Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DMMs mit tatsächlich funktionierendem True RMS, um Rippelspannung zu messen??


von Rolf F. (Firma: G.) (benutzername0)


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Ich möchte einfach nur die Rippelspannung von Versorgungsspannungen 
messen, aber es zeigte sich das es auch mit True RMS Digitalmultimetern 
nicht funktioniert, an einer simplen 12 V Gleichspannung. Hierbei ist 
das Ergebnis unabhängig davon ist ob die vom Labornetzteil kommen oder 
vom Kondensator (egal ob Folie oder Elko).

Das kleine billige VC921 zeigt abwechselnd für circa eine halbe Sekunde 
0,0 an und für eine halbe 4,7 V.

Das nicht-kleine nicht-billige Extech 430 zeigt einen längeren Zyklus, 
mit rund 0,3 s pro Abschnitt und diesen Werten, in Volt:

33.48
18.32
10.14
5.68
0.0

Also völlig unbrauchbar; den Modus AC Voltage hätte man sich bei diesen 
True RMS DMMs sparen können.

Mit welchen DMMs kann man denn die Rippelspannung messen?

von John (Gast)


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Rolf F. schrieb:
> Das nicht-kleine nicht-billige Extech 430

?

von Harald W. (wilhelms)


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Rolf F. schrieb:

> Ich möchte einfach nur die Rippelspannung von Versorgungsspannungen
> messen,

Dafür eignet sich eher ein Oszilloskop. U.a. deshalb, weil man da
eher nicht den RMS-Wert, sondern eher die Spitze-Spitze-Spannung
wissen will. Mein "nichtganzbilliges" Agilent kennt zumindest drei 
Spannungsmessmodi:  Gleichspannung, Wechselspannung und Gleich-
und Wechselspannung. Rippelspannungen habe ich damit aber aus o.a.
Gründen noch nie gemessen.

von Rolf F. (Firma: G.) (benutzername0)


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John schrieb:
> Rolf F. schrieb:
>> Das nicht-kleine nicht-billige Extech 430
>
> ?

Ja, es ist das Miststück, das hier Probleme macht.

Das VC921 ist viel billiger; nur 10,79 Euro inklusive Versand aus 
Honkong, auf ebay.de.
Bei dem ist nachvollziehbar das das True RMS nur aufgedruckt ist, aber 
bei dem Extech-DMM sollte das doch funktionieren.
Zudem kommt hinzu dass der Wahlschalter von dem Extech 430 einen 
Wackelkontakt hat, so dass es sich manchmal nicht einschaltet, wenn man 
etwas anderes als "off" einstellt.

von Bernd (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Dafür eignet sich eher ein Oszilloskop. U.a. deshalb, weil man da
> eher nicht den RMS-Wert, sondern eher die Spitze-Spitze-Spannung
> wissen will.

Das kann man fast so stehen lassen.


Grundsätzliche Kriterien für eine brauchbare Effektivwert-Messung sind
die Bandbreite, der zulässige Crest-Faktor und die Einschwingzeiten der 
Messwerte.

Die VAC Bandbreite von Extech 430 beträgt gereade mal 1kHz...

von John (Gast)


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@Rolf
Welchen Messwert erwartest du?
Weißt du wie groß die Rippelspannung tatsächlich ist?
Hast du Zugriff auf ein Oszilloskop?

Rolf F. schrieb:
> Das kleine billige VC921 zeigt abwechselnd für circa eine halbe Sekunde
> 0,0 an und für eine halbe 4,7 V.

Schalte mal Auto-Range ab.

von Gerd E. (robberknight)


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Was für eine Frequenz interessiert Dich?

Meistens wird der Ripple in Datenblättern von Netzteilen für 20MHz 
angegeben. Das ist mit dem normalen Multimeter natürlich nicht mehr zu 
messen.

Als spezielles Multimeter für sowas gab es das HP 3400B. Das kann TRMS 
bis zu 20MHz und das auch mit schön kleinen Messbereichen bis 1 mV 
runter. Das 3400B wird hin und wieder für etwas über 100 EUR bei ebay 
angeboten.

Ansonsten mit dem Oszi. Allerdings brauchst Du hier eigentlich einen 
Differenztastkopf bzw. Differenzverstärker, da Du sonst auf 
Schutzleiter/Masse eingekoppelte Störungen mitmisst. Die schönste Lösung 
hierfür dürfte ein Lecroy DA1855A sein.

Wenn eine Pi-mal-Daumen-Messung reicht, kannst Du auch mit 2 Tastköpfen 
an + und - von dem Netzteil rangehen und dann über die Math-Funktion des 
Oszis die Differenz bilden.

Beim EEVBlog gibts irgendwo nen Video über das Thema.

von W.A. (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Ansonsten mit dem Oszi. Allerdings brauchst Du hier eigentlich einen
> Differenztastkopf bzw. Differenzverstärker

Die Zeiten sind genauso eigentlich vorbei. Üblicherweise verfügen 
heutige Nicht-Museums-Oszilloskope über eine Math-Funktion. Wahlweise 
gibt es meist direkt eine Funktion für die Anzeige der Differenz oder 
sie läßt sich generieren, indem man die Summenfunktion benutzt und einen 
der beiden Kanäle invertiert. Genaueres verrät üblicherweise das 
zugehörige Handbuch.

von Gerd E. (robberknight)


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W.A. schrieb:
>> Ansonsten mit dem Oszi. Allerdings brauchst Du hier eigentlich einen
>> Differenztastkopf bzw. Differenzverstärker
>
> Die Zeiten sind genauso eigentlich vorbei.

nein, siehe unten.

> Üblicherweise verfügen
> heutige Nicht-Museums-Oszilloskope über eine Math-Funktion. Wahlweise
> gibt es meist direkt eine Funktion für die Anzeige der Differenz

klar. die Methode hab ich ja beschrieben.

Nur hast Du es hier meist mit 2-stelligen Millivolts zu tun. Du bist 
also im untersten Messbereich und nur etwas über der Rausschwelle Deines 
Oszis.

Das Oszi mit der Math-Funktion digitalisiert jeden Wert für sich und 
subtrahiert dann die digitalisierten Werte. Bei diesen kleinen Werten 
machen die doppelten Qantisierungsfehler was aus.

Wenn Du dagegen einen guten Differenztastkopf oder Differenzverstärker 
hast, wird die Differenzbildung noch im analogen Bereich gemacht. Bei 
guten Geräten (wie z.B. dem oben genannten DA1855A) hast Du dann noch 
einen einstellbaren Tiefpass und einen rauscharmen Verstärker dabei und 
bringst das Signal so auf ein Niveau, in dem Du es mit dem Oszi genauer 
messen kannst.

: Bearbeitet durch User
von Gästchen (Gast)


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Das Extech 430 hat nur 1kHz Bandbreite, wenn ich richtig gelesen habe.

Rippel messen bei >100kHz - MHz (wie bei modernen Schaltreglern üblich) 
kann damit also gar nicht funktionieren.

Entweder man kauft ein passendes Multimeter (falls es sowas gibt), oder 
man nimmt ein Oszi. Selbst ein Rigol DS1052E kann Spitzenwerte und RMS 
ausrechnen, damit kann man Rippel messen.
Das hat auch die nötige Bandbreite dazu.

Natürlich ist so ein Oszi ungenauer. Aber schnelle Signale genau messen 
ist leider nicht einfach.

Umso höher Bandbreite * Genauigkeit, umso aufwändiger :-)

von Anja (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Du bist
> also im untersten Messbereich und nur etwas über der Rausschwelle Deines
> Oszis.

Gerd E. schrieb:
> (wie z.B. dem oben genannten DA1855A)

Gästchen schrieb:
> Natürlich ist so ein Oszi ungenauer.

Es gibt für den Preis eines DA1855A auch locker Oszis mit 12 oder sogar 
16 Bit A/D-Wandler Auflösung. Teilweise auch mit spezifiziertem Rauschen 
(70uV).

Auch gute Multimeter haben bei AC-Funktionen ihre Schwierigkeiten mit 
der Genauigkeit. (Meßgleichrichter + Crest-Faktor).

Gruß Anja

von hp-freund (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Beim EEVBlog gibts irgendwo nen Video über das Thema.

Vor kurzem habe ich auf yt ein Video zum Thema gesehen.
Weiß aber nicht mehr ob von David oder einem Anderen.
Verglichen wurde die Messung von Oszi und einem Fluke oder Keysight mit 
Dual Display die die gleichen Ergebnisse angezeigt haben.
Finde es aber leider nicht wieder :(
Kennt das jemand oder hat den link?

von Marko ⚠. (mos6502) Benutzerseite Flattr this


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Die normale AC-Messung ist hier nicht das Mittel der Wahl. Was einen bei 
einer Versorgungspannung ja hauptsächlich interessiert ist, wie weit 
nach oben oder unten die Spannungsspitzen gehen. Die Funktion, die man 
braucht nennt sich Peak Min/Max:

https://www.youtube.com/watch?v=8VML_6Qlb7M

Das Fluke 87V kann z.B. Spitzen von 40us ausreichend genau messen:

https://www.youtube.com/watch?v=UZPjG892C40

Einfach mal mit dem Multimeter messen geht deutlich schneller als Oszi 
booten, alles einstellen, etc. Desweiteren kann man mit dem Multimeter 
auch mal an der Primärseite von einen Schaltnetzeil messen, was mit dem 
Oszi nicht so einfach geht.

Wenn man dann ungewöhnlich hohe Spannungsspitzen gefunden hat, dann 
kommt das Oszi dran, um zu sehen was genau los ist.

: Bearbeitet durch User
von Gerd E. (robberknight)


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Anja schrieb:
> Es gibt für den Preis eines DA1855A auch locker Oszis mit 12 oder sogar
> 16 Bit A/D-Wandler Auflösung. Teilweise auch mit spezifiziertem Rauschen
> (70uV).

Das interessiert mich jetzt aber. Was für welche meinst Du?

von Anja (Gast)


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z.B. ein PicoScope aus der 5000er Serie.
https://www.picotech.com/oscilloscope/5000/flexible-resolution-oscilloscope

oder das PicoScope 4425 mit 12 Bit und quasi-differentiellen Eingängen.

Gruß Anja

von Harald W. (wilhelms)


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Rolf F. schrieb:

> Ich möchte einfach nur die Rippelspannung von Versorgungsspannungen
> messen, aber es zeigte sich das es auch mit True RMS Digitalmultimetern
> nicht funktioniert,

Könntest Du mal erklären, wozu Du den
Effektivwert der Rippelspannung brauchst?

von Rolf F. (Firma: G.) (benutzername0)


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Harald W. schrieb:
> Rolf F. schrieb:
>
>> Ich möchte einfach nur die Rippelspannung von Versorgungsspannungen
>> messen, aber es zeigte sich das es auch mit True RMS Digitalmultimetern
>> nicht funktioniert,
>
> Könntest Du mal erklären, wozu Du den
> Effektivwert der Rippelspannung brauchst?

Einfach Testen ob Netzteile intakt sind, z. B. ATX-Netzteile oder 
Schaltnetzteile mit 12 V-Ausgang.
Da können ja Elkos altern und dann wird der daran hängende Rechner 
instabil.

Deshalb wird bei den Netzteil-Tests der Zeitschrift c't auch die 
Rippelspannung gemessen. In der ATX-Spezifikation sind dazu ja auch 
Maximalwerte definiert.

So wie es aussieht brauche ich wohl ein DMM mit einem 10 µF 
Folienkondensator um den Gleichspannungsanteil wegzufiltern.
Also einen Tastkopf mit 10 µF und mit einem Taster nach GND, damit er 
schnell geladen wird.

: Bearbeitet durch User
von Anja (Gast)


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Rolf F. schrieb:
> In der ATX-Spezifikation sind dazu ja auch
> Maximalwerte definiert.

http://www.formfactors.org/developer/specs/ATX12V%20PSDG2.01.pdf

Die sind aber als Peak-Peak Werte und als (differentielle) 
Oszilloskopmessung mit 20 MHz Bandbreite definiert.

Mit einer Effektivmessung kommst Du da nicht weit.

Gruß Anja

von Harald W. (wilhelms)


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Anja schrieb:

> Die sind aber als Peak-Peak Werte und als (differentielle)
> Oszilloskopmessung mit 20 MHz Bandbreite definiert.
>
> Mit einer Effektivmessung kommst Du da nicht weit.

Genau darum ging es mir in meiner Frage. Man kann m.E. ein
solches Spitzenspannungsmeßgerät auch selbst bauen. Wie schon
gesagt, den Gleichspannungsanteil per Reihenkondensator
abtennen; das Wechselspannungssignal verstärken, gleichrichten
und sieben. Dann mit einem normalen Multimeter messen.

von Gerd E. (robberknight)


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Anja schrieb:
> z.B. ein PicoScope aus der 5000er Serie.
> https://www.picotech.com/oscilloscope/5000/flexible-resolution-oscilloscope

Danke für den Link, die kannte ich noch nicht. Sehen von den 
Datenblättern her gut für solche Messungen geeignet aus.

Hast Du Erfahrung mit diesen Geräten?

Sind die High-Res Modes mit 14+Bits wirklich brauchbar für sensitive 
Messungen? Taugt die FFT-Funktion?

Gibt es irgendeinen Haken?

von Anja (Gast)



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Gerd E. schrieb:
> Hast Du Erfahrung mit diesen Geräten?

Das 4425 habe ich auf Arbeit.
Das 5444A habe ich mir vor kurzem privat zugelegt.
(vor der saftigen Preiserhöhung um Faktor 1,5).

Ich halte die hochauflösenden Messungen für brauchbar.
Auch wenn der kleinste Bereich bei 10mV/Div erreicht ist.
Aber man kann noch 50:1 zoomen. (hat also 0.2mV/Div bei reduzierter 
Auflösung).

Allerdings ist so ein hochauflösender Meßaufbau natürlich nicht immer 
"mal eben schnell gemacht".
Man braucht teilweise schon entsprechende Schirmungen oder 
Bandbreitenbegrenzungen. Alternativ die Auflösungserhöhung 
(Oversampling) auf 20 Bit.

Die FFT-Funktion ist ebenfalls brauchbar (bis 1 Mio Bins). Allerdings 
etwas eigentümlich in der Bedienung. Ich habe es bis heute noch nicht 
geschafft nachträglich aus einer Messung eine FFT zu erzeugen. Man muß 
erst die Parameter einstellen und dann mit der daraus berechneten 
(krummen) Abtastrate sampeln.

Haken:
Bei 16 Bit hat man nur noch einen Kanal. (Die Wandler werden alle mit 
Oversampling parallel geschaltet).
Es wird also Auflösung gegen Kanalanzahl und Abtastrate getauscht.
Zum Glück brauche ich nicht beides gleichzeitig.
Bei mehr als 2 aktiven Kanälen braucht man das externe Netzteil.
Ohne Tastkopf gibt es bei der 5000er Serie nur +/-20V (4V/Div) als 
maximalen Eingangsbereich.

Bei Dave gibt es ein tear down.

https://www.eevblog.com/2013/09/18/eevblog-521-picoscope-5000-usb-oscilloscope-teardown/

Ansonsten mal eine Strom-Ripple Messung an einer meiner 
Batteriewächter Schaltungen am 1 K-Ohm Widerstand in der 
Batteriezuleitung. (Damit entspricht 1 mV auf der Y-Achse einem Strom 
von 1 uA).

Gesamtüberblick 2 Sekunden (alle Sekunde erfolgt eine Batteriemessung 
Strompeak).
Den Strompeak gezoomt (innerhalb der Gesamtmessung).
Und dann noch die kleinen Strompeaks (auch innerhalb der Gesamtmessung) 
die alle 16 ms den Display-Refresh machen.

Gruß Anja

von Gerd E. (robberknight)


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Danke für den ausführlichen Erfahrungsbericht.

Anja schrieb:
> Allerdings ist so ein hochauflösender Meßaufbau natürlich nicht immer
> "mal eben schnell gemacht".

Das ist klar.

> Haken:
> Bei 16 Bit hat man nur noch einen Kanal.

Dann braucht man doch wieder einen Differenztastkopf oder speziellen 
Trenntrafo mit niedriger kapazitativer Kopplung wenn man an Schaltungen 
mit Erdbezug messen möchte.

Oder wie machst Du das?

> Ansonsten mal eine Strom-Ripple Messung an einer meiner
> Batteriewächter Schaltungen am 1 K-Ohm Widerstand in der
> Batteriezuleitung. (Damit entspricht 1 mV auf der Y-Achse einem Strom
> von 1 uA).

Das sieht wirklich gut aus, für so eine Messung müsste man ansonsten 
ziemlich schweres Geschütz auffahren.

von Anja (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Oder wie machst Du das?

Mein Laptop hat einen Akku, (Oszi ist also bei USB-Speisung erdfrei)
bzw. Meine Schaltungens sind meistens sowieso mit Akku gespeist.

Notfalls (wenn höhere Spannungen im Spiel sind) würde ich das halt als 
Differenzmessung mit 15 Bit Auflösung für 2 Kanäle machen. Wobei 
meistens auch 14 Bit reichen würden.

Gerd E. schrieb:
> Das sieht wirklich gut aus,
Tja, ein >= 12 Bit Oszi hat schon einen gewissen Suchtfaktor.


Gruß Anja

von Rolf F. (Firma: G.) (benutzername0)


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John schrieb:
> Rolf F. schrieb:
>> Das kleine billige VC921 zeigt abwechselnd für circa eine halbe Sekunde
>> 0,0 an und für eine halbe 4,7 V.
>
> Schalte mal Auto-Range ab.

Ja, das funktioiert bei beiden und bei +5 V und +12 V zeigt sich ein 
AC-Anteil um 10 mV.
Damit ist die Autorange-Funktion murks, denn ohne funktioniert die 
Wechselspannungs-Messung.

Es funktioniert auch die Variante 10 µF Folie in Reihe zu schalten, 
wobei das langsame Laden durch das DMM nicht stört.

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