OpAmp, Meßeingänge

[Bernd]

Hilfe, ich verzweifle fast. Ich habe ein Wasserzählermodul "Flypper" der Firma Hydrometer und muß dessen Pulsausgänge für einen Rechner aufbereiten. Das ganze zeigt sich allerdings schwieriger als erwartet.

Zunächst mal die Spezifikation der Pulsausgänge:

- Open Collector, max. 27mA bei max. 30V
- Ruhestrom bei inaktivem Ausgang max. 5uA @ 30V ( => 6 MOhm)
- Spannungsabfall über aktivem Ausgang max. 2V bei 27mA ( => 75 Ohm Innenwiderstand)
- Impulsdauer 125ms, Impulspause >= 125ms (1 Liter / Impuls, nur so infohalber)

Das Ding ist nicht kurzschlußgeschützt, d.h. es muß ein Vorwiderstand von mind. 450 Ohm bei 12V ( => ca. 26,7mA) in Serie zur angelegten Spannung liegen.

Spec Rechner-Eingänge:
- nominal input range -20V..+24V
- 4k7-Pullup gegen +5V
- Eingangswiderstand 22k
- Schaltschwelle für Low-Pegel min. 1,25V, typ. 2,5V, max. 3,75V

Eine Anforderung ist noch, daß ich keine 27mA verbrate, sondern den Stromverbrauch möglichst niedrig halte.

Klingt ja erstmal ganz einfach...

Mein erster Ansatz:
- +12V über einen Pullup-Widerstand von 3k3 (den hab ich schon variiert von 560 Ohm bis 5k6) an den Kollektor des Meßwertgebers, dessen Masse (Emitter) direkt an Masse.
- Die über dem Widerstand abfallende Spannung direkt in einen OpAmp LM324N (asymmetrische Versorgung +12V/0V) gefüttert, dessen Ausgang niederohmig direkt an den Rechnereingang geklemmt

Auf dem Labortisch schaltet der Ausgang des OP ab etwa 1,2V Spannungsdifferenz an den Eingängen auf +12V, das heißt, mit dem 3k3-Pullup fließt ja bei aktivem Meßwertgeber ein Strom vom ca. 3,6mA durch die ganze Konstruktion; damit mind. 1,2V über dem Widerstand abfallen, müßte ein Strom von mind. 0,36mA fließen. Funktioniert auch wunderbar. Aber nur auf dem Labortisch (mit simuliertem Meßwertgeber, einfach ein BC547, den ich in die Sättigung aufsteuere mit einem Serienwiderstand von 180 Ohm).

Hänge ich diese Konstruktion "im Feld" an den echten Meßwertgeber, sehe ich nicht einmal mit einem Oszi irgendeine Spannung über dem Widerstand, mithin fließt also logischerweise kein Strom )c:

Zweiter Ansatz:
- +12V über einen Pullup von 3k3 (auch schon wild variiert) an Kollektor des Gebers, dessen Emitter direkt an Schaltungsmasse.
- Kollektor des Gebers an (+)-Eingang eines OP (auch wieder LM324N)
- an den (-)-Eingang des OP kommt eine über ein 20k-Poti geteilte Referenzspannung (also klassischer Komparator ohne Hysterese)
- Ausgang des OP wie gehabt niederohmig in den Rechnereingang

Labor: abhängig von der eingestellten Schaltschwelle (Poti am (-) des OP) schaltet die Konstruktion zuverlässig bei der eingestellten Schaltschwelle zwischen 0 und +12V um.

Feld: Bei einem einzigen Geber habe ich es geschafft, mit einem Vorwiderstand von 560 Ohm (statt der oben beschriebenen 3k3) und einer Referenzspannung von 11,8V (gerade so eingestellt, daß der Ausgang bei inaktivem Sensor so eben noch nicht auf 0 springt) dem ganzen System Pulse zu entlocken. Bei allen anderen Gebern funktioniert auch dieser Ansatz nicht.

Es scheint, daß der Geber mit sinkendem Strom immer hochohmiger wird. Ich habe (leider nur 1x) auf dem Oszi Pulse mit einem Spannungsabfall von 700mV (bei einem Vorwiderstand von 1k5) beobachten können.

Eigentlich verspreche ich mir mehr vom ersten Ansatz, denn dort wird die OP-Eingangsspannung mit steigendem Vorwiderstand (also entsprechend meinen Beobachtungen auch steigendem Ausgangswiderstand des Gebers) immer höher. Wie gesagt, dem LM324 reichen 1,2V, das entspricht 0,36mA, also einem Geberinnenwiderstand von 30k. In der Spec steht 75 Ohm...

Wer hat eine Idee, was ich noch machen kann?

[Rue]

Probiers doch mal mit einem Optokoppler!
Das Hat den Vorteil daß dein Zähler und der Rechner
galvanisch nicht verbunden sind, Probleme durch Netzbrumm,
Masseschleifen, Verkopplungen von Nachbarleitungen, EMV...
da rein präventiv minimiert werden.

Mit Opamps in so einem Anwendungsfall rumzubasteln ist aus den
genannten Gründen problematisch, die Schaltungen funktionieren
meißt nur am Papier bzw. Labortisch zuverlässig - wenn man
keine Entstörfilter einbaut.

Der Optokoppler sollte darum auch beim Rechner plaziert sein.

Gruß Rü

PS: Ein Schaltbild wäre von Vorteil, es mag wohl keiner
sich das erst aus dem Text zusammenpuzzeln.

[edgar]

hi,

weisst du wie ein open collector funktioniert?

Dein ausgang wird mit einem widerstand zB 1000 ohm nach +verbunden.
Dein ausgangssignal siehst du zwischen null und ...ausgang.
Die amplitude ist praktisch der versorgungsspannung gleich.
Hhast du so einen 125ms impuls auf dem oszilloskop?
Wenn ja, dann empfehle ich dir einen optokoppler in reihe mit dem obigen widerstand zu schalten (ein strom von 5-10mA soll waehrend der impulszeit fliessen.)
Der ausgang des optokopplers kann direkt auf TTL spannung bezogen werden und somit den computereingang ansteuern.
Empfehlenswert it der optokoppler 6N136.

noch fragen?
Ed

[Bernd]

weisst du wie ein open collector funktioniert?
*räusper!!!*

Also, Schaltpläne:

Versuch 1:


(+) 12V
|
o----+
| | |\op
R +---|+\_________> out
R +---|-/
| | |/
o----+
|
|
|
|/c Geber-Transi
b>|
|\e
|
|
===
GND


Versuch 2:


(+) 12V
|
|
R
R
R
| |\op
o--------------------|+\______> out
| +--|-/
| | |/ (+)
| | |
|/c Geber-Transi | Vref R
b>| +---------------->R
|\e 11,8V R
| |
| |
=== ===
GND GND




Die amplitude ist praktisch der versorgungsspannung gleich.


ist sie eben nicht, ich messe (egal bei welcher Schaltung) einen Spannungsabfall über dem Geber-Transistor von ca. 700mV



Hast du so einen 125ms impuls auf dem oszilloskop?


Jein, schön rechteckig ist er (also nichts mit Störeinstrahlung), aber halt nur 700mV:



U |
|---------- ------- 12V
| ------ 11,3V
|
+----------------------> 0V
t

[Rue]

hallo,

deine Versuche scheitern weil:

Versuch 1:
Der LM324 kann keine Spannungen > Vcc-2V (in deinem Fall >10V)
korrekt verarbeiten. Außerdem ist bei Transistor aus die OP-Eingangsdifferenzspannung ca. 0, d.h. der OP verstärkt seinen
Offset und gibt was Zufälliges, bzw. sehr störanfälliges aus.

Versuch 2:
Müßte Eingangsseitig o.k. sein, aber der Ausgang kann nicht direkt
auf einen 4K7/5V Pullup geschaltet werden.
Ein echter Komparator (z.B. LM339) mit OC-Ausgang würde sich da
besser eignen als ein OP.

Da kannst du aber das Teil gleich weglassen und so wie im Anhang
gezeigt verbinden.

Die beste Lösung wäre aber wie bereits gesagt, einen optokoppler
zu verwenden.

Gruß Rü

PS: Check ersteimal ob der Geber überhaupt funktioniert.
Wenn du nur einen 1K-R vom ausgang gegen +12V schaltest
sollte da <1V / 12V rauskommen, falls nicht ist, was defekt
oder du hast die Geberbeschreibung falsch interpretiert.

[elmar]

Hi,

warum müssen es 12V am Open Collectorausgang sein? 5V drauf und dann ist es TTL ähnlich, jag es durch ein oder mehrere TTL Gatter und dann direkt in den Rechner. Ein Gatter mit Schmitt Trigger eingang wäre auch nicht schlecht.

Alternative, wenn es denn 12V sein müssen:

Parallel zum Open Collector ausgang nach Masse eine Z-Diode mit etwa 5V. Entweder hält die Diode ca. 5V auf der Leitung, oder der Transistor des Gebers zieht richtung Masse.

Falls die 0,7V, die der Transistor übrig lässt weg müssen, schalt einen Impedanzwandler (OPV mit Ausgang am - und + am Geber) hinterher - der entkoppelt die ganze sache. Dahinter eine Diode in Reihe schalten, so dass die die 0,7V auffrisst. Hinter der Diode geht es mit Pullup nach +5V weiter und dann direkt in den Rechner. Als Schutz vor "Unfällen" beim basteln spendier dem Rechner noch eine 5V Z-Diode als begrenzer, falls durch ein Missgeschick mal die 12V durchkommen.

Gruß
Elmar


Grad so eingefallen, falls der Sensor unbedingt die 12V bei HIGH sehen muss (Spannungseinspeisung):

Widerstand von +12V auf den Ausgang, dann kommen 0,7V/12V raus, je anch Schaltzustand. Das dann auf einen Impedanzwandler zum entkoppeln geben und den Ausgang des Impedanzwandlers per R und Z-Diode auf ca. 5V begrenzen. Dahinter dann noch die Diode in Reihe, dahinter Pullup und ab in den rechner

[edgar]

hallo RUE und BERND,


in bezug auf fruehstuecksgedanken liegen wir fast identisch.

mir gefaellt (trotz 'raeusper') folgende bemerkung:

>oder du hast die Geberbeschreibung falsch interpretiert

dein Null ist nicht uebereinstimmend mit dem EMITTER des OPEN COLLECTORS
oder / bzw deine 12 volt haben das 0-potential nicht am emitter.

Der ausgangsimpuls muss eine Amplitude von praktisch (fast) 12 V betragen.
Alles andere kannst/musst du vergessen.

Es handelt sich hier um die banale TransistorGrundSchaltung.

Im datenblatt steht uebrigens,dass in der Kollektorlaitung ein (sprich und hoer)
Nullohmwiderstand eingebaut!...das ist blabla fuer die Beamten,damit sie wissen,was sie bezahlen.so ein mist.

Der ausgang ist digital...ein OPV hat da eigentlich nichts zu suchen.

Viel spass beim kampf um die volle amplitude!
Wuenscht Dir
Ed

[elmar]

Hi,


ja, manches ist schon beeindruckend.

In der Zeit, als Computer noch nicht verfügbar waren, hat man manchmal ungewöhnliche Wege eingeschlagen. Irgendwo (vergessen - sry) steht eine Waage, ein riesendíng, dass wärend der Messung in ein Hochvakuum gehüllt wird. Damit kann man z.B. integrieren, in dem man die Messkurve des Schreibers genau ausschnitt und gewogen hat. Da das Spezialpapier präzise eine bekannte Dichte hat, kann man durch das Gewicht die Fläche unter der Kurve messen.

Beim "Compass Save Distance Test" (EMV Messung) haben wir ein Messgerät benutzt, das magnetische gleichfelder beinahe in nT(nanotesla) auflöste. Damit konnte man vorbeifahrende Autos "messen", dass jemand mit Kleingeld in der Tasche vorbeiläuft - und das bemerkenswerteste: den 20km entfernten Zug beim einfahrenund abfahren in den Bahnhof erfassen.

Gruß
Elmar

[edgar]

hier bahnhof ?

falsch eingestiegen !

[elmar]

Hi,


stimmt. Wollte ich eigentlich beim Vakuumthread reintun - Das kommt davon, dass Windows es einem erlaubt viele Fenster offen zu haben...

sry!

Gruß
Elmar