Bipolare Spannung +- messen und anzeigen

  • Schade das Frank anscheinend nicht mehr aktiv ist. Soweit ich weiß, kennt er sich mit SPS Anlagen aus. Ich habe jetzt auch ein etwas herumgesucht und wunder mich ein wenig. Und zwar deshalb, weil bei SPS- Modulen immer von einer Spannung von +/-10V und einem Strom von 0 bzw. 4-20mA die Rede ist.


    Darum frage ich mich, ob das nicht ein Fehler sein könnte, wenn auf die analogen Ausgänge wirklich die vollen 12V gegeben werden.

  • DanielS

    Den Schaltplan AD1.jpg hat mir mal jemand in die Hand gedrückt und gesagt, das muss "nur noch" mit einem Microcontroler und einem Display verbunden werden und dann funktionierts. Ausserdem muss es programmiert werden.


    Also nochmal in Kurzform, ich suche jemand der mir einen Schaltplan macht, nach diesem ich eine Platiner erstellen lassen kann.

    Dann suche ich jemand der mir dazu die entsprechende Software schreibt.


    Viele Wege führen nach Rom

    Aber ich bevorzuge die Lösung mit Atemega88 dem ADS8634 von mir aus auch noch das REF30xx davor genagelt :-)


    Konkrete Frage: Wer will/kann das machen?


    cu Klaus

  • Hallo Watzmann

    Ich habe die verschiedenen Posts hier gelesen.

    Deine Aussage bezüglich Texas ADS8634 ist falsch. Gemäss dem Datenblatt kann dieser, mit einer externen Referenz, Spannungen von +-12V messen.

    Du musst somit nur Dein Schema AD1.jpg entsprechend mit einem REF30xx ergänzen. Dennoch finde auch ich, dass die Lösungen von Kai und Pius in die richtige Richtung weisen. Wenn schon ein ATMega zur Visualisierung eingesetzt werden soll, warum nicht gleich diesen zur eigentlichen Messung verwenden :/

    Gruss, Daniel

  • KaiR

    Leider nicht Zielführend.

    Erstens kannn ich nicht erkennen wie man die unipolare Spannung misst.

    Zweitens, egal welcher Prozessor verwendet wird, sollen nicht sämtliche Eingänge verballert werden.

    Ich denke eher an I2C o.ä.


    cu Klaus

  • Der Atmega88 hat 6 Analogeingänge die man mit dem 10Bit AD-Wandler ansprechen kann. Du brauchst keinen extra 12V AD-Wandler. Das hat u.a. der Pius ausführlich beschrieben.


  • richtig, Klaus


    eine grosse Herausforderung scheint es tatsächlich nicht zu sein. Wie bereits erwähnt, würde ein Einbau Voltmeter auch funktionieren, was dann, zumindest für diese Aufgabe keine Software mehr benötigen würde. Sehe ich es richtig, dass dann nur noch die Dekodierung der Dekodierschalter fehlt?


    Am einfachsten wäre es natürlich, wenn Du jemanden in deiner Nähe finden könntest.

    schönes Wochenende
    Pius

  • Hallo Watzmann


    nun ist vieles klarer geworden, vielen Dank. Nach meiner Einschätzung brauchst Du für diese Anzeige keinen 12 bit AD zu verwenden, da tut es der AD Konverter im Arduino längstens und auch die Spannungsverschiebung, wie Kai es beschrieb, reicht aus.


    Für die Bereitstellung der +-12V hast Du ein Schema beigelegt. Die Schaltung benutzt die Regler der L78xxCV Serie. Ich rate Dir, bei der Beschaltung der Regler sich an die Vorgaben des Herstellers zu halten. Die im Schema platzierten Elkos am Ausgang der Regler (10uF) werden vermutlich die Regeleigenschaften verschlechtern. Im Datenblatt wird am Ausgang nur 100nF vorgeschlagen, am Eingang dann 330nF. Diese C's sollten so nahe am Regler wie möglich montiert werden und auf kurzem Weg zur Masse geführt werden (ja ich weiss, das sieht man nicht aus dem Schema heraus).


    Dann erwähne ich noch den Vorgang mit der Spannungseinstellung mit dem Potentiometer. Mit der Benutzung eines 10k Potis an der Betriebsspannung von 24V (2x12V) fliesst im Poti ein Querstrom von 2.4mA (ohne Belastung), was eine Verlustleistung von 57mW ergibt. Diese Leistung verkraftet ein Poti üblicherweise locker (0.2W). Der kritische Punkt wird immer dann erreicht, wenn das Poti in einer Richtung nur noch einen kleinen Teilwiderstand aufweist. Dabei verändert sich der Querstrom im Poti zwar nicht, aber abhängig von der Last am Poti kann die maximale Belastung schnell überschritten werden, insbesondere wenn versehentlich anstelle eines SPS Eingangs, die Masse oder 1in +12V Anschluss erwischt wird.

    Leider kenne ich die üblichen Eingangswiderstände eines analogen Eingangs einer SPS nicht (vielleicht weiss dies hier im Forum jemand?). Wird dieser Ri klein gegenüber dem R des Poti’s, dann sinkt die Spannung durch die Last ab.

    https://studylibde.com/doc/10530336/bipolare-spannungsquelle


    Am Ende findest Du zwei Diagramme des Spannungsverlaufes (einmal mit einer 100 Ohm Last, das andere Mal mit 100 kOhm. Als Last in Deiner Schaltung gilt Deine Messschaltung + der Eingangswiderstand der SPS. Da Deine Anzeige aber die Spannung richtig anzeigt, stelle ich mir vor, dass dieser Umstand nicht weiter störend sein wird, da der Benutzer einfach weiterdreht, bis die gewünschte Spannung in der Anzeige steht. Sofern dies so ist, könntest Du mit einem Serie R am Potiabgriff zusätzlich den Ausgangsstrom so begrenzen.


    Ein anderer Lösungsansatz wäre der Bau einer Symmetrischen Spannungsquelle, wobei diese Schaltung leider gleich verworfen werden muss, da der Regler nicht auf 0 kommt.


    Gruss
    Pius

  • Hallo Kai und Watzmann


    Dein Lösungsvorschlag mit dem Anheben der Spannung in den positiven Bereich ist der einfachste Weg und wird oft so gelöst. Man kann viele Dinge kompliziert lösen, was man aber mit den entsprechenden Argumenten dann begründen kann.
    Betrachtet man die Internas eines AD Wandlers (der auch bipolar beherrscht)

    MAX128_Input.png


    dann erkennt man unschwer, dass es so gemacht wird.


    Watzmann möchte eine Spannung im Bereich -12V - +12V anzeigen lassen. Leider wissen wir nicht wozu und vor allem habe ich keine Vorstellung darüber, wie „genau“ und wie schnell diese Anzeige funktionieren soll. Der einfachste Lösungsvorschlag dazu ist die Benutzung eines Voltmeters. Diese Geräte gibt es ja mittlerweile zu sehr günstigen Preisen z.B: als Einbauinstrumente zu kaufen.

    Nur als Beispiel (Link zu Reichelt)

    Das Gerät kann +-200mV Anzeigen -> ergo Spannungsteiler davor.


    Beginnen wir aber bei der unbekannten Spannungsquelle im Bereich -12V bis +12V. Absichtlich spreche ich von einer Spannungsquelle, die immer einen Innenwiderstand hat. Ist dieser Innenwiderstand sehr viel kleiner (<100 oder gar <1000) als das 10kOhm Potentiometer, dann können wir uns direkt mit der Umsetzung des analogen Wertes in eine digitale Zahl beschäftigen.


    Watzmann hat einen Spannungsbereich von 24V (+12 - -12V), den er anzeigen möchte. Benutzen wir den internen Arduino AD, der mit einer Auflösung von 10 Bits aufwartet.

    Damit erreichen wir eine Auflösung in Volt von 24/1023 = 23.46mV. Würde man einen 12 Bit Wandler benutzen, dann würde sich die Auflösung um den Faktor 4 verkleinern (2 Bit mehr) was dann 5.86mV ergäbe. Wenn es in der Anwendung lediglich um ein Mass für die Poti-Stellung handelt, dann reichen 10 Bits Auflösung locker aus. Wird mehr Genauigkeit gefordert, z.B: weil das Poti vielleicht eine Winkelstellung auswerten soll, dann muss man die Linearität des Potentiometers mit berücksichtigen.

    Ein kombinierter Ansatz, der die Auflösung des AD um ein Bit erhöht wäre, einen AD Kanal für die positive Spannung und einen anderen für die negative Spannung zu benutzen. Die Software würde zuerst bestimmen müssen, ob eine positive oder negative Spannung anliegt und dann die Konvertierung mit dem entsprechenden Kanal erledigen. Eine negative Spannung kann man mit einem invertierenden OP relativ einfach in eine positive Spannung wandeln.

    Aber, wie gesagt, wir kennen die Rahmenbedingungen der Anzeige nicht.

    schöne Grüsse
    Pius


    Eine erste Quelle für Uni/Bipolare Konverter kann man hier finden: Wie gesagt, Kai macht es mit dem Spannungteiler genau so, nur werden hier zur Summierung der Ströme OP’s benutzt.


    Das Dokument von Jürgen Plate beschreibt die Problematiken rund um den AD hervorragend:

  • Vielleicht mache ich ja einen Denkfehler. Aber wenn wie vorgeschlagen, die Spannung von -/+12V auf 0-5 Volt transferiert wird, so kann der AD mit 10 Bit eine Auflösung von 5/1024 ≈ 4,88mV erreichen.


    Wenn du den ADS8634 verwendest, dann musst du die Spannung von -/+12 auf -/+10V herunter teilen. Der AD hat 12Bit, also eine Spanne von 20V / 4096 ≈ 4,88mV * 1,2 ≈ 5,86mV Auflösung. Teilst Du nicht herunter und hättest einen 12 Bit Wandler für -/+12V, käme das gleiche heraus. Also eigentlich nichts gewonnen. Außerdem musst du noch die SPI Kommunikation mit dem μController programmieren (lassen), sofern es nicht schon eine Bibliothek dafür gibt. Auf die Geschwindigkeit des Wandlers dürfte es bei der Anwendung ja eher nicht ankommen.


    Wenn Du alles in Auftragsarbeit machen lassen willst, könnte das ne teure Nummer werden. ;)


    Vielleicht liest ja jemand mit Ahnung hier im Forum mit und kann etwas zu meiner Annahme mit der „Auflösung“ sagen. Ob es stimmt oder das Mumpitz ist...


    Ich stecke da auch nicht tief genug in der Materie drin, finde das Thema aber interessant und hoffe auf Erkenntnisgewinn :).

  • Hallo, ich bin der Watzmann und neu hier.


    Und ich brauche bitte Hilfe.


    Es geht um folgendes. Ich habe vier verschiedene Spannungsquellen +12Volt 0Volt -12Volt. Mit einem Potentiometer (10Kohm) kann man von 0 - 12Volt Plus oder von 0-12Volt Minus einstellen. Bei 0Volt ist das Poti in Mittelstellung.

    Jetzt möchte ich diese Spannungen auslesen und auf einem LCD Display Anzeigen.


    Nun kommt die Herausforderung.

    ATMEGA und ein Analog Digitalwandler welcher 4 Eingänge hat und +- 12Volt verarbeiten kann. es gibt ein Bauteil von Texas ADS8634, das kann aber dummerweise nur +- 10 Volt.


    Wer kann mir die Software machen und wer kann mir einen Schaltplan machen. Muss auch nicht für "umsonst" sein.



    cu Watzmann