Stromdichtesimulator

Hallo,
also ich bin Student und soll demnächst meine Masterarbeit schreiben. Es geht
dabei um eine Stromdichtesimulation. Ich habe Shuntwiderstände in einer Matrix aus
14 * 8 (112 Elementen) angeordnet, um die Stromdichte über einer Fläche messen zu können.
Nun ist es meine Aufgabe, für diese Messmatrix eine Simulationsumgebung zu konzipieren.
Es soll nach Möglichkeit für alle Segmente ein separater Strom eingestellt werden können.
Das ganze soll mit Labview gesteuert werden können.
Da ich E-Technik leider nur in Grundlagen hatte: hier meine erste Frage
Was kommen dafür für Bauteile in Frage?
Ich könnte ein Potentiostat an alle Messwiderstände klemmen und davor Relais schalten.
Dann kann ich aber den Strom nur diskret für die einzelnen Elemente steuern, die Stärke
hängt von der Potentiostateinstellung ab.
Eine weitere Möglichkeit wäre eine Vielkanalpotentiostat mit Operationsverstärkern,
das wäre dann auf Basis von Leistungstransistoren, kontinuierlich steuerbar für jedes Segment.
Gibt es noch andere Bauteile, mit denen man das einfach realisieren kann?

Zu der Steuerung:
Da es zunächst eine konzeptionelle Arbeit ist, baue ich eventuell eine Testumgebung in
3 * 3 Matrixform.
Wenn ich das mit Labview machen will, bräuchte ich entweder USB/RS232/CAN Bus, um es
ansprechen zu können, oder zB über Ethernet ?
Was sind da günstige/ gute Hardwarevarianten ?
Ich selber hab schonmal mit einer cRIO gearbeitet, das wäre FPGA. Ist für die Aufgabe
sicherlich zu teuer und aufwendig.

Man könnte wahrscheinlich eine eigene Steuerelektronik entwerfen/bauen mit µControllern und
CAN Treibern o.ä., was allerdings auch einiges an Aufwand bedeutet.

Könnte man Labview auch mit einem Ethernetarduino verbinden und diesen dann als Steuerung nutzen?

Gibt es eventuell eine andere günstige und einfache Lösung?

mfG Erik

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Hallo Erik,

Zitat:Was kommen dafür für Bauteile in Frage?

112 (variable) Stromquellen…

Zitat:Wenn ich das mit Labview machen will, bräuchte ich entweder USB/RS232/CAN Bus, um es ansprechen zu können, oder zB über Ethernet ?
Was sind da günstige/ gute Hardwarevarianten ?
Ich selber hab schonmal mit einer cRIO gearbeitet, das wäre FPGA. Ist für die Aufgabe sicherlich zu teuer und aufwendig.
Man könnte wahrscheinlich eine eigene Steuerelektronik entwerfen/bauen mit µControllern und CAN Treibern o.ä., was allerdings auch einiges an Aufwand bedeutet.
Könnte man Labview auch mit einem Ethernetarduino verbinden und diesen dann als Steuerung nutzen?

Ja. (Allgemeine Fragen bringen auch nur allgemeine Antworten…)

- Du schmeißt hier viel in einen Topf, ohne entsprechende Randbedingungen zu nennen! Wenn deine Hardware eine Schnittstelle hat, dann muss dein PC diese natürlich auch bieten, wenn du über LabVIEW auf die Hardware zugreifen willst.
- cRIO bedeutet nicht automatisch FPGA: wenn das Timing nicht kritisch ist, reicht auch locker RT+ScanEngine aus!
- Eine Elektronik für 112 stellbare Ströme erfordert immer Aufwand, entweder Zeit+Geld oder nur (und dafür etwas mehr) Geld.

Mögliche Randbedingungen:
- zu stellende Ströme: Maximalwert, Minimalwert, (Dynamikumfang), Genauigkeit, Rauschen, zeitliche Auflösung, SlewRate, …
- zur Verfügung stehendes Budget: ich könnte dir auch 112 Keithley2400 empfehlen, da bekommst du dann schon Mengenrabatt

Hiho,
-"112 (variable) Stromquellen…"
Ja ich hatte ja schon hingeschrieben, das ich mir als Bauteile Operationsverstärker (kontinuierlich) oder zum Beispiel ein Galvanostat + Relais (diskret) vorstellen könnte.
Gibt es noch andere Bauteile, die man verwenden könnte?

- zu stellende Ströme: Maximalwert, Minimalwert, (Dynamikumfang), Genauigkeit, Rauschen, zeitliche Auflösung, SlewRate, …
- zur Verfügung stehendes Budget:

Also der Messwiderstand (+Kontaktwiderstand etc.) ist ca 150 - 170 mOhm. Es sollen pro Segment 0 .. 1,1 A möglich sein.
Das wären dann ca 0 .. 187 mV +- 1%. Schön wäre eventuell auch, wenn die die Stromrichtung umkehrbar ist.
Das ganze sollte in einer halben Sekunde möglich sein, also ich kann mit maximal 2 Hz messen. Nur Gleichstrom.


Da das ganze konzeptionell ist, sind natürlich erstmal keine Grenzen gesetzt, was zB Schnittstelle, Budget o.ä. angeht.
Allerdings will ich das ja auch testhalber für ne 3 * 3 Matrix aufbauen, daher war meine Frage, was zum Beispiel eine guter Mix aus Budget und Komplexität ist.
Mir ist klar, dass es genug teure und schön handlebare Hardware gibt. Bin mir auch nicht sicher, ob es da an der Uni etwas zur Verfügung gibt. Aber wenn mein Betreuer etwas favorisieren würde, dann würde ich das sicherlich schon wissen. Was wäre aber eine einfache und trotzdem günstige Variante? (Also erstmal nur für 9 Elemente, was ich einigermaßen schnell realisieren könnte).

Könnte man zB einen Ethernetarduino mit Labview (live) steuern und über die Ausgänge entweder Relais ansteuern oder zB über gefilterten PWM Ausgang dann einen Operationsverstärker ansteuern (falls das genau genug wird).
Leider werde ich bei der praktischen Elektrotechnik sehr schnell unsicher, da ich es halt nur in Grundlagen hatte.
Vielen Dank schonmal für die schnelle Antwort.
Grüße

(05.03.2014 22:02 )erik.sonnenschein schrieb:  Könnte man zB einen Ethernetarduino mit Labview (live) steuern und über die Ausgänge entweder Relais ansteuern oder zB über gefilterten PWM Ausgang dann einen Operationsverstärker ansteuern (falls das genau genug wird).

ja, irgend wie geht das bestimmt, aber es gibt - so weit ich weiß - keine fertigen Treiber dafür, was bedeutet du musst dir selber was schreiben, sowohl für den Arduino als auch für LabVIEW. Wenn du eine Messkarte mit schnellen DIOs hast, dann kannst du auch direkt aus LabVIEW eine PWM erzeugen. Damit solltest du dann deutlich weniger Arbeit haben als einen Treiber + ein Kommunikations-Protokoll für den Arduino entwickeln ...

viele Grüße
cb

Christian? Du hier?
Willkommen zurück.
Dürfen wir in Zukunft wieder öfters mit Dir rechnen?

Gruß Markus

(06.03.2014 06:54 )cb schrieb:  ja, irgend wie geht das bestimmt, aber es gibt - so weit ich weiß - keine fertigen Treiber dafür, was bedeutet du musst dir selber was schreiben, sowohl für den Arduino als auch für LabVIEW. Wenn du eine Messkarte mit schnellen DIOs hast, dann kannst du auch direkt aus LabVIEW eine PWM erzeugen. Damit solltest du dann deutlich weniger Arbeit haben als einen Treiber + ein Kommunikations-Protokoll für den Arduino entwickeln ...

viele Grüße
cb

(06.03.2014 07:21 )Y-P schrieb:  Christian? Du hier?
Willkommen zurück.
Dürfen wir in Zukunft wieder öfters mit Dir rechnen?

Gruß Markus

ich war nie wirklich weg, ich hab nur nix geschrieben ab und zu hab ich schon mal rein geschaut ...
außerdem hab ich grad Zeit, ich muss einen Lärmomat-2000, auch bekannt unter der Fachbezeichnung "National Instruments PXI-System" neu aufsetzen

ich denk schon, dass ich wieder öfter ein paar Zeilen schreiben werde ...

viele Grüße
cb

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Dann sollte man Dich ja schon fast wieder ins "aktive" Mod-Team aufnehmen.

Gruß Markus

(06.03.2014 08:30 )cb schrieb:  ich denk schon, dass ich wieder öfter ein paar Zeilen schreiben werde ...

Hallo erik,

Zitat:Also der Messwiderstand (+Kontaktwiderstand etc.) ist ca 150 - 170 mOhm. Es sollen pro Segment 0 .. 1,1 A möglich sein. Das wären dann ca 0 .. 187 mV +- 1%. …
Leider werde ich bei der praktischen Elektrotechnik sehr schnell unsicher, da ich es halt nur in Grundlagen hatte.

Ja, die E-Technik-Grundlagen…
Eine Stromquelle ist etwas anderes als eine Spannungsquelle! Die unterscheiden sich im Innenwiderstand…
Und bei 112 Messwiderständen willst du also mal eben max. ±120A handhaben? Da brauchst du ein dickes Netzteil dahinter!

Zitat:Schön wäre eventuell auch, wenn die die Stromrichtung umkehrbar ist.

Du suchst also eine OPV-Schaltung die mal eben 1A speisen und eine Sekunde später auch mal 1A aufnehmen kann?

Zitat:Das ganze sollte in einer halben Sekunde möglich sein, also ich kann mit maximal 2 Hz messen. Nur Gleichstrom.

Was hat die Messung mit der Stromspeisung zu tun? Das sind doch zwei getrennte Dinge…
Oder willst du dir komplette SMUs bauen?

(06.03.2014 08:41 )Y-P schrieb:  Dann sollte man Dich ja schon fast wieder ins "aktive" Mod-Team aufnehmen.

Gruß Markus

wenn ihr wollt ... aber ich werd nicht aktiv Moderieren und in Beiträgen rumfummeln ...
höchstens Werbung löschen

@Erik: ich glaub du solltest dir erst mal Gedanken über die Elektronik machen. Wenn du da Probleme hast und unsicher wirst, dann ist es vermutlich jetzt an der Zeit das nachzuholen. Die Probleme vor denen du im Moment stehst kann eine Software auch nicht lösen. Wenn du weist wie deine Hardware aussehen soll, dann kannst du dir überlegen wie du das ganze steuern willst.

Ein paar grundsätzliche Überlegungen:
im End-Zustand 112 Elemente separat steuern brauchst du min 112 IOs. Nehmen wir mal an du steuerst den Strom pro Element mit einem Transistor (nur als Beispiel), dann brauchst du in deiner LabVIEW-Software 112 Analog-Ausgänge ... Wenn du MOSFETs benutzen willst 112 high-speed Digitalausgänge. Welches Gerät (eine NI Messkarte, ein cRIO oder ein Arduino) diese IOs bereit stellt ist erst weniger wichtig.

Entscheidest du dich z.B. dafür eine 3 x 3 Matrix aufzubauen und dafür einen Arduino zu verwenden der über RS232 seine Befehle erhält, dann brauchst du am Ende zig RS232-Ports, die alle in deiner Software verwaltet werden wollen. Machst du es direkt mit NI Messkarten dann musst du ordentlich Hirnschmalz reinstecken wie du 112 DIOs verwaltest, für 112 AOs bräuchtest du vermutlich ein PXI-System mit vielen teuren Messkarten ...

Fang mal mit den Basics an und designe dir dein System so wie du es brauchst oder meinst am besten realisieren zu können, dann kann man auch über die Software diskutieren.

viele Grüße
cb

@Christian:

(05.03.2014 22:02 )erik.sonnenschein schrieb:  Könnte man zB einen Ethernetarduino mit Labview (live) steuern und über die Ausgänge entweder Relais ansteuern oder zB über gefilterten PWM Ausgang dann einen Operationsverstärker ansteuern (falls das genau genug wird).

Die Grund-Idee war Ethernet-Arduinos....
Gruß, Jens