Gleichstrom messen, aber wie?

[Bastler (Gast)]

Hallo Leute,

der Titel sagt es schon.

Ich habe ein Modul, bei dem ich über einen Poti die Spannung im Bereich 
0...300VDC regeln kann. Damit betreiben möchte ich kleine Röhren, die 
maximal 20mA ziehen (und mehr kann das Modul auch nicht, ist eine 
kurzschlussfeste vergossene SMPS-Unit). So weit so gut.

Jetzt habe ich mir gedacht, ich baue einen Shunt-Widerstand an der 
low-side ein, und messe den Spannungsabfall darüber. Also im Prinzip 
messe ich, was für eine Spannung am "oberen" Ende des Shunts gegen Masse 
anliegt.

Dann: I = U_gemessen / R.

Die Fragen sind nun:

1) Was nehme ich für einen Widerstand (welcher Bereich? Ohm, Milliohm, 
wo bekomme ich den her?)

2) Mit welchem OP und welcher OP-Schaltung verstärke ich die 
Spannungsdifferenz, sodass mein 10Bit-ADC nicht zu viel verschenkt?

3) Was habe ich vergessen, zu beachten?

Gruß
Jens

[Karl H. (kbuchegg)]

Bastler schrieb:

> 1) Was nehme ich für einen Widerstand (welcher Bereich? Ohm, Milliohm,
> wo bekomme ich den her?)
>
> 2) Mit welchem OP und welcher OP-Schaltung verstärke ich die
> Spannungsdifferenz, sodass mein 10Bit-ADC nicht zu viel verschenkt?
>

Das hängt alles zusammen.
Den Shunt dimensionierst du nach dem was du gewillt bist mit dem OPAmp 
zu verstärken.

Wenn du auf 5V kommen willst (wegen ADC) und du einen rauscharmen 
Verstärker mit sagen wir einem Faktor 100 in der Hinterhand hast, dann 
brauchst du 0.05V am Shunt bei vollem Stromdurchflus. Bei dir 20mA. Ich 
weiß jetzt nicht ob du einplanen willst, dass da auf einmal mehr Strom 
fliessen könnte, in dem Fall rechnest du dann natürlich mit dem höheren 
Stromfluss. Aus den 0.05V und dem erwartetem Strom errechnest du den 
Widerstand und schaust bei den üblichen Verdächtigen im Versnadhandel 
nach, ob es diesen Widerstandswert auch wirklich gibt, bzw. welches der 
nächst größere/kleinere Wert ist. Zur Sicherheit dann mit diesem Wert 
noch einmal alles in die andere Richtung zurückrechnen, damit man sieht 
wie sich das dann am ADC auswirkt.

Grundsätzlich wird man aber danach trachten, den Shunt so klein wie 
möglich zu machen. D.h. mit der Verstärkung in die Höhe zu gehen. Nur: 
Je höher die Verstärkung, desto mehr verstärkt man auch das Rauschen. 
Rauschen auf der zu überwachenden Leitung, rauschen im Verstärker.

> 3) Was habe ich vergessen, zu beachten?

Eventuell das ein Widerstand eine maximale Wattzahl abkann.
  P = U * I

Wenn du den Strom kennst, dern SPannungsabfall kennst, sicherheitshalber 
noch ausrechnen, wieviele Watt Verlustleistung das ausmacht. OK, bei 
20mA wird da nichts grossartiges dabei rauskommen. Aber bei 0.05V und 
(im Fehlerfall)2A kommt dann schon etwas zusammen und ein 08/15 1/4Watt 
Widerstand tuts dann nicht mehr.

[olibert (Gast)]

Bastler schrieb:
> 1) Was nehme ich für einen Widerstand (welcher Bereich? Ohm, Milliohm,
> wo bekomme ich den her?)

Den Widerstand musst du so entsprechend folgendem Kompromiss 
dimensionieren:

Spannungsabfall hoch genug fuer Messung, aber niedrig genug fuer die 
Anodenspannung der Roehre.

> 3) Was habe ich vergessen, zu beachten?
Der Messwiderstand sollte im Anodenkreis, nicht im Kathodenkreis 
eingebaut sein. Ansonsten haettest du eine unerwuenschte 
Stromgegenkopplung.

[Bastler (Gast)]

Hallo olibert,

dnake für die superschnelle Antwort.

Hmm gut wenn ich so einen Spannungsabfall von 2V bei Voll-Last 20mA habe 
wären das 40mW das sollte im Rahmen sein, oder?, also wären das R = U * 
I = 2 * 0.02 R = 0.04R = 40mR

Wo bekomme ich so einen Mini-Widerstand her?

olibert schrieb:
>> 3) Was habe ich vergessen, zu beachten?
> Der Messwiderstand sollte im Anodenkreis, nicht im Kathodenkreis
> eingebaut sein. Ansonsten haettest du eine unerwuenschte
> Stromgegenkopplung.

Das verwirrt mich ein bisschen. Die Röhren sind einfache Dioden, d.h. 
Anzeigeröhren, Nixies. Ich dachte daher, dass die low-side-Messung ne 
gute Idee wäre.

Gruß
Jens

[Bastler (Gast)]

Oh Karl-Heinz, deine Antwort habe ich total überlesen. Ich muss jetzt 
leider weg, aber ich werde heut abend mal alles durchrechnen und das 
dann hier zum Kritisieren freigeben :-)

Gruß & danke schonmal,
Jens

[Wegstaben V. (wegstabenverbuchsler)]

> wären das R = U * I = 2 * 0.02 R = 0.04R = 40mR

nanu, hat da jemand das Ohmsche Gesetz geändert?

früher (tm) war R=U/I, und nicht U*I. Aber wer weis, was diese Regierung 
noch für Gesetze ändert und neu heraus bringt.

@Bastler:

ich nutze folgende Eselsbrücke: "Am Anfang war das URI" ....

    U
 -------
 R  *  I

.... und den Teil den du ermitteln willst, deckst du einfach ab ...

[Bastler (Gast)]

Uiiiii das war peinlich, danke für den Hinweis.. Dann wären das 100 Ohm 
oder? R = U / I = 2V / 0.02A = 100R

Gruß
Jens

[olibert (Gast)]

Bastler schrieb:
> Das verwirrt mich ein bisschen. Die Röhren sind einfache Dioden, d.h.
> Anzeigeröhren, Nixies. Ich dachte daher, dass die low-side-Messung ne
> gute Idee wäre.

Ups, da hast du recht. Ich dachte an eher an die klassische Radioröhre.

Ansonsten mit der Widerstandsberechnung gilt Wegstaben Verbuchsler 
bereits gesagt hat:

2V / 0.02A = 100 Ohm