Strommessung uA -> Shunt + INA333

[rolfdieter (Gast)]

Hi!
Ich habe ein Problem mit der Strommessung über einen Shunt-Widerstand.
Es geht darum Ströme im uA bereich (am besten ab 50uA) bis zu 20A 
(Spannung 12V)zu messen.
Die Messung über einen Shunt im Ampere Bereich ist kein Problem.
Es geht um Messungen im uA bis mA Bereich.
Hierzu habe ich die Angeängte Schaltung mit Shunt (0,05ohm) und INA333 
als Differenzverstärker aufgebaut. Als Gain will ich 1000 (Rg = 100ohm) 
verwenden.
Das Ausgangssignal soll dann, falls es endlich funktioniert, mit nicht 
invertierenden verstärkern mit verschiendenen verstärkungsfaktoren 
weiterverstärkt werden und jeweils über einen AD-Eingang eingelesen 
werden.

Allerdings bekomme ich mit der Schaltung eine maximale Verstärkung von 
ca 3-4 hin. Wo liegt mein Fehler (habe ich ein Problem mit den Massen?), 
kann mir jemand helfen?

Als Shunt wird der folgende verwendet (0,05ohm, da die Spannung von 12V 
möglichst nicht beeinflusst werden darf!)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/425000-449999/447382-da-01-en-Praezisionswiderstand_PBV.pdf

PS: Ich weiß, das es schon sehr viele Beiträge zu diesem Thema gibt, 
leider konnte ich aber trotzdem keine Lösung zu meinem Problem finden!

Vielen Dank schon einmal für eure Hilfe!

[Harald W. (wilhelms)]

rolfdieter schrieb:

> Es geht darum Ströme im uA bereich (am besten ab 50uA) bis zu 20A
> (Spannung 12V)zu messen.
> Shunt (0,05ohm)

Damit bekommst Dun gerade mal 2,5µV Nutzsignal. Ich glaube nicht,
das das klappt.
Gruss
Harald

[Christian L. (cyan)]

rolfdieter schrieb:
> Allerdings bekomme ich mit der Schaltung eine maximale Verstärkung von
> ca 3-4 hin. Wo liegt mein Fehler (habe ich ein Problem mit den Massen?),
> kann mir jemand helfen?

Da beide Schaltungsteile keinen Potentialausgleich haben, werden die 
Eingangssignal wohl den Common mode voltage range verlassen.

Ansonsten sind 50µA bei 20A Vollausschlag eine Auflösung von 18,6 Bit. 
Das ist schon sehr sportlich.

LG Christian

[rolfdieter (Gast)]

Vielen Dank für die ersten Antworten:-)

@Harald: Hast du erfahrungen in welchem Bereich mein Nutzsignal liegen 
sollte? Ich könnte die Messung über 2 Shunts aufbauen. Einen für große 
und einen für kleine Ströme. Allerdings müsste der jeweils andere dann 
mit einer geeigneten Schaltung aus dem Stromkreis genommen werden.

@Christian: Nicht der komplette Range soll über diese Schaltung gemessen 
werden. Somit ist auch kein ADC mit 18,6Bit notwendig... Hast du einen 
vorschlag um mein vorhaben zu realisieren?

[Christian L. (cyan)]

Wie wäre es, wenn du zwei Widerstände in Reihe schaltest - z.B. 10 Ohm 
und 0,05 Ohm. Beide bekommen einen eigenen Shuntmonitor. Mit dem 10 Ohm 
Widerstand miss du Ströme bis 100mA und mit dem 0,05Ohm Widerstand 
Ströme bis 20A. Der Trick ist jetzt, dass du den Shuntmonitor des 
0,05Ohm Widerstands auf einen Komparator gibst. Wird nun bei dem 0,05Ohm 
Widerstand ein Strom größer als 100mA erkannt, schließt du den 10 Ohm 
Widerstand mit einem Mosfet kurz, sodass dieser nicht überlastet wird. 
Anbei mal das Grundprinzip, ausgelegt für einen Vollausschlag bis 3,3V.

LG Christian

[Werner (Gast)]

rolfdieter schrieb:
> Nicht der komplette Range soll über diese Schaltung gemessen
> werden.

Für µA bis mA würde man normalerweise eine TIA verwenden, der für den zu 
messenden Strom einen virtuellen Gnd zur Verfügung stellt. In welchem 
Frequenzbereich soll denn deine Strommesser arbeiten.

[Tom K. (ez81)]

AN105 von LT ist die Bibel der Strommessung: 
http://www.linear.com/docs/12479
Bei den vielen Größenordnungen sind vielleicht die umgeschalteten Shunts 
auf Seite 75 interessant.

[Reinhard Kern (Gast)]

Christian L. schrieb:
> Ansonsten sind 50µA bei 20A Vollausschlag eine Auflösung von 18,6 Bit.
> Das ist schon sehr sportlich.

So habe ich das nicht verstanden, ich nehme vielmehr an, dass er die 
50µA auch noch halbwegs genau messen will - sagen wir mal o.B.d.A. mit 
12 bit, die kämen dann zu deinen 19 bit noch dazu. Ein 31 bit ADC ist 
aber nicht sportlich sondern unbezahlbar. Ohne umschaltbare Shunts ist 
das nicht lösbar.

Gruss Reinhard

[Reinhard Kern (Gast)]

Christian L. schrieb:
> mit dem 0,05Ohm Widerstand
> Ströme bis 20A.

Das ist eigentlich indiskutabel, die verbratene Leistung wäre 20W (Ich 
weiss, der Wert stammt nicht von dir). Infrage kämen 0,005 Ohm.

Gruss Reinhard

[i-Troll (c) (Gast)]

Der 50m Ohm fuer 50uA DC ist Quatsch. Das waeren dann nur 2.5uV. Das 
kriegt man nie auf eine vernuenftige Hoehe. Die ueblichen Zerodrift Amps 
haben 3-10uV offset und 30nV/k drift.

Bei AC ab 1kHz waere mit 2.5uV noch etwas machbar.

Eine sinnvolle Shuntgroesse fuer den kleinsten Bereich waere 10 Ohm. Ich 
wuerd auch mehrere Shunts seriell schalten und dann die nicht 
benoetigten mit einem 1mOhm FET kurzschliessen.
zB 10 Ohm, 0.5 Ohm, 10m Ohm

[rolfdieter (Gast)]

Vielen Dank Christian für den vorschlag mit umschaltbaren Shunts. Habe 
auch schon in diesen Bereich nachgedacht, aber wollte zuerst nach einer 
Lösung ohne schauen. Werde jetzt die Schaltung mit mehreren Abstufungen 
aufbauen und testen!

Danke auch an i-Troll und alle anderen für die Lösungsvorschläge!:-)

[Harald W. (wilhelms)]

i-Troll (c) schrieb:

> Die ueblichen Zerodrift Amps haben 30nV/k drift.

Soviel zu "Zerodrift" :-)
Gruss
Harald