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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungs und Strommessung bei Wechselnden Widerständen


Autor: Paul (Gast)
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Hallo,

leider kenn ich mich sehr wenig mit Elektronik aus, deswegen hoffe das 
ich hier richtig gelandet bin und Ihr mir helfen könnt. Das Problem ist 
einfach beschrieben:

Ich habe eine Solarzelle als Strom/Spannunsquelle nun möchte ich diese 
Zwecks vermessung im Leerlauf, im Kurzschluss und bei Anschluss von 3 
Lastwiderständen vermessen. Per Hand kein Problem, aber diese Messung 
soll mit einer Computermesskarte erfolgen. Nach meinem Verständniss muss 
die Computerkarte sowohl eine Eingang zur Spannungsmessung haben als 
auch einen Ausgang zum "Durchschalten" der Widerstände haben.

Mein Kollege hat mir Angeraten eine Computermesskarte die mit Labview 
gesteuert wird zu kaufen, aber vorher muss ich erst noch die Schaltung 
fertig machen.

Die Probleme für die Messungen sind a) das relativ kleine Ströme und 
Spannungen gemseen werden sollen (0-500mA und 0-500mV) und b) das 
Durchschalten (Messen) soll so schnell wie möglich erfolgen (ab 10Hz).

Ich hab jetzt leider gar keine Ideen wie regelbare Widerstände 
funktionieren könnten oder ein mechanisches Umschalten per Relais 
funktionieren könnte... Bei Relais hab ich nur erfahren das beim 
Umschalten relativ starke Selbstinduktionsströme fleißen können.

Ich denke nicht das mir hier die perfekt Lösung sofort präsentiert wird, 
aber ich versteh noch nicht mal wie ich Anfangen kann...

Und vielleicht muss ich auch noch mehr erklären das würd ich bei Fragen 
natürlich sofort machen.

Vielen Dank für jede Hilfe

grüße

Paul

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Mein Kollege hat mir Angeraten eine Computermesskarte die mit Labview
> gesteuert wird zu kaufen, aber vorher muss ich erst noch die Schaltung
> fertig machen.
Wo machst du die Arbeit: privat oder in einer Firma?
Was willst du dabei lernen?
Welches Budget hast du?
Welchen Zeitrahmen hast du?
Kennst du dich mit LabView aus?



> Die Probleme für die Messungen sind a) das relativ kleine Ströme und
> Spannungen gemseen werden sollen (0-500mA und 0-500mV) und b) das
> Durchschalten (Messen) soll so schnell wie möglich erfolgen (ab 10Hz).
Wenn du dir einfach so eine PC-Karte für Labview kaufen kannst, warum 
nicht auch eine elektronische Last? Die könntest du dann auch über 
Labview ansteuern.

Autor: Blackbird (Gast)
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Relais, die die "4 Meßwiderstände" (3 x R und 1 x Kurzschluß) an die 
Solarzelle legen und einmal Leerlauf, dann 5 Messungen (einmal ist 
Leerlaufspannung) - das würde ganz einfach funktionieren - ja, wenn die 
Forderung mit den 10Hz nicht wären.
Dann wäre es vielleicht mit PowerFETs mit geringen Innenwiderstand statt 
Relais mit dieser Geschwindigkeit möglich.

Einen extra Steuerausgang braucht man dazu nicht unbedingt: einfach mit 
einer einfachen Elektonik die Relais nacheinander kurz einschalten und 
mit mindestens der doppelten Umschaltgeschwindigkeit den 
Spannungsmeßkanal abtasten: die beiden höchsten hintereinanderliegenen 
Spannungswerte sind Leerlauf, die beiden kleinsten 
hintereinanderliegenden sind Kurzschluß, so kann man die Meßreihe zu je 
5 Meßwerten auseinander halten.

Oder:
Es gibt Meßkarten, die haben auch einen Analog-Ausgang. Der kann durch 
unterschiedliche Ausgangsspannungen anzeigen, welches Relais/FET jetzt 
durchgesteuert werden soll. Das setzt aber eine Spannungserkennung für 
jeden Fet/Relais voraus.

Blackbird

Autor: Hmm... (Gast)
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Vielleicht kann man ja die 3 Widerstandswerte als Summe von mehren 
Widerständen realisieren und dann einfach zwischen den Widerständen 
messen?

Beispiel: Es soll über 10k, 20k und 30k gemessen werden:

o---------- Bezugspunkt
     |
    |-|
    | | 10k Ohm
    |-|
     |
     |----- Messpunkt 1 über 10k
     |
     |
    |-|
    | | 10k Ohm
    |-|
     |
     |----- Messpunkt 2 über 20k
     |
     |
    |-|
    | | 10k Ohm
    |-|
     |
     |----- Messpunkt 3 über 30k
     |
o-----

Autor: Blackbird (Gast)
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Es soll unterschiedlich belastet und immer am gleichen Punkt gemessen 
werden.

Blackbird

Autor: Paul (Gast)
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Danke schonmal für die schnellen Antworten freut mich sehr!

@lothar:
Das ganze ist eine Studienarbeit die ich in einer Firma mache, der 
elektronische Part ist allerdings nur ein winziger Teil der Anlage den 
ich bis jetzt nicht fertigestellt habe. Als Student darf ich für die 
Arbeit eine Studentenversion von Labview benutzten - diese werde ich mir 
demnächst zulegen um es zu lernen (bis jetzt hab ich nur Labview Pläne 
gesehen aber nichts selber programmiert)

Was ich lernen will, hmm - ich bin keine Elektrotechniker - ich hatte 
ein paar Basiscs im Studium, leider tut ich mich recht schwer mit dem 
Thema, trotzdem werd ich alle nötige Zeit investieren um das zu 
verstehen was ich für mich brauche...

Zeitrahmen 3 Monate dann soll es fertig sein...

Diese elektronische Last ist machbar - daran hab ich auch schon gedacht, 
ein keliner Knackpunkt ist das diese Messchaltung 3 mal benötigt wird - 
das wären dann 3 elektronische Lasten die auch noch syncron laufen 
müssten ich glaube das wird teuer...

Preisrahmen würde ich jetzt sagen 500 Eur ohne die Labview Software 
wären knapp bemessen, trotzdem wäre es gut wennd as Buget ausreicht.

@blackbird:
Ja die Frequenz ist wirklich der Knackpunkt bei der Geschichte, wenn ich 
bei regelbaren Widerständen suche und immer wieder auf Potis komme wäre 
eigentlich die sache schon glöst wenn es nicht automatisch und so 
schnell sein soll.

Wie das mit PowerFET (=LeistungsFETs?) genau ablaufen soll hab ich noch 
nicht gnaz verstanden, werde aber fleißig alles über MosFETs lesen was 
ich finde... scheinen sehr wichtig in der Elektronik zu sein. Ich komme 
darauf also nochmal zurück wenn ich besser verstehe was Du meinst.

Eigentlich ist es kein Problem die Messpunkte anhand der Werte zu 
bestimmen... bzw diese einzusortieren.

@Hmm... Nein leider glaub ich das es so nicht geht, da 1 der 
Kurzschlusstrom und die Leerlaufspannung gemessen werden sollen. Auch 
wäre die Last immer die gleiche oder sehe ich das falsch?

Ich hatte schon bei dem zuschalten mit Hilfe von Relais daran gedacht 
möglichst Widerstände einzuspraren indem ich welche Parallel schalte...

Vielleicht reichen auch 2 Widerstände - trotzdem bleibt das Problem 
durchs umschalten...

ich melde mich weiter, muss ja jetzt auch viel Nachlesen und leider 
weg...

grüße

Paul

Autor: Ich (Gast)
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Mit Mosfets sehe ich eine Chance. Wobei die Kurzschlußmessung auf Rdson 
beschränkt bleibt, aber vertretbar sein dürfte.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Es gibt für LabView auch USB-Messadapter (ich glaube USB-6008 oder so). 
Die fangen meines Wissens nach bei etwa 160€ an... Einfach mal auf der 
National-Instruments-Webseite nachgucken.
Vielleicht auch gebraucht bei ebay zu erstehen.
Richtige LabView-Messkarten liegen bei etwa 800€ was vermutlich zu teuer 
ist.

Schöne Grüße,
Alex

Autor: Sven (Gast)
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Bei Reichelt z.B.:

ME REDLAB 1008 149,00 €

hat 8 Analogeingänge, Du brauchst 3 für 3 Aufbauten
hat 24 + 4 digitale Ausgänge, Du brauchst 12 für je 4 Schalter in 3 
Aufbauten
10 Hz sollte die Karte können, schau mal ins Datenblatt
Meilhaus sollte auch LabView-Treiber dafür anbieten

Bei 10 Hz und da es anscheinend Dauermessungen werden sollen, würde ich 
keine Relais mehr verwenden. Da wirst Du wohl um ein paar N-FETs nicht 
drumrum kommen. Nimm Logic-Level-Typen, die kannst Du direkt aus der 
Karte ansteuern.

Autor: Blackbird (Gast)
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"Kurzschluß"-strom messen geht so nicht. Den kann man hier nur über 
einen 4. sehr niederohmigen Lastwiderstand messen. Und zwar indirekt 
über eine Spannungsmessung über eben diesen bekannten sehr niederohmigen 
Lastwiderstand (Imess = Umess / Rlast).


Der Aufwand für diese Messung ist minimal, mein Schätzung: etwa 
100,-EURO und eine Woche Arbeit (inclusive Funktionstest und Software).

Es müssen 4 verschiedene Lastwiderstände (alle einseitig an 
Bezugspotential (= Analogmasse)) angeschlossen werden. Jeder 
Meßwiderstand wird von einem FET (N-Kanal, P-Kanal oder sonstwas 
niederohmiges) zum "heißen" Ende (hier vielleicht der Pluspol) des 
Solarmoduls verbunden. Dort sind also alle Drains der FETs 
zusammengeschaltet (Source an den jeweiligen Lastwiderstand). Minuspol 
des Solarmoduls an Bezugspotential.

Der Analogeingang der Meßkarte (hochohmige Spannungsmessung) mit 
Analog-Masse an Bezugspotential und den Analogeingang an das "heiße" 
Ende des Solarmoduls, da wo die Drais der FETs liegen.

Jetzt brauchts nur noch eine Ansteuerung für die 4 FETs, die nacheinader 
jeden einzeln (ohne Überlappung) einschaltet und nach vielleicht ca. 
15ms wieder ausschaltet. Wenn nach dem 4. Widerstand noch eine 15ms 
Pause gemacht wird, wo kein FET eingeschaltet ist, so kann man in der 
Zeit die Leerlaufspannung messen.


10 Hz sind 10 Meßreihen pro Sekunde, also alle 100ms sollen 5 Messungen 
gemacht werden. Das sind dann 20ms pro Messung, 15ms liegen auf der 
sicheren Seite.

Ordentlicher Aufbau, saubere groß dimensionierte Kontakte und vielleicht 
eine 4-Draht-Messung für den "Kurzschluß"-Fall sollten hinreichend 
genaue Meßergebnisse liefern (Fehlerbetrachtung habe ich hier mal 
weggelassen).

Blackbird

Autor: Blackbird (Gast)
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Noch was,
mit LabView in 3 Monaten ein funktionierendes Programm zu schreiben samt 
Hardware aufbauen und testen UND noch Meßreihen durchführen sind für 
einen LabView-Einsteiger nicht zu schaffen (ohne fremde Hilfe).
Es gibt sicher andere kleinere Systeme, die einfacher zu "programmieren" 
sind oder man programmiert es gleich selber. Z.B. VBA in Excel, dafür 
geben manche Meßkarten/adapter-Hersteller schon Libs oder 
Programmbeispiele mit.


Blackbird

Autor: ... (Gast)
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Ich nutz grad einen 4066 bzw. genauer SN74HC4066PW (Nix anderes als ein 
Schalter, den du nicht per Hand umlegen musst) und schalte damit 
verschiedenen Dinge auf einen Messeingang.
Strom an/aus
Spannung an/aus
Zwei Widerstände gegen Masse zu/weg

Die Dinger kann man prima per uP ansteuern und sind rel fix. Vertragen 
einiges und je nach Last ist der Innenwiderstand auch vernachlässigbar.
Bei deiner "Kurzschluss"-Messung kannst du den Innenwiderstand des 4066 
nehmen und den Spannungsabfall messen (damit kannst du dann ja Strom 
ausrechnen)

Autor: ... (Gast)
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Sry für Doppelpost..aber:

Vergiss mein Kram und hör auf Blackbird ;)
Hab mich bei deinem Strom verlesen und meine Schalter vertragen nur 20mA 
-.-

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