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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Multimeter welches im nA-Bereich misst


Autor: Martin (Gast)
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Hi,

ich habe eine Schaltung mit einem ATtiny13A, welche ich mit einer 
Knopfzelle betreibe. Die meiste Zeit ist der Controller im Sleep-Modus. 
Ich würde gerne dessen Stromverbrauch messen. Laut Datenblatt liegt der 
Stromverbrauch im nA-Bereich.

Wer kann mir ein Multimeter empfehlen, mit dem ich diese Ströme messen 
kann?

Klar gibt es die großen teuren Tischmultimeter, aber ich suche eine 
erschwingliche Lösung.

Autor: Sven P. (haku) Benutzerseite
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Nimm ein genügend hochohmiges Voltmeter im SPANNUNGSBEREICH. Bei 
gegebenem Innenwiderstand kannste dir dann den fließenden Strom 
ausrechnen.

Autor: Powerfreak (Gast)
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Hallo Martin,
Wenn Du einen Widerstand in die GND-Leitung - nur zu Meßzwecken - 
einbaust, dann sollte der geringe Stromfluß meßbar werden.
z.B. bei 1kOhm und 100nA sind schon 0,1mV als Spannungsabfall meßbar.
Ich vermute, Du mußt Dich mit dem Widerstandswert herantasten also bei 
1k starten und dann langsam erhöhen, bis Du einen gut ablesbaren Wert 
hast.
Natürlich kann Dein Multimeter dann auch den Widerstandswert genau 
messen, um zumindest diese Tolerenzen zu eleminieren.
Möglicherweise mußt Du den Meßwiderstand einbauen und überbrücken, den 
Controller schlafen schicken und erst dann die Überbrückung 
herausnehmen, sonst ist möglicherweise der Spannungsabfall einfach zu 
groß.
Gruß
powerfreak

Autor: Phil (Gast)
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Oder Du baust in dein GND einen Transimpedanzverstärker ein. Der Vorteil 
ist dann noch, das Du den Massepunkt nicht verschiebst.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Wie schon oben geschrieben: Shunt in die Stromzuführung, Spannung 
messen, fertig.

Bei meiner letzten Attiny(25)-Schaltung hatte ich einen 100 kilo-Ohm 
Widerstand in der vcc-Leitung, parallel dazu eine 1N4148, um die 
Kondensatoren schneller aufzuladen.
Gemessener Spannungsabfall im Sleep-Mode: ca 31.xxx mV.
(Incl. diverser Elko-Leckströme...)

Daraus den Strom zu berechnen bleibt als Übung für den geneigten Leser.

Autor: Peter (Gast)
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> Daraus den Strom zu berechnen bleibt als Übung für den geneigten Leser.
Aber doch nur wenn der Strom ein wenig Konstant ist, wenn der µC aber 
aller par µs in den Sleep geht und wieder aufwacht dann wird die Messung 
vermutlich nicht mehr ein schätzung weil der Messgerät irgendwie den 
zwischen Maximal und Mittlerweit sich entscheiden muss.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Peter wrote:
>> Daraus den Strom zu berechnen bleibt als Übung für den geneigten Leser.
> Aber doch nur wenn der Strom ein wenig Konstant ist, wenn der µC aber
> aller par µs in den Sleep geht und wieder aufwacht dann wird die Messung
> vermutlich nicht mehr ein schätzung weil der Messgerät irgendwie den
> zwischen Maximal und Mittlerweit sich entscheiden muss.

Seh ich nicht so als Problem... Der µC hat ja noch seinen 
Entkoppel-Kerko + evtl noch einen Elko parallel.
Die liefern den Strom während des Aufwachens.

Notfalls mit Oszi am Shunt kontrollieren, bei mir wars jedenfalls glatt 
genug, so dass ich meinem (eh unkalibrierten) Multimeter da schon noch 
vertraut habe.

Der genaue Wert ist ja meistens eh nicht so wichtig, bei mir:
"Strom viel kleiner als Akku-Selbstentladung ==> passt schon"

Autor: Zorc (Gast)
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Wenn das Multimeter einen Eingangswiderstand von 10MOhm hat, dann ist 
nichts mit Seriewiderstand ... das sollt man sich dann schon ueberlegen.

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

bei meinen Sensor-Geschichten mit Tiny45, RFM02 und FOST02 konnte ich im 
realen Betrieb mit meinen Mitteln nur mehr oder weniger schätzen:
3-4µA wenn alles schläft.
Im 2000µA Bereich startete er nicht mehr sicher, das Multimeter war dann 
schon zu hochohmig. im 20mA lief zwar alles, aber eine Anzeige zwischen 
0 und 1 schwankend war nicht so toll. ;)

Allerdings ist bei mir das Zeitverhältnis ca. 1min im Sleep und dann ca. 
300ms wach mit Meßzeit 5-7mA, davon ca. 20ms Sendezeit mit 12-15mA.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Gast (Gast)
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Kondensator als Spannungsquelle verwenden.

Delta U = U_Anfang - U_Ende ist die Kondensatorspannungsabnahme (z. B. 1 
V) während der Zeitspanne Delta t (z. B. 10 s). Ersteres misst man mit 
einem hochohmigen Multimeter, letzteres mit einer Stoppuhr. Den 
Zusatzstrom durch das Messgerät selbst kann man einfach durch eine 
einmalige "Leermessung" bestimmen, d. h. mit nur dem Messgerät als Last. 
Die Größe des Kondensators wählt man passend zum Messobjekt. Für I = 10 
µA ist C = 100 µF gut geeignet; dann sinkt die Spannung um 1 V innerhalb 
10 s.

Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie auch bei "problematischen" 
Strömen, d. h. solchen mit periodisch auftretenden kurzen, starken 
Peaks, wie sie bei Mikrocontrolleranwendungen nicht ungewöhnlich sind 
(lange sleep - kurz aktiv - lange sleep - kurz aktiv...), korrekte 
Ergebnisse liefert, weil der Kondensator die nötige zeitliche Mittelung 
von Natur aus bewerkstelligt. Und zwar unabhängig davon, wie kurz, stark 
oder häufig irgendwelche Strompeaks sind.

TrueRMS-Multimetern sollte man nicht allzuviel Vertrauen schenken; bei 
zu kurzen, starken oder häufigen Peaks sind sie überfordert und zeigen 
dann Fantasiewerte an (außerdem berechnen sie den Effektivwert, es 
interessiert aber der Mittelwert). Und ein großer Vorwiderstand ist 
natürlich eine ganz schlechte Idee, weil dann die Spannung 
zusammenbricht, sobald ein hoher Strom fließen soll.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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nA-Vorsatz kannst Du selber bauen.

z.B. aus den Applikationsbeispielen von NatSemi.


hth,
Andrew

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Martin wrote:

> Wer kann mir ein Multimeter empfehlen, mit dem ich diese Ströme messen
> kann?

UNI11e oder UNI12e aus DDR-Zeiten, gibt's zuweilen in der Bucht.  Der
kleinste Strommessbereich ist 3 µA, AVR-Sleep-Ströme um die 100 nA
lassen sich noch brauchbar schätzen.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Jörg Wunsch wrote:

> UNI11e oder UNI12e aus DDR-Zeiten, gibt's zuweilen in der Bucht.  Der
> kleinste Strommessbereich ist 3 µA,

Als langjähriger User eines Uni 11e muss ich da den warnenden 
Zeigefinger erheben:

Der hat als Messverstärker einen OV, die Bereichswahl wird durch 
Umschaltung der Gegenkopplungsglieder realisiert. Der "direkte" Bereich 
(der OV wird auf Verstärkung 1 geschaltet) sind 30mV.

Und Strommessung ist auch nur Messung des Spannungsabfalls über Shunts, 
in eben diesem Bereich. Also 30mV Spannungsabfall bei Vollausschlag in 
jedem Strommessbereich.

Bei "Nicht - Gleichspannung / -strom" zeigt er bei Sinussignalen recht 
genau den Effektivwert an (bis vielleicht 15kHz), was ein mechanisches 
Messwerk  bei "Impuls" - Signalen von Digitalschaltungen macht, wage ich 
nicht auszuwerten. <:-)

Autor: Norgan (Gast)
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> Wenn das Multimeter einen Eingangswiderstand von 10MOhm hat, dann ist
> nichts mit Seriewiderstand ...

Doch, einfach mal überschlägig den Gesamtwiderstand ausrechnen. Bei 
100K||10M kommt man auf 99k. Also einen 1% Fehler. Das kann man durchaus 
akzeptieren.

Autor: oszi40 (Gast)
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Frage nach der Messung wäre noch: wieviel nA vom Messobjekt stammten und 
wieviel als Störspannung (vom PC z.B. )an der Messung beteiligt waren...

Ein billiger Lösungsansatz wäre evtl. mit MOSFET-OPV möglichtst nahe am 
Objekt messen.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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oszi40 wrote:
> Frage nach der Messung wäre noch: wieviel nA vom Messobjekt stammten und
> wieviel als Störspannung (vom PC z.B. )an der Messung beteiligt waren...

Recht empfindlich ist das ganze dann schon... z.B. mal kurz mit 
trockenen! Fingern an die Pins gelangt => Stromverbrauch steigt aufs 
doppelte.
Und während die Schaltung über USB versorgt wurde, war ans Messen 
garnicht zu denkten (Multimeter zeigte negativen Strom an)...

Also ran an die Batterie, etwas Abstand von Störquellen, und dann passt 
das schon.

> Ein billiger Lösungsansatz wäre evtl. mit MOSFET-OPV möglichtst nahe am
> Objekt messen.

Wenn die Störung schon am Shunt bzw der Versorgungsspannung ist, hilft 
der auch nichts mehr.

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Ich habe da ein VC820 von Conrad (Voltcraft Eigenmarke). Hat eine 
Auflösung von 100nA, die angezeigten Werte schienen mir durchaus 
plausibel zu sein. Zum Abschätzen jedenfalls ausreichend, für genaue 
Messungen natürlich nicht zu empfehlen.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Nachtlektüre:
http://www.ntb.ch/Pubs/sensordemo/wtm/m_op/LLHB_6_...

Stichwort Kompensationsmessung?

Arno

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