damit 1% Fehler in die Messung bekommst. Das
tust du aber nicht.
ja, jetzt hast du es glaube ich so verstanden, wie ich es gemeint habe.
Das Problem ist in der Tat: ich brauche einen Eingangs-Spannungsteiler (die 101k) um von z.b. 60V auf eine Spannung zu kommen, bei der die OpAmps nicht verschmoren.
Und wenn ich jetzt deine Antwort richtig verstehe, dann ist mein Problem, dass mein Eingang zu niederohmig ist, um die Lösung zu verwenden, die üblicherweise verwendet wird?
ja, jetzt hast du es glaube ich so verstanden, wie ich es gemeint habe.
Das Problem ist in der Tat: ich brauche einen Eingangs-Spannungsteiler
(die 101k) um von z.b. 60V auf eine Spannung zu kommen, bei der die
OpAmps nicht verschmoren.
Nein. Du braucht so oder so einen Differenzverstärker, welcher auch den vollen Eingangsspannungsbereich ohne zusätzliche Spannungsteiler verkraftet.
Die INAxxx sind deine Freunde.
Und wenn ich jetzt deine Antwort richtig verstehe, dann ist mein
Problem, dass mein Eingang zu niederohmig ist, um die Lösung zu
verwenden, die üblicherweise verwendet wird?
Nö. Du hast hier Leitungswiderstände im einstelligen mOhm Bereich. Da ist selbst 1kOhm Faktor 1 Million größer. 100k sind 100Million. Das reicht locker. Dei Fehler ist, die Spannung 100:1 teilen zu wollen. DORT kommt dein Fehler rein bzw. geht den Signal/Rausch Verhältnis in die Knie. Vollkommen unsinning und unnötig bei 60V. Passenden Differenzverstärker auswählen, fertig.
ja, jetzt hast du es glaube ich so verstanden, wie ich es gemeint habe.
Das Problem ist in der Tat: ich brauche einen Eingangs-Spannungsteiler
(die 101k) um von z.b. 60V auf eine Spannung zu kommen, bei der die
OpAmps nicht verschmoren.
Und wenn ich jetzt deine Antwort richtig verstehe, dann ist mein
Problem, dass mein Eingang zu niederohmig ist, um die Lösung zu
verwenden, die üblicherweise verwendet wird?
ich denke das mit der Sense Leitung da hast du was falsch verstanden wann und warum diese verwendet wird.
Diese 4-Leiter Technik wird bei der "genauen" Widerstandsmessung für "kleine" Widerstandswerte eingesetzt. "klein" ist immer dann, wenn der Widerstand der Messleitung signifikanten Einfluss auf die "Genauigkeit" hat.
Weil bei 2 Zuleitungen der Widerstand der Messleitung sich zum Widerstandswert des Messobjektes addiert.
Deswegen wird der Strom durch ein paar Messleitungen geschickt und die Spannung über ein anderes paar Messleitungen abgegriffen, in denen ein deutlich geringerer Strom fließt, das was für einen Spannungsmessung unvermeidbar ist.
Wenn ich dich richtig verstehe, willst du eine Spannungsmessung machen, schreibst aber auch, dass due verhindern willst das große Ströme über die Sense Leitung fließen, der Eingangswiderstand deiner OP Schaltung ist 108.9 kOhm, es ist sicherlich je nach Gebiet unterschiedlich was man als groß bezeichnet, aber selbst wenn deine Last an 230V ist fließen 1.8mA, das macht keine siginifikaten Spannungsabfall an einer üblich Messleitung, bei 100m 1mm2 sind das 3.2mV, da sind wir bei 0.0014% Fehler, da haben die 1% Widerstände dann mehr Einfluss.
Wenn due den Spannungsabfall über der Leitung messen willst, und deine "Sense Leitung" genauso lang sein muss, dann benötigst du dafür aber eine hochohmigere Beschaltung, idealerweise einen hochohmigen Differenzverstärker. Aber hier liegt der Widerspruch in deinem Projekt, wenn du eine "ungenau" Schaltung mit einer genaueren überwachen willst, warum nicht direkt die genauere Schaltung aufbauen.
Wenn du den fehler der Messleitung kompensieren willst, dafür benötigt es in diesem Fall keine Messung, wenn der Fehler deutlich größer wäre als 0.001%, z.B. 2%, dann kannst du den Widerstandswert ja als Bestandteil deines Spannungsteilers betrachten und über Anpassung eines der 49.9k Widerstände kompensieren.
In Signalaufbereitung sieht Prinzip Sense Leitung übrigens ganz anders aus als dein Plan, das was du simuliert hast würde so nicht funktionieren in der Praxis, weil in der Regel alle Leitungen identisch sind und damit alle Widerstandswerte gleich oder je nach Anwendung die Stromführende Leitung sogar niederohmiger ist als die Leitung für die Spannungsmessung. Und wie gesagt, bei der 4-Leiter Messung mit Sense Leitungen werden z.B. niederohmige Widerstände gemessen, was bedeutet man misst zwei Messgrößen, Strom und Spannung, die Spannungsmessung wird dann nicht im Messgerät abgegriffen sondern über Sense Leitungen, wobei die Sensleitung einigermaßen hochohmig mit den Eingängen für die Strommessung verbunden sind, so dass das Messgerät die Spannung auch messen kann wenn die Sense Lleitungen nicht angeschlossen sind. Wenn die Stromführenden Leitungen nicht angeschlossen sind, fließt der Strom vom Messgerät dann auch über diese Widerstände, weil die in der Regel höher sind als die Werte die man mit 4-Leiter Messtechnick ermitteln will wird dann hochohmig angezeigt.
Aber poste mal ein Bild von den Schaltungen die üblicherweise verwendet werden von denen du schreibst
Wenn die Sense Leitungen nicht angeschlossen sind wird doch sowieso die Spannung an den Klemmen und nicht an der Last gemessen. Spielt da der zusätzliche Fehler durch den Schutzwiderstand überhaupt noch eine Rolle?
Wenn die Sense Leitungen nicht angeschlossen sind wird doch sowieso die
Spannung an den Klemmen und nicht an der Last gemessen.
Nö, dann wird 0V gemessen. Oder wildes Gezappel, wenn der Verstärker zu hochohmig ist und keinen endlichen Eingangswiderstand hat, denn dann hängt dessen Eingang in der Luft.
Danke für euren Input, aber es ist sinnvoller wir brechen hier mal ab.
Ich habe euch durch eine falsche Annahme und durch ein falsches Ersatz-Schaltbild gedanklich in die falsche Richtung geschickt. Kein Wunder, dass ihr denkt ich wüsste nicht wie die vier-Leiter-Messung funktioniert.
Sorry Kollegen, my bad. Ich hätte die Frage besser formulieren sollen.
Das Ding ist eigentlich 3-Phasig. Die Spannungsquelle ist nicht eine, sondern es ist eine 3-phasige AC-spannungsquelle, die ein 3-Phasen Drehfeld (120°) erzeugt. Die Last ist nicht ein ohmscher Verbraucher gegen Gnd, es ist ein Netzwerk aus 3 ohmsch-induktiven Lasten, die im Stern verschaltet sind. Und man kommt auch nicht an den Sternpunkt, der auch nicht auf Gnd hängt.
Die 3 Sense-Leitungen greifen die Spannung am Anschluss-Punkt der Last ab. Und damit wird aus dem was ich euch beschrieben habe, ein ganz anderes Szenario, als das, über das ihr euch Gedanken gemacht habt.
Die Stromstärke beträgt bis zu 120 A RMS und die (kurzen) Strom-Leitungen sind meist 35mm². Die Strom-Leitungen können durch einen Schütz getrennt werden. Also kann es sein, dass die Last komplett angeschlossen ist, die Sense-Leitungen an den Last-Klemmen hängen aber der Schütz offen ist. Wenn der Bediener dann die Spannungsquelle einschaltet, dann würde - ohne Widerstand in der Sense-Leitung - der Strom über die Sense-Leitung in die Last fließen. Das sind normale 4mm Laborkabel, die brennen sofort ab.
Es kann aber auch sein, dass der Kunde vergisst die Sense-Leitungen anzuschließen. Dann möchte ich zumindest im "Not-Betrieb" die Strang-Spannungen messen können.
Sorry nochmal, das hab ich komplett vergeigt. Ich wollte es einfach halten, das war suboptimal.
Die Stromstärke beträgt bis zu 120 A RMS und die (kurzen)
Strom-Leitungen sind meist 35mm². Die Strom-Leitungen können durch einen
Schütz getrennt werden. Also kann es sein, dass die Last komplett
angeschlossen ist, die Sense-Leitungen an den Last-Klemmen hängen aber
der Schütz offen ist. Wenn der Bediener dann die Spannungsquelle
einschaltet, dann würde - ohne Widerstand in der Sense-Leitung - der
Strom über die Sense-Leitung in die Last fließen. Das sind normale 4mm
Laborkabel, die brennen sofort ab.
Immer noch Unsinn! Wenn es WIRKLICH Meßeingänge sind, dann sind die hochohmig! Dort kann gar kein großer Strom fließen! Die Leitung hat zwer nur ein paar Dutzend Milliohm, aber sie ist in REIHE mit einem hochohmigen Meßeingang geschaltet!
Was du beschreibst ist eine Art dreiphasiger Tastkopf. Sowas kann man bauen, auch mit Spannungsteilern. Und dann brennt garantiert rein gar nichts weg. Siehe oben!
Es kann aber auch sein, dass der Kunde vergisst die Sense-Leitungen
anzuschließen. Dann möchte ich zumindest im "Not-Betrieb" die
Strang-Spannungen messen können.
Dann bau einen 2. Satz dreiphasige Spannungsmessung, die fest vor deinem Schütz verdrahtet ist.
Wenn der Bediener dann die Spannungsquelle
einschaltet, dann würde - ohne Widerstand in der Sense-Leitung - der
Strom über die Sense-Leitung in die Last fließen. Das sind normale 4mm
Laborkabel, die brennen sofort ab.
Um das zu verhindern, hänge jeweils einen Widerstand in die Messleitung, der den Strom auf unkritische Werte begrenzt, aber noch klein gegen den Innenwiderstand der Spannungsmessung ist.
