Messbereich-Analogeingänge

[ArmerStudiMRo]

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Hallo zusammen, zuerst mal ich bin ganz neu hier, bin also für alle Vorschläge wie ich dieses Thema ändern soll offen. Wenn es schon andere Beiträge dazu gibt, bitte verlinken.

Die Aufgabe welche ich habe ist folgende:
Ich muss eine Batteriespannung mithilfe der Analogeingänge der 24VDC LOGO! messen.
Interessant sind für mich aber nur die Werte zwischen 40 und 60V. Mein Ansatz war einen Spannungsteiler mit dem Teilungsverhältnis 5:1 zu nutzen, jedoch ist da die Auflösung recht schlecht.

Nun stellt sich mir die Frage, ob es eine Möglichkeit gibt den 0-10V auf die 40-60V Spanne einzustellen? Damit also 0V am Analogeingang den 40V an der Batterie entspricht und 10V den 60V.

Ich freue mich über jede Hilfe.

Viele Grüße und vielen Dank schonmal
ArmerStudiMRo

 

[DeltaMikeAir]

Wie wäre es mit einem Messwandler?

Nun stellt sich mir die Frage, ob es eine Möglichkeit gibt den 0-10V auf die 40-60V Spanne einzustellen? Damit also 0V am Analogeingang den 40V an der Batterie entspricht und 10V den 60V.

Das geht schon, allerdings wenn du das mit einem Spannungsteiler machst, dann kann 0V ja nicht 40V entsprechen.

 

[DeltaMikeAir]

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Ansonsten halt einen Spannungsteiler Faktor 10 40-60V = 4-6V.

Welche Genauigkeit brauchst du denn?

 

[ArmerStudiMRo]

Wie wäre es mit einem Messwandler?

Das geht schon, allerdings wenn du das mit einem Spannungsteiler machst, dann kann 0V ja nicht 40V entsprechen.

Einen Messwandler will ich zum einen aus Kostengründen nicht und weil selber bauen einfach eine rundere Sache ist.

Das ist genau der Grund warum ein Spannungswandler nicht reicht für meine Anwendung.

Die Genauigkeit sollte bei +- 0,05 Volt liegen, da kommt aber bei einem normalen Spannungsteiler die LOGO! mit ihren +-1,5% nicht hin, wenn ich den gesamten Messbereich nehme.

 

[DeltaMikeAir]

Dann gilt es halt noch die Auflösung zu beachten. Soweit ich weiß werden bei der Logo die Analogeingänge auf 1.000 Digits aufgelöst was 10mV entspricht. Bei einen Spannungsteiler mit Faktor 10 entspricht ein Digit also 0,1V. Du könntest den Spannungsteiler so anpassen, dass du z.b. 60V = 9,5V reduziert aber die 0,05 V Auflösung erreichst du so auch nicht.

Das absolute Minimum bei 60V=10V wären 0,06V.

 

[PN/DP]

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Schalte eine Z-Diode 38..39V und 2 Widerstände als Spannungsteiler ca. 2:1 in Reihe. Dann kannst Du über dem letzten Widerstand ca. 0..10V abgreifen. Parallel zu dem Spannungsteiler braucht das noch einen Widerstand, der den Arbeitspunkt/Strom durch die Z-Diode festlegt. Oder bastel was mit OPV.

Harald

 

[ArmerStudiMRo]

Schalte eine Z-Diode 38..39V und 2 Widerstände als Spannungsteiler ca. 2:1 in Reihe. Dann kannst Du über dem letzten Widerstand ca. 0..10V abgreifen. Parallel zu dem Spannungsteiler braucht das noch einen Widerstand, der den Arbeitspunkt/Strom durch die Z-Diode festlegt. Oder bastel was mit OPV.

Harald

Vielen Dank Harald, nach sowos habe ich gesucht. Ich denk das mal alles durch und rechne das mal aus. Bei OPVs bin ich leider blank weswegen ich das lieber sein lassen würde wenns anders geht.

 

[Plan_B]

Und wenn der Z-Diode noch ein paar Volt bis 40 fehlen noch einige Siliziumdioden in Durchlassrichtung in Reihe. Die haben einen Diodenfall von 0,45...0,6V je nach Strom durch Deinen Teiler.
Aufpassen wegen der Potentiale gegen GND und an den Eingangsschutz denken (Strombegrenzungswiderstand + 12 oder 15V Supressordiode).

 

[PN/DP]

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Ich bin nicht mehr ganz fit mit der (optimalen) Auslegung von Z-Dioden-Schaltungen, doch gefühlsmäßig müsste die Schaltung ab IZ = 1mA funktionieren. Da lassen sich die Bauteilwerte auch leicht überschlagen. Ich würde mir die Schaltung auf einem Steckboard aufbauen und mit den Bauteilwerten etwas spielen und die Übertragungskurve ausmessen, ob eine Linearisierung nötig ist.

Hier die Grundschaltung, überschlagen für IZ = 1..21mA bei 40..60V Eingangspannung, ergibt rechnerisch 0,47..9,87V am Analogeingang. Die Schaltung muß nicht exakt 0..10V liefern. In der LOGO müsste die Eingangsspannung sowieso auf die gewünschten Werte skaliert und vielleicht linearisiert werden.

+Batt o----+-- 40..60V, max ca. 21mA
           |
           |
        ---+---+
          / \  |
         /   \    Z-Diode 39V (1W)
        +--+--+
           |
           |-- 1..21V
          +++
       R1 | | 510 Ohm (0,5W)
          | |
          +++
           |
           | 0,5..9,9V
           +-----------o AE+ (0-10V) (LOGO AI Eingangswiderstand ca. 80 kOhm)
           |
           |
          +++
       R2 | | 470 Ohm (0,5W)
          | |
          +++       0V
           |      +----o AE- (M)
           |      |
-Batt o----+------+----o - der LOGO-Versorgungsspannung

Z-Diode z.B.:
Semtech BZX85C39 (39V 1,3W)
ON semi 1SMA5939BT3G (39V 1,5W)

Wenn das stromsparender gebraucht wird, dann bräuchte man eine Verstärkerschaltung (z.B. mit OPV). Suche mal nach "Spannung subtrahieren, Differenzverstärker, Subtrahierer" z.B.: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm

Harald

 

[ArmerStudiMRo]

Hallo zusammen, danke für eure Tipps und Vorschläge. Das ganze hört sich schon sehr gut an und wenn mich nicht alles täuscht wäre die gesamte Leistung in dieser Strecke bei ca. 2 Watt, das wäre in Ordnung, wenig ist natürlich immer besser gerade wenn das Teil an einem Akku häbgt aber gut.
Danke auch für den Link, das les ich mir gleich mal durch.

 

[PN/DP]

wenn mich nicht alles täuscht wäre die gesamte Leistung in dieser Strecke bei ca. 1,5Watt

60V * 21mA = 1,26 W

 

[Hesse]

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wenig ist natürlich immer besser gerade wenn das Teil an einem Akku häbgt aber gut.

Wie oft musst du dem messen ?

Evtl. nur die Schaltung zum messen aktivierten über Relais mit Goldkontakt

 

[ArmerStudiMRo]

Wie oft musst du dem messen ?

Evtl. nur die Schaltung zum messen aktivierten über Relais mit Goldkontakt

Es soll eine kontinuierliche Überwachung sein, jedoch ändert sich die Spannung nicht sehr schlagartig im Normalfall. Das heißt eine Realisierung mit einem Relais wäre tatsächlich möglich. Ich überlege mir mal ob es mir das wert ist oder ob das so auch funktioniert.

 

[PN/DP]

Vielleicht funktioniert die Z-Diode auch noch mit dem halben Strom ca. 0,5mA bei 40V Eingangsspannung?
Also z.B. R1 = 1,2 kOhm, R2 = 1,0 kOhm, das ergibt ca 0,45..9,55mA = 0,45..9,55V bei 40..60V, 9,55mA * 60V = 0,57W max

Ausprobieren und auf Linearität am unteren Ende schauen!

Harald