Messverstärker Drehmomentmesswelle?
Liebe Community, hier etwas für Elektroniker und Bastler:
Es geht um eine Drehmomentmesswelle für die Messung von Drehmomenten bis 2000Nm. Die Versorgungsspannung beträgt 12VDC. Beim Messignal handelt es sich um einen Spannungsausgang von 0 bis +/- 10V, je nachdem, ob das Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn oder im Uhrzeigersinn anliegt.
Folgendes Problem: Die Steuerung, mit der das Messignal ausgewertet werden soll, ist nur in der Lage positive Spannungen gegen GND zu messen. D.h. also, ich könnte nur Drehmomente in die eine Richtung auswerten. Die Sache ist nun, dass der Messverstärker der Messwelle einen vom Versorungs-GND galvanisch getrennten Messignal-GND besitzt, auf den sich die +/- 10V beziehen.
Die Frage ist nun, ob ich diesen Mess-GND einfach um +10V anheben könnte (separates Netzteil oder +12V vom Versorgungsnetzteil), sodass ich praktisch Ausgangssignale von 0V (Vollausschlag in Linksrichtung), 10V (kein Moment) und 20V (Vollausschlag in Rechtsrichtung) erhalte.
Wäre das möglich oder eher nicht oder könnte es gar eine Zerstörung zur Folge haben? es handelt sich bei dem Messverstärker ja praktisch um eine von der Versorgung unabhängige Spannungsquelle...
Wenn jemand Erfahrung in der Messtechnik hat wäre das super, vielen Dank!
2 Antworten
Eine einfache Lösung besteht aus 3 Widerständen (oder 4 aus einem E12 Standardsortiment).
Statt R3+R4 kann man natürlich auch einmal 110k aus einem E24 Sortiment nehmen, falls vorhanden. Die Diode ist zum Schutz gedacht, falls die 12V noch nicht hochgefahren sind, aber bereits eine negative Spannung vom Sensor kommt.
Ja das geht. Für die Schaltung braucht es aber noch ein paar Zusatzinformationen
- kann deinen SPS Eingangssignale 0-20V verarbeiten oder ist da bei 10V Schluß?
- wie genau musst du den Vollausschlag messen, bzw. welchen Fehler darf die Zusatzschaltung haben?
- Wie hoch ist der Eingangswiderstand des SPS-Analogeingangs
- Welchen Strom kann der Ausgang des Meßgerätes treiben, bzw. welcher Lastwiderstand ist zulässig?
- Hast du an der SPS einen zweiten Analogeingang frei, der als Referenz für den Nullpunkt dienen kann? (Dann wird die Schaltung extrem einfach, weil ein eventueller Nullpunktfehler in der Software erkannt und korrigiert werden kann)
- bist du in der Lage Elektronikbauteile auf eine Lochrasterplatine zu löten?
- Die SPS-Eingänge können wahlweise als Spannungseingänge 0...10V oder 0...32V konfiguriert werden.
- Naja je genauer, desto besser, allerdings spielt das Drehmoment in dieser Anwendung eine weniger wichtige Rolle, man muss mit der Genauigkeit also nicht übertreiben.
- 65,6kOhm (bei Konfig. 0...10V) und 50,7 kOhm (bei Konfig. 0...32V)
- Zum Maximalen Ausgangsstrom habe ich leider keine Information. Die Messwelle ist schon was älter und es sind online keine Datenblätter mehr vorhanden.
- Es sind noch weitere analoge Eingänge an der SPS frei.
- Lötkolben ist da, viele Bauelemente auch und auch ein Brocken Lochraster.
ok, dann ist die Schaltung ganz einfach.
du verbindest den Messsignal GND über einen Schutzwiderstand von ungefähr 1 kOhm mit der +12V der Versorgungsspannung. Dann legst du diese Spannung als Referenzspannung auf einen der Eingänge der SPS und das Meßsignal +/-10V auf einen Anderen. Beide Eingänge konfigurierst du auf 32V.
Wenn die Programmiersprache der SPS mit negativen Zahlen umgehen kann, subtrahierst im Programm du vom Messignal die Referenz. Dann bekommst du z.B. +/- 10000 als Zahl, wenn Die SPS 32,768V als die Zahl 32768 (bzw. 32,000V als 32000) darstellt.
Kann das Programm das nicht, musst du herausfinden, was die größte Zahl ist, die du benutzen kannst (z.B. 2^16-1 = 65535 bei Worddarstellung), nimmst davon die Hälfte (32768) addierst den Meßwert und ziehst den Referenzwert ab.
Da du von dem Drehmomentgeber kein Datenblatt (und wahrscheinlich auch kein Ersatzgerät) hast, solltest du im ersten Versuch die Spannung über den 1kOhm Schutzwiderstand messen. Diese sollte, da der Ausgang des Meßgerätes ja galvanisch getrennt sein soll, 0,000V sein, wenn du die Eingänge der SPS noch nicht angeschlossen hast. Wenn die Spannung nicht null ist, dann fließt ein Strom über den Widerstand, was nicht hätte sein sollen. Dann stimmt was nicht mit der galvanischen Trennung und die Schaltung ist nicht geeignet!
Verbindest du jetzt einen den Referenzeingang der SPS mit der Schaltung solltest du 12V * 1kOhm/(1+50,7)kOhm = 0,232V über den Widerstand messen.
Da du die Referenzspannung auf einem zweiten Eingang hast, wird der Spannungsabfall dir die Berechnung kompensiert und du musst dir darüber keinen Kopf machen.
Viel Erfolg
Erstmal vielen Dank für deine ausführliche Antwort. Wenn ich also ohne angeschlossen SPS Eingang keinen Spannungsabfall über den Schutzwiderstand messe, dann kann man mit Sicherheit sagen dass der Messeverstärker galvanisch getrennt ist und es würde prinzipiell erstmal funktionieren.
Mir ist jetzt im Nachhinein noch eingefallen dass die Messwelle eine Möglichkeit zur Kalibrierung bietet. D.h. es gibt einen Steuereingang an der Welle, an dem die Versorgungsspannung angelegt werden kann. Das interpretiert die Welle als Vollausschlag in Rechtsrichtung (2000Nm) und legt entsprechenden 10V auf den Ausgang. Das könnte ich ja mit meiner SPS messen und entsprechend als Maximalwerte definieren, wodurch die Messung der Referenzspannung hinfällig wird richtig? dann hätte ich an der SPS bspw. den Wert 21547 als Maximum im Rechtslauf. Genauso gehe ich bei Stillstand der Welle Vor, z.B. 11547. Und für den maximalen Linkslauf-Ausschlag subtrahiere ich einfach die Differenz zwischen 11547 und 21547 von 11547, sprich 1547. Ich merke die Zahlenbeispiele sind etwas unglücklich gewählt.
Natürlich muss ich die Kalibrierung dann auch regelmäßig durchführen, da die Spannung des Netzteils sicher nicht immer so konstant ist, aber ich hätte einen weiteren Analogeingang frei. Der Schutzwiderstand wird natürlich beibehalten.
Das kannst du so machen, allerdings 'tauscht' du dann einen Analogeingang gegen einen Digitalausgang und das Programm wird deutlich komplizierter.