Sensorsignal anpassen - Schaltung OK? Besserer Vorschlag?

[Homer Jay]

Hallo Leute,

ich brauche etwas Hilfe von Euch. Und zwar würd ich gerne wissen, ob die Schaltung, die ich mir ausgedacht habe, so funktioniert, bzw. obs was besseres/einfacheres gibt, um mein Vorhaben umzusetzen.

Um den Wasserstand meiner Zisterne messen zu können, habe ich letztens einen Drucksensor darin versenkt. Es handelt sich dabei um einen Absolutdrucksensor bis 1,6bar, 4...20mA. Das heißt, wenn die Zisterne leer ist, fließen 14mA, wenn die Zisterne voll ist (4m), fließen 18mA.

Dieses Signal möchte ich nun mit meinem ATmega messen. Dazu habe ich mir folgende Schaltung ausgedacht (siehe Anhang). Es handelt sich dabei um einen Operationsverstärker (µa741) in Differenzverstärkerschaltung. Das Sensorsignal wird über einen Widerstand (R3 - 1,2k) geleitet, wodurch am Pin 2 vom OpAmp 16,8V bis 21,6V anliegen. Der 18V Festspannungsregler speist den OpAmp und liefert über den Spannungsteiler 16,8V an Pin 3 des OpAmps.

Meiner Rechnung nach müßte nun am ADC Pin je nach Füllstand der Zisterne eine Spannung zwischen 0V und 4,8V anliegen.

Hab ich mir das ganze richtig ausgedacht, oder irgendwas übersehen? Gibts vielleicht eine einfachere Lösung? Wie muss ich die Widerstände R4 bis R7 wählen? Klar, sie müßen gleich groß sein, aber wie groß?

Ich sag schon mal vielen Dank für eure Hilfe,

viele Grüße, Markus

[Besserwessi]

Die -15 V regelung funktioniert nicht so wie gezeichnet. Man kann sich die -15 V auch sparen, wenn man eine OP nimmt der bis GND arbeitet (z.B. LM358, TLC271). Die +15 V könnte man sich mit einem Rail-Rail OP auch noch sparen und da gleich die 5 V vom µC nehmen. Wenn der OP mit mehr als 5 V gespeißt wird, sollte man zwschen OP und AD eine Widerstand von ca. 5K - 10 K haben um den AD Eingang vor zu hohen Strrömen zu schützen.

Bei den Widerständen kann man noch einiges zusammenfassen: z.B. R1,R2,R5 könnteman so ändern, das R1,R2 größer werden und dafür R5 = 0 wird. Die Werte habe ich aber nicht nachgeprüft.

Ähnlich könnte man R3,R5,R7 durch einen passenden Wert für R3 ersetzen R5 und R7 könnten dann wegfallen.

Ein Drucksensor ist nicht unbedingt die günstigste Lösung für eine Füllstandsmessung, wird aber sicher gehen.

[PICture]

Hallo!

@ Homer Jay

Ich schlage eine Schaltung mit dem µA741 vor (siehe Code), die deine fehlerhafte korrigiert und berücksichtigt einiges, was der Besserwessi darüber schon geschrieben hat.

Bei dir sind die Eingänge des µA741 verkehrt herum angeschlossen und der 7915 Spannungsregler muss anstatt +24V am Eingang eine Spannung -24V haben.

Wenn irgendwas nicht klar seien sollte, bitte fragen!

MfG

             15V
              +
              |
           R1.-.
          6k8| |
             '-'
              |    R5     R6
             .-.   __     __
       "0" R2| |<-|__|-+-|__|-+
           1k'-'   1k  |  1k  |
              |        |      |
             ===       |  15V |
             Gnd       |   +  |
      24V              | |\|  |  Rs
       + .------.  R3a +-|-\  |  __
       | |      |  __    |  >-+-|__|-> zum µC (ADC)
       +-|Sensor|-|__|-+-|+/     10k
         |      |  1k1 | |/|
         '------'     .-.  -
             |     R3b| | 15V
            ===    120'-'
            Gnd        |
                      ===
                      Gnd

[EZ81]

Bitte, es ist 2008. Und Sommer. Werft endlich mal diesen (&%("§$%% 741 weg, nehmt einen TLC27x oder LM358 für den gleichen Preis und investiert die Resourcen für die eingesparte negative Spannungsversorgung in Bier oder Eis.

Grüße

[Hubert.G]

Welche Auflösung möchtest du haben?
Wenn sie nicht allzu groß sein muss, genügt auch anstelle des R3 500 Ohm, dann noch R5 und R7 und dann über einen 10k direkt auf den ADC-Pin. Dort hast du dann zischen 3,5V und 4,5V.

[Homer Jay]

Hallo,

danke schon mal für die Hinweise, heute Abend, wenn ich Zeit habe, werde ich mich nochmal genauer damit beschäftigen. Mit Ops hatte ich bisher noch gar nix am Hut, irgendwie hat sich dann der 741 bei mir eingeschlichen. Wenns einen Op ohne neg. Spannungsversorgung gibt, dann wär das echt super.

Eigentlich wollte ich schon die höchstmögliche Auflösung haben. Deswegen auch der Aufwand mit der Pegelanpassung.

Wie gesagt, werde mich heut abend nochmal genauer damit beschäftigen.

Vielen Dank schonmal,

Markus

[Besserwessi]

OPs ie ohne negative Versorgung auskommen gibt es genug. Die oben erwähnte TLC27x oder LM358 sind nur 2 günstige Beispiele, aber von den restlichen Daten immer noch besser als ein 741.

[Homer Jay]

Hallo,

so, ich hab jetzt erstmal den 741 rausgeschmissen und dafür den LM358 genommen. Zweitens hab ich auch den Vorschlag von PICture aufgegriffen, den Nullpunkt über ein Poti einstellen zu können. Daran hatte ich gar nicht gedacht, ist natürlich sehr praktisch. Nur die Werte hab ich angepasst, um 16,8V realisieren zu können. Zwei Fragen bleiben:

1. Funktioniert das jetzt so, also ich meine: Hab ich mir das so richtig ausgedacht mit dem Differenzverstärker? Ist der Op nun richtig angeschlossen? Erhalte ich dann am Ende bei i_Sensor 14...18mA ca. 0...5V am ADC-Pin?

2. Bei den Werten für R3 bis R6 hab ich ins Blaue hineingegriffen. Haben die irgendeinen Einfluss? Bei Wikipedia heißts nur, die müssen gleich groß sein.

Obs jetzt ein oder zwei Widerstände zu viel hat, ist mir egal, es geht mir nur darum, dass sich das mit den Teilen realisieren lässt, nicht dass ich wegen einem billigem OpAmp bei Reichelt neu bestellen muss.

Danke nochmal für Eure HIlfe,

Markus

[Besserwessi]

Der Widerstand R 2 ist zu groß, bei 20 mA würden da die ganzen 24 V dran abfallen. Da sollten maximal 330 Ohm hin, und auch dann müßte der Widerstand schon für 70 mW gut sein. Besser also 150 - 220 Ohm. Dafür kann man R4,R6 sparen, denn die Teilen nur die Spannung am Widerstand, und dafür kann man ja einen kleineren Widerstand nehmen.

R3 und R5 sollten größer sein, R3 sollte größer als der Widerstand des Poties sein !, R5 ungefähr 4-5 mal R3. R 5 gibt die Verstärkung vor.
Der Widerstand in Reihe zum Poti ist auch eher zu klein und der Poti eher zu groß.

Wie schon zuvor sind die Eingänge der OPs vertauscht, die Rückkopplung gehört an den (-) Eingang.

[Homer Jay]

Hallo Besserwessi,

oups, da hab ich mit den Eingängen nicht aufgepasst. Böses Wikipedia! Tauscht einfach die Eingänge hin und her, wies ihm passt....

Hab jetzt die Werte für die Widerstände angepasst und R4 und R6 einfach weggelassen, wie dus gesagt hast. Am Spannungsteiler vom 5V(!) Regler entstehen nun ca. 3V (einstellbar), am Widerstand vom Sensor fallen zwischen 3,08 und 3,96 Volt ab. Die Verstärkung (R5/R3) ist nun auf 5 eingestellt. Damit ist R3 deutlich größer, als das Poti.

Den Opamp muss ich bestimmt mit mehr, als 5V speisen, oder? Muss ich dann beim (extra) Spannungsregler noch einen Widerstand als "Grundlast" anbringen, oder kann ich ihn direkt an den Op hängen?

Ich hoffe, diesmal hab ich alle Fehler erwischt..

Markus