ich plane, einen Drucksensor mit 20 mA-Normsignal-Ausgang an einen Analogeingang anzuschließen.
Das 20 mA-Stromsignal in eine Spannung von 4 oder 5 Volt zu wandeln ist ja mit einem Strom-Spannungs-Wandler nach Georg Simon Ohm leicht möglich.
Ich habe aber die Befürchtung, dass es zu einer Potentialdifferenz auf GND kommen kann, weil der Sensor mit 24 Volt versorgt wird und der Arduino über USB mit dem GND-Potential eines PC verbunden ist.
In vielen Schaltschränken in der Industrie findet man Trennverstärker dafür, nur kann man sich für den Preis eines Trennverstärkers einen ganzen Sack Aduinos kaufen.
Kennt da jemand einen Hobbykasse-kompatiblen Trennverstärker?
Der muss ja jetzt keine Transienten im Megavoltbereich isolieren können.
Ich würde mich über eine Antwort sehr freuen, auch über andere Lösungswege.
Digitale Signale sind leichter galvanisch zu trennen als analoge. Arduino_A mißt im 24 V Bereich, digitalisiert den Meßwert und schickt ihn mittels Optokoppler digital an Arduino_B, der am PC hängt.
Selbstverständlich gibt es, einmal diese Idee weitergedacht, noch viele weitere Varianten. Beispielsweise kann ein ESP32 im 24 V Bereich die Daten an einen Router oder den PC per WLAN schicken, denn auch Luft isoliert
Der Arduino braucht auf jeden Fall den gemeinsamen GND mit der "unteren" Seite des 250 Ohm Widerstands durch den die 4..20 mA fließen (oder dem Trennverstärker-Ausgang, was immer der liefert).
Mit einem Operationsverstärker (opamp) werden die Kreise zwar nicht galvanisch getrennt, kannst sie aber hochohmig entkoppeln, falls dies das Problem ist (und löst).
Sichwort Operationsverstärker: Strom-Spannungsumformer
Hallo,
oft wird bei den Industrie-Sensoren für 24V DC Betrieb eine max. Bürde angegeben. Damit lässt sich die max. Ausgangsspannung berechnen. Nun könnte man einen Spannungsteiler bauen damit nur 5V am Arduino anliegen können. Für den von Dir angenommen Fall das im Fehlerfall der OV Punkt des Spannungsteilers nicht mehr mit GND verbunden ist könnten theoretisch 24V an dem Sensor rauskommen.
Nun Kannst Du allerdings Deine Aufbau ja so gestalten das der eine Widerstand quasi direkt parallel zum Analogeingang liegt. Wenn das dann fest verlötete ist sehe ich eigentlich keine Gefahr mehr. Um den Fehlerfall "Kurzschluss" in der Sensorleitung abzufangen könnte man zusätzlich eine Z-Diode z.B 5,6V verwenden.
ja, das ist richtig.
Die Bürde (=Shunt) wird so dimensioniert, dass bei 20 mA 5 Volt abfallen, also 250 Ohm.
Bei der Versorgungsspannung des Druckaufnehmers von 24 Volt wird das ausreichen, ohne dass ich daran einen Gedanken verschwende.
Die Z-Diode hätte ich ohnehin vorgesehen.
Meine Frage war aber, wie kann ich die möglicherweise verschiedenen GND-Potentiale zwischen USB-GND und dem Minuspol der 24 Volt-Versorgung trennen, und zwar ohne dass ich für mehr als 200,- Euro einen Trennverstärker kaufen muss.
das scheint mir am erfolgversprechendsten zu sein.
Der "luftisolierte Digitaltransformator" scheidet allerdings aus, weil das Ganze mobil eingesetzt wird.
An einen Optokoppler hatte ich natürlich auch gleich gedacht, aber auf die Idee, diesen mit digitalen Messwerten zu füttern, bin ich nicht gekommen.
Danke!
Ich würde auf Optokoppler im 20 mA EIngangskreis setzen.
Mach Dich mal hier schlau.
Edit:
und in diesem Dkument findest Du eine Beispiellösung zu Deinem Problem
Interessanter Link, aber normale Optokoppler sind eher ungeeignet für analoge Signale, da deren OpenCollector-Ausgang in der Regel als Schalter verwendet wird.
Nö, nicht wegen der Mobilität. Ganz unabhängig von einem Router funktionieren diese Varianten:
Sensor - ESP32 - Funk - ESP32 - PC
Als Funk kann beispielsweise ESP-NOW verwendet werden.
Sensor - ESP32 als Access Point wie ein Router - PC mit WLAN
Beim Funk sind verschiedene Protokolle möglich.
Sensor - ESP32 Bluetooth Low Energy (BLE) - PC mit Bluetooth
Bitte nicht falsch verstehen, ich möchte Dich nicht zu einem ESP32 überreden, ich mag auch die einfache Lösung mittels Optokoppler. Was zu Deinem Projekt am besten paßt, weiß ich mangels näherer Informationen leider nicht.
Dass es mit diesen linearen Optokopplern nicht ganz so einfach geht, ist im Datenblatt-Link gegen Ende beschrieben.
Auf jeden Fall interessant, Danke @hajos118.
Wie auch @agmue schreibt, ist unklar, wie relevant die befürchtet erforderliche Potentialtrennnung ist.
Ob man nach der Digitalisierung dann noch eine Potentialtrennung per Funk und zwei ESP braucht, ist eine andere Frage.
Es wurde nach einem "Hobbykasse-kompatiblen Trennverstärker?" gefragt, da schneiden zwei ESP32 mit je ca. 10 €, eventuell ergänzt durch einen AD-Wandler als Ersatz für die integrierten und etwas Drumrum nicht so schlecht ab.
Auch über RS485 mit Überspannungsschutz könnte man nachdenken, gibt es für unter 10 €.
Dass man nicht die gestellte Frage beantwortet, sondern nachfragt, wofür das gut sein soll,
ist eine schöne Tradition, nicht nur in diesem Forum
Ich würde da den kleinsten Controller mit ADC nehmen (attiny?) und den digitalisierten Messwert mit einem Standard-Optokoppler Seriell übertragen, wenn tatsächlich eine Potentialtrennung erforderlich ist.
Da bisher noch keine besonderen Anforderungen im Raum stehen, merke ich an: 8 bit sind immerhin 0,5% Auflösung und extrem einfach zu übertragen.
Beide Massen, also die von 5V und von 24V miteinander verbinden, eine 220 bis 270 Ohm Bürde einbauen und über die die abfallende Spannung mit dem ADC messen ist die gängige Methode.
Eventuell noch einen 100 Ohm Widerstand vor der Bürde einbauen und über die Bürde eine Z-Diode zum Schutz setzen.
Woher soll die Potentialdifferenz kommen, wenn ALLE Massen (auch die des PCs) miteinander verbunden sind?
Sicher sollte man die Massen nicht am Ende der Leitung miteinander verbinden, sondern dort, wo der Controller und der PC sich befinden. Am Besten, man versorgt den Controller mit einem kleinen Schaltregler aus den gleichen 24V, wie den Sensor.
Bei einer ausgedehnten Anlage mit Sensoren, zig Meter vom Controller entfernt sind, ist es allerdings ratsam, eine Schutzbeschaltung an die Eingänge zu bauen, damit Überspannungen schnell und sicher abgeleitet werden.
Wenn du eine optische Isolierung haben willst, kannst du auch den USB isolieren, das ist wesentlich einfacher.
