Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Energiemessgerät


von Christian (dragony)


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Sowas gibt es bestimmt, aber ich weiss nicht, wonach ich suchen muss.

Ich habe eine beliebige Schaltung, die im Laufe von einer festen Zeit 
irgendwas macht. Ich möchte jetzt so genau wie möglich wissen, wie viel 
Energie diese Schaltung benötigt hat.

Beispiel: Eine eigene Step-Up Schaltung, die vor einem CMOS hängt. 
Dieser CMOS berechnet jetzt irgend etwas, schaltet vielleicht noch für 1 
Sekunde eine LED ein und dann ist das Thema erledigt. Wie viel Energie 
habe ich verbraucht? Und wenn ich jetzt einen bestimmten 
Filter-Kondensator austausche, wieviel Mikrowatt habe ich gespart bzw. 
mehr verbraucht, wenn das identische Programm erneut abläuft?

Mit einem Multimeter komme ich nicht weit, da die Spannungen ja durch 
den CMOS schwanken. Ein OSC zeigt mir wiederum nur die Spannung an, aber 
der Widerstand ist durch den CMOS nicht bekannt. Was gibt es dafür zu 
kaufen?

Klar, ich könnte mir selbst ein Gerät bauen mit Messwiderstand und sehr 
hoher Messfrequenz etc. aber warum selbst entwickeln, wenn es sowas 
bestimmt auch zu kaufen gibt.

: Bearbeitet durch User
von Werner M. (Gast)


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Christian S. schrieb:
> so genau wie möglich

Das kannst und willst du mit Sicherheit nicht bezahlen.

von Wolfgang (Gast)


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Christian S. schrieb:
> CMOS

Was bitte ist ein CMOS?

Elektrische Energie ist das Zeitintegral über das Produkt der 
Momentanwerte von Strom und Spannung.

Statt möglichst genau zu messen, solltest du dir überlegen, wie genau du 
es brauchst. Daraus ergeben sich dann die Anforderung an Auflösung und 
Genauigkeit von Strom- und Spannungsmessung sowie Zeitauflösung. Alles 
andere wird unnötig teuer.

von Christian (dragony)


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Wolfgang schrieb:
> Christian S. schrieb:
>> CMOS
>
> Was bitte ist ein CMOS?

Ich helfe doch gern.

https://de.wikipedia.org/wiki/Complementary_metal-oxide-semiconductor

In diesem Fall ein beliebiger uC.

> Elektrische Energie ist das Zeitintegral über das Produkt der
> Momentanwerte von Strom und Spannung.

Jetzt ehrlich?

> Statt möglichst genau zu messen, solltest du dir überlegen, wie genau du
> es brauchst. Daraus ergeben sich dann die Anforderung an Auflösung und
> Genauigkeit von Strom- und Spannungsmessung sowie Zeitauflösung. Alles
> andere wird unnötig teuer.

Tja, da es für mich eine Rolle spielt, ob ich jetzt 80 oder 85uA bei 2V 
ziehe, reden wir über eine Auflösung von 5uW.

Ist zwar Samstag, aber ich dachte schon, dass das Problem eher ein 
banales Problem ist. Warum so wenig Antworten?

von Bernd (Gast)


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> Warum so wenig Antworten?

Könnte dies ein Grund sein?

> Eine eigene Step-Up Schaltung, die vor einem CMOS hängt.

von Ernst O. (ernstj)


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Ich will ja nichts unterstelle, aber bei solcher Lektüre drängt sich 
immer wieder die Frage auf:
Was machen Trolle eigentlich tagsüber?

von Gähn (Gast)


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Dann fang mal damit preiswert an:
http://shop.rohde-schwarz.com/de/hameg/leistungsmesser.html
Steigern kann man sich dann immer noch.

von Christian (dragony)


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Bin ich blind oder bieten die wirklich nur entweder 1kHz oder 8GHz 
Bandbreite an?

von asdfasd (Gast)


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Wie wäre es mit einem Coulomb Counter?  Die sind gedacht, um Ladung, die 
einer Batterie entnommen wird bzw in sie reingepumpt wird, zu messen. 
Die integrieren den Strom und, sobald sich eine gewisse "Strommenge" 
angesammelt hat, geben sie einen Puls aus.  Ist das nicht das, was du 
willst?

Hab selbst mit denen noch nicht gearbeitet - könnte gut sein, dass du 
für deine Anforderungen etwas länger messen musst.

von Wolfgang (Gast)


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Christian S. schrieb:
> Klar, ich könnte mir selbst ein Gerät bauen mit Messwiderstand und sehr
> hoher Messfrequenz etc. aber warum selbst entwickeln, wenn es sowas
> bestimmt auch zu kaufen gibt.

Christian S. schrieb:
> Tja, da es für mich eine Rolle spielt, ob ich jetzt 80 oder 85uA bei 2V
> ziehe, reden wir über eine Auflösung von 5uW.

Viel zu kompliziert gedacht. Bei der Leistungsgrößenordnung nimmst du 
einen passenden Kondensator und einen hochohmigen Spannungsmesser. Dann 
speist du deine Schaltung aus dem Kondensator und guckst dir den 
Spannungsverlauf an. Dafür braucht man keine GSa/s, keinen 
Messwiderstand und so genau wie nötig ist das nach Kalibrierung 
(Kapazität, Leckstrom) im 1s-Bereich auch.

von Peter R. (Gast)


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ist doch eine Grundaufgabe für Kontroller mit AD-Wandler.

Strom und Spannung messen, miteinander multiplizieren (bei Wechselstrom 
vorzeichenrichtig), multiplizieren und dann summieren.
Alles in einem festen Zeitraster. z.B. jede ms bei 50 Hz. bei 
Überwachung vn DC-Verbrauchern halt alle Zehntel  sec oder jede sec.

Für 50/60Hz gibts da sogar eine application note von atmel.(irgendetwas 
mit ...tampered powermeter...)

"So genau wie möglich" wird extrem teuer, wenn man die technischen 
Möglichkeiten ausnutzt.

Mit einem Kontroller wie dem atmega8 dürfte man eine Genauigkeit von 2% 
bis 5% erreichen können.

von Christian (dragony)


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Ich denke auch, dass man da mit einem Kondensator weiter kommt. Derzeit 
ist meine Idee folgende: Ich nehme einen möglichst grossen Kondensator, 
vielleicht um die 100mF und lade den über einen FET auf. Wenn er "voll" 
ist, sperre ich den FET und messe die Zeit, die es braucht, bis der 
Spannungsabfall 0.5V beträgt. Danach öffne ich den FET wieder und zeige 
die Zeit us-genau an. So müsste ich doch gut genug vergleichen können, 
welche Bauteile jetzt wie viel ausmachen. Und es kostet auch fast nichts 
;)

von MaWin (Gast)


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Christian S. schrieb:
> Was gibt es dafür zu kaufen?

Reed DW6060, Metex 4660.
Für Leistungen unter 1Watt eher nichts.


Elkomethode ist da sinnvoll.

von Ernst O. (ernstj)


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MaWin schrieb:
> Elkomethode ist da sinnvoll

vorausgesetzt, die Stromaufnahme ist nicht spannungsabhängig?

Ich halte die Elkomethode für einen genialen Ansatz, aber nicht für 
ausgereift.

Vielleicht kann man einen Linearregler einbauen, der aus dem Elko 
versorgt wird und der die zu prüfende Schaltung versorgt. Da solche 
Regler selber Strom verbrauchen, müsste man die Entladekurve des Elkos 
mit Regelung aber ohne Prüfling messen und damit eine Basislinie 
erstellen. Dann könnte man noch Prüflinge mit bekanntem 
Stromverbrauchsverhalten (= Widerstände) mit dieser Schaltung 
durchmesssen und schauen, ob sich ein geschlossenes Bild ergibt.

von Christian L. (cyan)


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Bei der Methode mit dem Elko sollte man aber nicht nur auf den Leckstrom 
schauen, sondern auch auf Effekte, wie der dielektrischen Absorption. 
Gerade, wenn man den Kondensator immer nur kurz nachladen will wird es 
passieren, dass schon ohne Stromverbrauch die Spannung nach dem Öffnen 
des FETs einbricht.
Auch ist die Frage, wie das Verhältnis von kleinstem zu größten Strom 
sich verhält. Wenn der Standbystrom im µA Bereich liegt, aber alle paar 
Stunden ein Verbraucher mit mehreren xx mA versorgt werden soll, dann 
ist das auch was anderes, als nur einen Strom zu messen, der keine 
großen Ausreißer fabriziert.

Ohne genauere Angaben über das System ist es also schwierig eine 
konkrete Schaltung zu benennen.

von Christian (dragony)


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Im Grunde baue ich gerade auch nichts anderes als einen Schaltregler, 
der nebenbei noch die Schaltzeit mitzählt.

von Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)


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Hi, Christian,

wie weit könnte es das schon tun?:
a) 
http://www.ebay.de/itm/Dual-USB-Charger-Detector-Spannungsuberwachung-3-2-10V-3A-Amperemeter-Voltmeter-/252063049931?hash=item3ab020e8cb
b) PC listet die Messwerte On-line in eine Tabelle, beispielsweise eine 
Messng pro Sekunde.
c) PC wertet Off-Line den Tabelleninhalt aus.

Ciao
Wolfgang Horn

von asdfasd (Gast)


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Die "Elkomethode" ist das, was die Coulomb Counter machen.  Der LTC4150 
z.B. nutzt allerdings statt eines Elkos einen built-in factory-trimmed 
100pF Kondensator zum messen.  Der wird durch die Messspannung 
(Spannungsabfall an einem Sense-Resistor, Bereich +/- 50mV) auf- und 
entladen (zwischen 0.95V und 1.7V) und bei jedem Umschalten gibt's einen 
Zählpuls.  Der LTC4150 hat dummerweise einen nachgeschalteten Teiler von 
1024 um die CPU zu entlasten (statt um die 2kHz nur noch 2Hz bei 
Maximallast).  Es gibt aber bestimmt auch Modelle ohne so einen Teiler.

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