Induktivitätsmessung mit LC-Schwingkreis - mit Multiplexer

[Kaiser-F]

Hallo zusammen.

Ich habe ein Problem. Ich möchte ein Modul basteln, welches
acht Induktivitäten überwacht.
Es soll hierbei die Induktivität über einen LC-Schwingkreis ermittelt werden.

Hier der Aufbau des Erregers:

Bild hier  

Links hängt dann die zu messende Induktivität mit einem parallelen
100nF Kondensator. Rechts messe ich dann die Taktfrequenz mit meinem
µC.

Jetzt habe ich folgendes Problem. Ich weiß nicht, wo ich den Multiplexer
4051 anschließen muss, damit es richtig funktioniert.

Schließe ich ihn links an, also zwischen Erregerschaltung und den parallelen LC,
so kommt immer dieselbe Frequenz an, egal erlche Induktivität dranhängt.

Zwischen L und C geht es auch nicht, weil hier der Stromfluss scheinbar zu hoch ist.

Mache ich dagegen lauter komplette Einheiten, und hänge den
Multiplexer dahinter, so stören sich die Einheiten scheibar gegenseitig.

Die verwendung von Relais wäre eine Lösung,
aber wie schaut das denn aus, wenn man pro sekunde alle frequenzen abgrägt?

RATTER RATTER RATTER....


Ich hoffe es kann mir jemand einen Tipp geben. Vielen Dank!

[Besserwessi]

Ich würde vorschlagen zu jeder zu überwachenden Induktivität einen eigenen Kondensator parallel zu schalten. Der Multiplexer verbindet dann einen der Schwingkreise mit der oszillatorschaltung. Der 4051 muss dazu aber mit +-5 Versorgt werden, damit positive und negative Spannungen möglich sind. Nach dem unschalten des Kanals wird man noch etwas warten müssen damit sicht die Frequenz stabilisiert. Bei den Spulen muss man darauf achten nicht zu viel induktive Kopplung zwischen den Spulen zu kriegen, sonst müßte man dafür sorgen das die Frequenzen deutlich verschieden sind.

Das Problem bei der Schaltung könnte die Oszillatorschaltung sein, die Amplitude der Schwingungen sollte kleiner als 5 V Spitze bleiben.

[Kaiser-F]

Hallo Besserwissi,

vielen Dank für Deine Antwort!!!
ich glaube mein Problem war, dass ich vergessen habe, dass ich es hier
auch mit negativen Spannungen zu tun habe!
Ich glaube das war der Knackpunkt.

Wegen der Amplitude:
Die ist bei mir ziemlich klein:

Bild hier  
( musste die intensität etwas hoch einstellen, damit man alles erkennt )

Beschreibung oberer Graf:
- Leitung von der Parallelschaltung L-C zum Ostillator.
- Empfindlichkeit: 0,2V/cm

Beschreibung unterer Graf:
- Ausgang des Oszillators
- Empfindlichkeit: 5V/cm

Timebae:
- 50µs/cm


....Ist das normal, dass die Amplitude so klein ist?
Ich denke ich sollte nen verstärker dazwischen schalten...
Was meinst Du?

[Besserwessi]

Das Problem sollte die Größe des Kondensators sein. Für ca. 15 kHz Frequenz sind 100 nF schon sehr neiderohmig. Die Induktivitäten scheinen auch eher klein zu sein. Die eigentliche Resonanzschwingung sind vermutlich die Überschwinger an den Flanken.
Die Impedanz des Schwingkreises ist einfach zu niederohmig für den MUX. Da wird der Innenwiderstand des MUX zur Frequenzbestimmenden größe. Bei so kleinen Induktivitäten wird man wohl einen kleineren Kondesator und größere Frequenz nehmen müssen. Eigentlich spricht nicht viel gegen Frequenzen um 1 MHz. Eventuell müssten die 100 K Widerstände dannn etwas kleiner werden.

Damit die Induktivitätsmessung über den LC Oszillator funktioniert, muss das Signal am Schwingkreis einigermaßen sinusförmig sein.

Eine Verbesserung wäre nich möglich mit 2 MUX, wobei der eine zum Verstärker-eingang geht, und der andere die Rückkopplung kriegt. Dann wäre der innenwiderstand des MUX weit weniger wichtig.

[Kaiser-F]

Hallo Besserwissi,

vielen Dank für Deine Info.
Ich habe heute auch herausgefunden, dass der Innenwiderstand in der Tat
die Frequenz größtenteils bestimmt. Ich werde jetzt mal versuchen,
das ganze mit einem Verstärker zu betreiben.
Außerdem teste ich das Ganze mal mit einem kleineren Kondensator.

Ich melde mich dann wieder.

Erst mal herzlichen Dank an Dich!!!

[Kaiser-F]

Hallo,

ich habe nun etwas weiter experimentiert.

Meiner Ansicht nach ider der Innenwiderstand des Multiplexers Schuld!
Dieser beträgt beim 4051 etwa 150Ohm. Schon etwas viel finde ich.
Die Verwendung eines elektronischen Schalters ist auch nicht recht viel besser:
Der 4066 hat ca. 80Ohm Ri...

Funktioniert aber auch nicht. Zumindest nicht an der Stelle,
dan der ich es gerne hätte.

Die einzige Lösung ist also die, eine Stelle zu finden,
an der ein zusätzlicher Widerstand von 150Ohm nicht ausmacht:

Bild hier  

Position a:
Hier wird die Güte des Schwingers drastisch verändert...
--> Funktioniert nicht!

Position b:
beeinträchtigt ebenfalls den Schwinger enorm.
--> Funktioniert nicht!

Position c:
beeinträchtigt wie b den Schwinger...
--> Funktioniert also auch nicht!

Position d:
Funktioniert. Direkt vor dem Komperator hat der zusätzliche
Widerstand von 150Ohm keinen einfluss auf die Funktion der Schaltung.
Allerdings muss man sich dann was für die Mitkopplung überlegen.

Entweder man baut hier auch einen zweiten Multiplexern ein,
an der stelle wie es das zweite d markiert, oder man bringt nach
dem Komperator ein Schmitt trigger an, und lösst alle Mitkopplungen
parallel laufen. Ich denke ich werde es aber mit einem MUX machen...
ob da nun 100.000 Ohm oder 100.150Ohm sind, spielt keine Rolle.
Es scheint einwandfrei zu funktionieren.

In Position a, b oder c will es selbst mit Verstärker nicht funktionieren...

[Kaiser-F]

Neue Erkenntnis:

Wenn man jeweils an den ROT-Markierten Stellen einen Multiplexer platziert,
Funktioniert es auch.

Bild hier  

[shaun]

Leuchtet irgendwie ein, wenn man die Masse großzügig als zwei Leitungen betrachtet hast Du den Schwingkreis in Vierleitertechnik angeschlossen, das sollte die Auswirkungen des Einschaltwiderstands in Grenzen eliminieren.

[kolisson]

hallo kaiser f..
habe eben deinen post auf der seite mit dem lc-messgerät-projekt gesehen und bin dann hier auf deinen rübergehopst.

ich habe da jetzt auch schon einige zeit mit der lm311 schaltung verbracht und könnte vielleicht was beitragen. eine frage drängt sich aber sofort auf:
-- du schreibst, du willst 8 induktivitäten gleichzeitig überwachen.

warum ?
und sind das einfach nur induktivitäten , die dann an diesem messgerät hängen. willst du die unterschiedliche thermische drift messen oder was ?

dann fällt mir auf, dass du am eingang des 311 einen 100müF verwendest. die üblichen schaltungen haben an der stelle ja eher sowas wie 10 müf.
der 100 nf parrallel zum elko gefällt mir gut.. hab ich auch schon, kann aber noch nicht belegen, obs was bringt. fürs gefühl ist es allemal besser.

dann ist noch die frage, wie genau soll denn gemessen werden ?
soll relativ gemessen werden zwischen den induktoren ?
muss die schaltung kalibriert werden ?


aber bevor du all diese fragen beantwortest... eine ganz spontane lösung, wo ich den mux hinsetzen würde:
--> zwischem dem ausgang des comparators und dem zähler-eingang !

die komparatoren und die paar widerstände kosten ja nix und dann ist es perfekt. wenn die einzelnen oszillatoren auch noch nah beieinanderliegen und sich beeinflussen könnten, kann man dann auch noch die "gerade nicht zu messenden" einfach abschalten.

wenn es um mess-stabilität geht und nicht um einen schlichten vergleich geht, kann ich nur sagen, dass zum einen die betriebsspannung des komparator-kreises sehr wichtig ist.

dann habe ich festgestellt, das der lm 319 anstelle des 311.. wesentlich stabiler erscheint (hier sind 2 stück in einem chip).

vergleichbar mit 311 ist evt. auch lm 393 -- da hättest du gleich 4 stück je chip fürn paar cent. ob die aber hier besser oder schlechter funzen als ein 311er, kann ich nicht sagen.. habe ich nicht getestet.

aufgrund meiner erfahrungen, käme ich auf jeden fall nie auf die idde, den mux irgenwo in den oszillator einzubauen. da wären dann reed-relay vielleicht eher ne wahl.

gruss klaus


p.s.
gruss hier auch noch an die alten bekannten... das grosse multimessprojekt ist ja nix geworden.. aber das thema hat ja vielleicht den einen oder anderen angeregt. also hier mal nix für ungut... da alles immer nur besser werden kann, was schaltungen betrifft... befinden sich meine dinger sowieso ständig in der entwicklung.


gruss klaus