Hilfe bei Messschaltung

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tomberry
Neuling
#1 erstellt: 04. Aug 2010, 12:18
Hallo erstmal,
ich hab leider keine Ahnung von Elektronik, muss mir nun aber für ein Projekt eine Messchaltung für einen Kapazitiven Sensor ausdenken. Ich hoffe, jemand kann mir da einige tipps geben.
Ich habe eine 8V Speisespannung(DC) und einen 12bit Signaleingang. Der Sensor hat eine Kapazität von 140pF und eine max. Betriebsspannung von 12Vpp~.
Meine groben Überlegungen bisher:

1.Ich brauche eine Messbrücke, dachte da an Wien-Brücke(war das passendste was ich gefunden habe).

2.Ich muss die 8V Eingangsspannung in Wechselspannung umwandeln, also muss ein Wechselrichter vor die Brücke. Das würde dann 16Vpp~ ergeben da die negative Amplitude hinzukommt. Dann wäre das ja zuviel für den Sensor? Richtig?

3. Die Querspannung der Messbrücke wird dann wieder per Gleichrichter umgewandelt, verstärkt, und durch einen AD Wandler in ein digitales signal umgewandelt, welches dann dem 12bit Anschluss zugeführt wird.

Ist dieser grobe Ablauf richtig? Habe ich irgendwas vergessen?

Schonmal vielen Dank im Voraus.
detegg
Inventar
#2 erstellt: 04. Aug 2010, 12:26
Hi,

mal ´ne Verständnisfrage: welche Ausgangsgröße liefert der Sensor?

Hast Du Datenblatt/Schaltung o.ä?

;-) Detlef
Kay*
Inventar
#3 erstellt: 04. Aug 2010, 13:01
zu 2.
Reicht es nicht aus diese Kapazität als frequenzbestimmendes
Bauteil in irgendeine Oszillator-Schaltung zusetzen,
die über deine 8V-DC versorgt wird?

zu 3.
warum willste gleichrichten und DC messen?
Fequenz-, bzw. Periodendauer-Messung wäre doch auch denkbar.
Suche einfach mal nach irgendwelchen Schaltung zu
Kapazitäts-Messgeräten, z.B. mit PIC oder Atmel
oder
eine Schaltung zum Feuchte-Sensor von Valvo.
Dieser Feuchte-Sensor ist auch eine Kapazität
tomberry
Neuling
#4 erstellt: 04. Aug 2010, 13:03
Im Datenblatt steht "Signalform: Wechselspannung(ohne Gelichspannungsanteil)"
Werde da nicht ganz schlau draus. Heißt das, der liefert schon eine Spannung und ich kann mir die Brücke sparen?


Datenblatt gibt es hier:
http://www.ist-ag.co...14_Rapid_EN_V4.3.pdf

Edit:
@Kay^:
Die Antwort auf deine Fragen ist einfach Unwissenheit.
Ich habe erst gestern angefangen, mich da reinzulesen. Die Begriffe sind schon vorhanden, aber Zusammenhang und Verständnis fehlen einfach noch.

Das ganze soll möglichst klein und handlich ausfallen, optimalerweise soll das ganze in die Form einer Zigarre zu kriegen sein.


[Beitrag von tomberry am 04. Aug 2010, 13:20 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#5 erstellt: 04. Aug 2010, 13:28

Das ganze soll möglichst klein und handlich ausfallen


eben, deshalb lieber weniger Schritte

Ich schaue mir das Datenblatt mal an

Edit:
das Datenblatt empfinde ich als ärgerlich
Vergiss das, was ich oben geschrieben habe

Vielleicht hilft das:
http://www.next.gr/i...the-H14DL-l5867.html


[Beitrag von Kay* am 04. Aug 2010, 14:23 bearbeitet]
tomberry
Neuling
#6 erstellt: 04. Aug 2010, 15:21
Danke, ich schau mal genauer rein, und schreib heute abend was dazu, wenn ichs hoffentlich verstanden habe.
Kay*
Inventar
#7 erstellt: 04. Aug 2010, 15:41
du müsstest mal vergleichen, ob der H14 eine gewisse Ähnlichkeit mit deinem Sensor hat.
Sonst auch mal 'nen Gruss in die Schweiz senden
kore
Stammgast
#8 erstellt: 04. Aug 2010, 18:36
Die Auswerteschaltung kann er vergessen, da der H14GL ein resistiver Feuchtesensor ist, der seinen elektrischen Widerstand ändert. Pech gehabt

ich würde folgendes vorschlagen: http://www.elexs.de/radio4.htm

damit bekommst du eine frequenz ausgespuckt. diese frequenz kannst du dann mit einem f/U-Umsetzer wie dem LM2907 in eine dir ausreichende spannung umsetzen und hast dann eine schöne anzeige, evtl sogar direkt auf nem zeigerinstrument

lieben gruß
Kay*
Inventar
#9 erstellt: 04. Aug 2010, 18:54
Kore,
in die Richtung gingen meine Vorschläge oben,
aber da liegt dann Gleichspannung (wenn auch im wesentlichen schwankend )über dem Sensor.

Solange "das Innenleben" von dem Sensor unklar ist,
wäre ich vorsichtig, weil billig ist so Teil kaum.


[Beitrag von Kay* am 04. Aug 2010, 18:57 bearbeitet]
tomberry
Neuling
#10 erstellt: 05. Aug 2010, 09:32
Hmm, jetzt bin ich noch verwirrter als vorher.
Ich hatte mich schon mit der Messschaltung von Valvo http://www.netzmafia...vo_Feuchtesensor.pdf auf Bild 8 angefreundet. weiß nur nicht genau, was die 100Hz Betriebsspannung erzeugen soll. kann ich dafür sowas wie nen NE555 nehmen?
detegg
Inventar
#11 erstellt: 05. Aug 2010, 09:54
... Du kannst den NE555 nehmen - es sind aber 100kHz fosc

Wir haben den Valvo Sensor mit einer MV-Schaltung ähnlich der Valvo-AN (Bild 11) tausendfach aufgebaut. Einfach, ausreichend genau, sehr geringer Stromverbrauch, billig, klein etc.

Du solltest bitte Deinen Anforderungskatalog etwas präzisieren - Zigarre reicht nicht!

;-) Detlef
tomberry
Neuling
#12 erstellt: 05. Aug 2010, 10:33
Naja, die Anforderungen sind:
Es soll funktionieren und nachher ein digitales Signal rauskommen
Das Ganze soll nachher an eine 8V DC Versorgungsspannung und einen 12bit Eingang angeschlossen werden. Am besten ein 0 - 2,5 V Signal.
Wenn man nach dem Datenblatt vom Sensor geht, 10khz und max. 12Vpp AC drauf.

Die Schaltung auf Bild 11. versteh ich leider nicht so wirklich. Muss wohl noch ein bisschen drauf starren.

Nochmals Vielen Dank, dass ihr euch die Zeit nehmt.


[Beitrag von tomberry am 05. Aug 2010, 10:36 bearbeitet]
detegg
Inventar
#13 erstellt: 05. Aug 2010, 11:17

tomberry schrieb:
Es soll funktionieren und nachher ein digitales Signal rauskommen

... ja toll

# Anforderungen an Messbereich, Genauigkeit, Fehlergrenzen, Stromverbrauch?
# Spannungs- oder Frequenzausgang? Eckdaten?
# MW-Verarbeitung mit 12bit parallel oder 12bit Auflösung (Zählereingang)?
# Skalierung/Linearisierung?
# usw.

Sammel doch mal alle relevanten/verfügbaren Infos. Hast Du für Deine Projektaufgabe was schriftliches? Projekt im Rahmen einer Facharbeit oder Ausbildung?

;-) Detlef
Kay*
Inventar
#14 erstellt: 05. Aug 2010, 11:32

Die Schaltung auf Bild 11. versteh ich leider nicht so wirklich.



wie wär's denn mit einer Schaltungssimulation alá LTspice
Den Sensor dabei einfach als Kondensator einsetzen
tomberry
Neuling
#15 erstellt: 05. Aug 2010, 16:00

detegg schrieb:

tomberry schrieb:
Es soll funktionieren und nachher ein digitales Signal rauskommen

... ja toll

# Anforderungen an Messbereich, Genauigkeit, Fehlergrenzen, Stromverbrauch?
# Spannungs- oder Frequenzausgang? Eckdaten?
# MW-Verarbeitung mit 12bit parallel oder 12bit Auflösung (Zählereingang)?
# Skalierung/Linearisierung?
# usw.

Sammel doch mal alle relevanten/verfügbaren Infos. Hast Du für Deine Projektaufgabe was schriftliches? Projekt im Rahmen einer Facharbeit oder Ausbildung?

;-) Detlef


Sorry, war bisschen flapsig formuliert. Hab nochmal nachgefragt/geschaut:

-Messbereich eher bei hohen Feuchten. so 50-100 %.
-Genauigkeit sollte schon gut sein, mehr als 2% Abweichung wären unschön. Wichtiger ist jedoch Linearität, da Feuchtesprünge und Verläufe aufgezeichnet werden sollen.
-Stromverbrauch ist nicht so kritisch.
-Ausgang sollte Spannung sein, 0-5V max. ,
-Zählereingang hat 12 bit Auflösung, also nicht parallel.
-Um die Linearisierung komm ich wohl nicht drum herum, da der Sensor bei über 90%r.F. mehr als 1,5% Nichtlinearität besitzt.

Habe im laufe des Tages auch fleißig weiter gelernt.

Momentan macht in meinem Kopf folgendes Sinn:

Differenzimpuls-messung nach Bild 12 aus dem Valvo Datenblatt mit den 2 HEF4001. Da das ganze vom akku gespeist wird, brauch ich die Speisespannungs-Stabilisierung. Danach kommt eine Linearisierungsschaltung.(Bild 13) linearisiert wird bei ca 75% statt 50%, da ich die linearität bei hohen rF. brauche.
Dann kommt das ganze in den Gleichrichter, evtl. Verstärker und dann an meinen 12bit eingang.

Woran ich noch grüble ist: Kann ich die Werte für die Widerstände und Kapazitäten einfach übernehmen und meine 8V Speisespannungauf die 4,5V Runterteilen, oder liesse sich das ganze mit 8V betreiben. Dafür muss ich dann aber die Widerstände ect. neu berechnen, oder?

Wenn ich da groben unsinn schreibe, bitte kurz


[Beitrag von tomberry am 05. Aug 2010, 16:02 bearbeitet]
detegg
Inventar
#16 erstellt: 05. Aug 2010, 16:16
... hört sich schon gut an!

Zu meinem Verständnis ...
# hast Du Einfluss auf die dig. Weiterverarbeitung? Controller? Wie genau sieht die Schnittstelle aus?
# stationärer Betrieb mit 8VDC?

;-) Detlef


[Beitrag von detegg am 05. Aug 2010, 16:18 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#17 erstellt: 05. Aug 2010, 16:39

Wenn ich da groben unsinn schreibe,


1. wenn ich 8Vdc habe, brauche ich nur einen Spannungregler.
Wobei mir nicht ersichtlich ist, warum du die Schaltung
(ohne Änderungen) nicht auch an +5V betreiben solltest
(wie den nicht näher spezifizierten "Rest" deines Projektes).

2. Linearisierungen von Sensor macht heute z.B. per
Tabelle in einem kleinen Mikrocontroller.
Diese Dinger haben gerne auch A/D-Wandler drinne,
wenn auch meist nicht mit 12bit.

3. Zeit/Differenzimpulse kann man relativ einfach per
Mikrocontroller "auszählen". Häufig günstiger als ein
A/D-Wandler, kleiner + billiger

p.s.
du hast dich für den Valvo entschieden?
Wäre eine Email in die Schweiz mit der Bitte um eine
Applikation nicht auch ein Weg, da dieser Sensor kleiner
ist?

edit:
für höhere Genauigkeiten, erscheint mir ein Sensor mit integrierter Temperaturkompensation als die bessere Wahl.


[Beitrag von Kay* am 05. Aug 2010, 16:41 bearbeitet]
tomberry
Neuling
#18 erstellt: 05. Aug 2010, 17:53
Das ganze soll ein Feuchtesensor für ein Kleinflugzeug sein, ist ein Nebenteil meiner Studienarbeit. Schaltungen waren halt bisher nicht wirktlich dran bei uns. Nur ein paar Elektrotechnik-Grundlagen. (Maschenregel, paar Widerstände ausrechnen und so.) Ist aber auch schon mehrere Jahre her....

Der Rest der Elektronik auf dem Flieger ist schon da, ich hab also leider eine feste "Ausgangssituation" , d.h. an den 8VDC und dem Signaleingang mit 12bit Auslösung lässt sich nicht rütteln.
Als Sensor möchte/muss ich den P14 Rapid benutzen.
Link: http://www.ist-ag.co...14_Rapid_EN_V4.3.pdf

Da ist auch nicht dran zu rütteln.

Die Messung soll etwa eine stunde laufen, mit akku.
Wie die Datenaufzeichnung genau läuft, kann ich nicht genau sagen, hat irgendjemand vor jahren mal gebastelt. Nachher ist halt ne Binärdatei auf der Speicherkarte.

Die Temperatur wird nebenbei gemessen und von der Datenaufzeichnung auf ominöse weise verrechnet.

Ich sollte halt nur den Sensor erneuern.
detegg
Inventar
#19 erstellt: 05. Aug 2010, 18:12

tomberry schrieb:
... Ich sollte halt nur den Sensor erneuern.

... vorhandene Schaltung analysieren, evtl. simulieren. Dann an neuen Sensor anpassen.

btw - warum schreiben sich Kay, Kore und andere hier die Finger wund ?

;-) Detlef
Kay*
Inventar
#20 erstellt: 05. Aug 2010, 19:02

Feuchtesensor für ein Kleinflugzeug


im Grunde wieder eine sehr schwammige Aussage,

aber ich vermute, es geht nicht nur um die Grösse,
sondern auch um's Gewicht.

Halte uns auf dem Laufenden hinsichtlich des 'Rapid'
kore
Stammgast
#21 erstellt: 05. Aug 2010, 23:05
ach die paar bauteile sind doch kein akt, alles superleicht. selbst ein kleiner atmega reicht da schon
btw. es gibt für 8 euros auch nen kompletten bausatz zum kapazitäten messen kannst die ja mal fragen, was die so gemacht haben. da kann man Cs von pF bis 500µF messen

http://www.watterott.com/de/Kapazitaetsmessgeraet-Bausatz

mit serieller ausgabe


[Beitrag von kore am 05. Aug 2010, 23:08 bearbeitet]
Kay*
Inventar
#22 erstellt: 06. Aug 2010, 10:04

alles superleicht. selbst ein kleiner atmega reicht da schon


ich hätte in der Tat die Messschaltung Atmel basierend aufgebaut, kenne aber keinen, der einen 12-bit-DAC besitzt.
Irgendwelchen Kalibrierungen/Fehlerkompensation macht
sich damit eben ohne weiteren Bauteilaufwand.
detegg
Inventar
#23 erstellt: 06. Aug 2010, 10:24
... jupp, eigentlich ganz einfach

Pulsdauer in Abhängigkeit von delta C mit einem Zählereingang messen, normieren/skalieren und über eine ROM-Tabelle gerade biegen. Ausgabe digital parallel/seriell oder analog per PWM+Tiefpass.

Der TE kennt aber wohl nicht einmal das geforderte Datenformat - wie soll man da helfen?

;-) Detlef
Kay*
Inventar
#24 erstellt: 06. Aug 2010, 10:32

wie soll man da helfen?

bin mal gespannt, ob er wirklich in die Schweiz kontaktiert
kore
Stammgast
#25 erstellt: 06. Aug 2010, 18:36

Kay* schrieb:

alles superleicht. selbst ein kleiner atmega reicht da schon


ich hätte in der Tat die Messschaltung Atmel basierend aufgebaut, kenne aber keinen, der einen 12-bit-DAC besitzt.
Irgendwelchen Kalibrierungen/Fehlerkompensation macht
sich damit eben ohne weiteren Bauteilaufwand.


AD127 von Maxim wäre ein 8 kanal 12 bitter mit I²C. Hab da grade welche von geordert. sind nicht ganz billig. Gruß
Kay*
Inventar
#26 erstellt: 06. Aug 2010, 19:21
der TE braucht keinen AD, sondern wenn überhaupt einen DA
rebel4life
Inventar
#27 erstellt: 06. Aug 2010, 20:03
Sprechen wir hier von einem Modellflieger oder von einem richtigen Flugzeug? Bei letzterem würde ich auf Neu- bzw. überprüfte Gebrauchteile zurückgreifen!


MFG Johannes
kore
Stammgast
#28 erstellt: 07. Aug 2010, 13:34
okay, sorry da haben wir beide aber nun bockmist gequatscht..
ich hab falsch geschrieben DAC, is quatsch, der ich meinte ADC. analog--> digital also 12Bit auflösung, damit er da analog in vielen schritten abstufen kann. denke doch, es sollte digital ausgegeben werden, oder?

und du, lieber kay* meinst der braucht nen DA? wie da gibt der kondensator schon digitale infos raus? das wäre cool *grins*

ach, solange der TO nicht mal die einfachsten schaltungen ausprobiert und messreihen durchfährt, können wir hier diskutieren bis wir schwarz werden. ich bin sogar der meinung, dass man den kondensator auch ruhig mal mit einer anderen schaltung ausmessen könnte. kaputtgehen wird der schon nicht.

Meine Vermutung ist, dass die permanent anliegende Gleichspannung den Kondensator natürlich irgendwie polarisiert (je nach anliegender Spannung). Dies kann dann grade bei Feuchtigkeit zur Elektrolyse führen. So passiert es auch bei kleinen Spielzeugtauchbooten, die eine Aufladebuchse haben, einer der beiden Pole, schwarz wird, wohingegen der andere noch wie neu aussieht. Ich denke wenn das jetzt in dem Kondensator passiert, wird die Ankopplung bzw die eine Seite des Kondensators sich chemisch verändern und die Messwerte werden schleichend anders ausfallen. für einen kurzen Test hingegen wird eine Schaltung mit einem Taktgeber schon passen. Davon mal abgesehen weiß auch kein schw*** wie hoch die Messtabilität durch Elektrolyse ist. ich denke, da ist der generelle Messfehler des Sensors schon bei weitem höher. Absolut gesehen wird dir der Sensor wohl auch keine Freude bringen, kannst du denn wirklich exakt bestimmen, wie hoch die Luftfeuchte ist, um den Sensor zu kalibrieren? Man ist auf Gedeih und Verderb dem Hersteller ausgeliefert.

Kleine Anekdote: Ich habe nen neuen Gyro-Sensor, und im Datenblatt steht, dass die Messwerte, die da drin stehen von 5 (!) auf Adapterplatinen gelöteten und gesockelte Testexemplaren stammen. Soviel zur Reproduzierbarkeit. Natürlich sind da keine Streuungsmaße mit angegeben, wie auch bei 5 Stück, also wenn man nen Sensor hat, kann es sein dass der eine supergeringe Abweichung hat, aber nicht, wie stark der Sensor im Vergleich zu anderen der streut.

Schwankungen jedoch wird man auch mit dem DC Offset nachweisen können. Wie oft wird denn gemessen? man könnte die Taktschaltung ja auch einfach abstellen, wenn nicht gemessen werden soll.

So, nun warte ich wieder gespannt auf meine bestellten CDs und AV-Geräte.

Gruß an alle.
Kay*
Inventar
#29 erstellt: 07. Aug 2010, 15:35

und du, lieber kay* meinst der braucht nen DA? wie da gibt der kondensator schon digitale infos raus? das wäre cool

Lieber "kore",

wer lesen kann, ist doch ganz klar im Vorteil!

ich wiederhole gerne noch mal meinen Vorschlag für dich

1. irgendeine Generatorschaltung mit dem Sensor
2. Messung von 'Zeit(en)' + Messwertkorrektur per Atmel o.ä.
3. analoge Ausgabe an den vorhandenen analogen 12-bit-AD-Eingang



Meine Vermutung ist, dass die permanent anliegende Gleichspannung den Kondensator natürlich irgendwie polarisiert (je nach anliegender Spannung)

... und deshalb sollte man den Hersteller anfragen,
denn ich kenne sonst keinen Kondensator, der keinerlei Gleichspannung verkraftet.

Die oben verlinkte Schaltung wäre gleichspannungsfrei,
jedoch hat der Sensor auch eine Temperaturbrücke (?)
mit eingebaut.
Ansonsten ist er auch eine Kapazität, wie alle mir bekannten
Feuchtesensoren.


[Beitrag von Kay* am 07. Aug 2010, 15:44 bearbeitet]
kore
Stammgast
#30 erstellt: 07. Aug 2010, 18:48

Kay* schrieb:

3. analoge Ausgabe an den vorhandenen analogen 12-bit-AD-Eingang


und dann weiter? wieso sollte man erst eine spannung generieren (ausgeben) und dann diese wieder einlesen wollen? wenn man die erste spannung nur mit 10 bit ausgeben kann (selten nen µC gesehen, der nur 10bit eingang hat aber nen 12 bit ausgang) wie kann man die dann mit 12 bit einlesen? das geht schon, die auflösung bleibt aber dennoch bei 10 bit

wenn schon dann eine spannung mit 12+ bit einlesen und die daten dann digital weitergeben.

ansonsten, weitermachen!
Kay*
Inventar
#31 erstellt: 07. Aug 2010, 19:05

erst eine spannung generieren (ausgeben) und dann diese wieder einlesen wollen?


und nu zum dritten

weil der TE einen AD-Eingang mit 12bit besitzt


p.s.
gilt natürlich nur, wenn ich ihn korrekt interpretiert habe
kore
Stammgast
#32 erstellt: 07. Aug 2010, 19:48
ich steh diesmal sowas von aufm schlauch... hast recht kay* tomaten aufn augen, aber so ist das wenn der thread sich ausweitet und der to immer schwammigere info bringt... gut lassen wir das mal. soll er mal machen.
tomberry
Neuling
#33 erstellt: 10. Aug 2010, 08:06
Ich war ein paar Tage nicht da, sry.
Danke, dass ihr euch den Kopf zerbrecht.
Der Grund, warum ich die alte Schaltung nicht analysieren kann ist, weil ich sie nicht kriege. Ich soll mich selber schlau machen und was austüfteln.
Ich denke, ich werde die nächsten Tage mal weiter machen und dann bescheid sagen, wenn etwas dabei rauskommt. Schweiz ist auch kontaktiert, mal sehen was da zurückkommt.
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