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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leiterbahn als Shunt


Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Ich möchte den Strom von 3 Servos messen. Dazu benötige ich wohl enien
Shunt nehmen, denn die Servos ziehen ja bis zu ca 2A.

Da ich das ganze 6x bauen will sollte es möglichst günstig sein. Da hab
ich mir gedacht ich könnte ja einfach ein stück Leiterbahn als shunt
benutzen.

Der Widerstand des Shunts wollte ca 0,05 Ohm betragen

Nur wenn ich die Leiterbahn jetzt 0,2mm breit mache (kleiner kann ich
nicht ätzen) müsste sie ca 20,5mm lang sein oder?(bei 35µ Kupferbelag)

l = (R*A)/p

Oder hab ich mich jetzt verrechnet?

Der Opamp müsste dann eine verstärkung von 50 Haben um 2A auf 5V
abzubilden oder?

Sollte ich HighSide oder LowSide strom messen?

für High Side bräuchte ich ja 2 OpAmps (einen als Subtrahierer und
einen als verstärker oder kann man beine aufgaben mit einem erledigen?)
Doch wird dann der fehler nicht zu stark oder das ganze zu anfällig? hab
bis jetzt noch nie was mit OpAmps gemacht.

Ich freue mich auf eure Tipps :)

Autor: pumpkin (Gast)
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moin,

mit deinen 20,5mm liegst du richtig; aber nur wenn es sich um DC
handelt. allerdings ist die tolleranz imho wirklich sehr schwer
einzuhalten da 0,05öhme recht wenig ist. aber man kann ja prima
'tunen' mit dem opamp. dein V von 50 stimmt auch soweit.
mit den begriffen low- bzw. highside kann ich gerade nichts anfangen
X )

pumpkin

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Naja ich meine ob ich den Shunt in die Versorungsspannung des Servos
schalte oder in die GND leitung

Ich würde ja auch einen höheren Widerstand nehmen aber bei 0,05 Ohm ist
die Maximale Verlustleistung von 200mW noch Akteptabel bei 0,1 sinds
schon 400mW usw (von 5V ausgegangen) und das kann schon ganzschön warm
werden.

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Ich würde es nicht als Leiterbahn machen. Nimm ein SMD-Widerstand 1206
oder auch 1210, so kannst du das später auch problemlos ändern.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Hallo,

"Sollte ich HighSide oder LowSide strom messen?"

So auf abhieb würde ich die Masse als referenz wählen - also Low-Side,
de dieser Punkt ja auch vom Controller, oder anderen Bausteinen als
Referenzpunkt benutzt wird. Ich wüßte auf Anhieb nichts, was gegen
Low-Sode spricht.

Gruß

Wolfgang
--
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Autor: unwichtig (Gast)
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Kupfer als Meß-Widerstand ist wg. Temperaturabhängigkeit denkbar
ungeeignet. Besser wäre Konstantandraht.

Autor: Sven (Gast)
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Breite 0,2mm für 2A? Ist das nicht ein bißchen wenig?

Sven

Autor: Stephan (Gast)
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Wollte nur erwähnen, wenn die Platine durchkontaktiert wird, werden auch
die Aussenlagen verstärkt, und aus 35um Kupfer werden bis zu 70um.

Stephan.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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@Sven die 2A sind ja selten der Dauerstrom sollte eher so bei 500mA bis
1A liegen. Bei 1A sind das gerade mal 50mW die da abfallen.

Durchkontaktiert wird nicht ... kann ich garnich :) Ich will das ganze
selbst ätzen.

Sollte ich auf der Platine lieber einen Platz vorsehen wo ich dann
einen Konstantandraht auflöte? Ich hab hier noch Konstantandraht mit
7,2 Ohm/meter (0,3qmm) davon bräuchte ich dann 6,94 mm da kann es doch
durchs auflöten schon zu fehlern kommen oder? (Das lötzinn könnte etwas
am draht entlangkriechen)

Autor: pumpkin (Gast)
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genau das meinte ich z.b. mit "allerdings ist die tolleranz imho
wirklich sehr schwer einzuhalten da 0,05öhme recht wenig ist.". jedoch
leitet lot ungleich schlechter als kupfer.
mach doch erstmal einen testaufbau um die grenzen des systems
auszuloten.

pumpkin

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Hmm das wird wohl die einzige Sinnvolle lösung sein stimmt schon.
Vielleicht könnte ich mir auch einfach einen wirklichen Widerstand
"bauen" d.h. ich nehme genau die Länge des Drahtes und löte an die
enden dickeren Kufperdraht wickel das ganze auf und löte es dann so an
die Platine.

Nur leider ist mein Labornetzteil immoment kaputt, deswegen hab ich
gerade keine Konstantstromquelle da :(

Autor: pumpkin (Gast)
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langer draht? aufwickeln? mmmmh, spule. ob das so gut ist musst du
selber beurteilen. wesentlich bequemer wäre es wirklich einen shunt zu
kaufen. kann doch nicht die welt kosten. aber zuerst ein netzteil  ^^

pumpkin

Autor: Sven (Gast)
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Wie genau willst Du denn messen? Wenn es nur um die Stromabschaltung
geht oder eine grobe Strommessung, ist vielleicht der TK des Kupfers
akzeptabel. Dann die Leiterbahn ein wenig breiter und im Mäander
verlegt, vernünftige Shunt-Abgriffe und es geht. SMD-Widerstände mit
50mOhm dürften für den Otto-Normal-Reicheltbesteller schwierig werden.

Sven

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Ich will nicht sehr genau messen, aber gut wäre es, wenn alle 6 Platinen
gleich messen (also z.b. alle den gleichen offset fehler drift fehler
usw) da ich über den Strom der servos die Belastung der Servos
berechnen will und darüber etwas regeln will.

Autor: Thomas O. (Gast)
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ich würde ne Drossel reinmachen, die glätten auch den Strom etwas.
Außerdem brauchst du eh nen OP-Amp damit die Auflösung nicht zu gering
ist.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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und dann an der Drossel die abfallende Spannung messen?

Und ja OpAmp sowieso

Autor: Thomas O. (Gast)
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ja vor und nach der Drossel messen, bei Reichelt steht bei den Drosseln
der Widerstandswert mit dabei.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Aber dann ahb ich ja wieder das Problem mit dem Temperaturkoeffizienten
von Kupfer ... Bzw ich könnte mir ja ne Spulte mit Konstantandraht
wickeln ... aber mein Konstantandraht hier hat 0,3qmm ... da kommt man
nciht auf ne anständige Länge. Wo bekommt man Konstantandraht? Ich hab
hier nur so n uralten aufspulrechen mit verschiedenen Drähten drauf.

Autor: emil (Gast)
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habe etwas ähliches mit einem netzteil gemacht, damit ich den
ausgangsstrom (bis 2a) messen kann:

shunt-wie richtig erwähnt, cu-leiterbahn ungeeignet, smd-shunt leider
viel zu teuer, daher-einfach kohlenschicht-widerstand 0.5W 1% 0.1ohm
von conrad, kostet ja nur 10-15 cent

auswertung-mit dem internen 20x gain vom adc im tiny26, kein extra
op-amp nötig (low-side messung, kein grund, sich das leben mit high-
side schwer zu machen)

genauigkeit der messung-ca. 5-7%, für mich ausreichend

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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> kein grund, sich das leben mit high-side schwer zu machen

Was ist der Grund für low-side?

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Naja grund für low side ist, dass der OpAmp oder controller auch Bezug
zum Ground hat und man so direkt z.b. 10mV bekommt und nicht erst die
4,99V von den 5V abziehen muss per OpAmp

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Ja aber man kann doch einfach einen Differenzverstärker (1 OP) benutzen,
der subtrahiert doch direkt.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Wie gesagt ich kenn mich mit OpAmps nich so genau aus und wusste nicht
ob man Subtrahieren und verstärken auf einmal machen kann ... aber
irgendwie ist es schon Logisch das das geht ^^

Da ich das ganze jetzt mit nem Tiny26 machen will u nd der ja auch nen
Differenzverstärker mit drin hat frage ich mich jetzt wieder, was jetzt
wirklich Sinnvolles ist .. High oder low side. Hat das eine irgentwelche
 Vorteile dem anderen gegenüber?

Autor: Johannes A. (Gast)
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Und welcher normal bekömmliche OP kann an der oberen Rail noch
vernünftig messen?

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Die obere Rail braucht man ja nicht, man kann sich die Spannung ja
runter teilen, meinetwegen 1:10. Wenn der Shunt dann entsprechend
ausgelegt ist, hebt sich das wieder auf und der Differenzverstärker
multipliziert dann einfach wieder mit 10 und alles ist gut. Oder nicht?

Autor: Johannes A. (Gast)
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Ja, wenn Du den Faktor immer selbst bestimmen kannst.
Nur wenn der fest vorgegeben ist, wie etwa beim Tiny26, und Du ihn voll
zur Verstärkung Deines Messsignals brauchst, dann nicht.

Autor: Sonic (Gast)
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Wieso nimmst Du nicht einfach Widerstandsdraht? Der ist weitgehend
Temperaturstabil, ist relativ Kurz (z.B. 1.09 Ohm/m) und wird bei einem
Querschnitt von 1mm sowieso nicht warm. Das Zeug gibt's bei Reichelt.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Widerstandsdraht ist doch Konstantandraht oder? aber ich denke auch mein
 0,3qmm draht is etwas dünn.

Autor: Johannes A. (Gast)
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Ähm, Sonic, sorry, aber das Thema ist hier wohl schon durch.
Auch wenn ich derselben Meinung bin wie Du ;-)

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Nehmt doch einfach ein 2W Leistungswiderstand mit 0.1 Ohm, der wird bei
2A nicht sonderlich warm.

Autor: N. K. (bennjo)
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Hi,
ich hab ein Argument gegen "high-side" Messung. Bei deinem
Differenzverstärker (bzw. einem nachgeschaltetem Subtrahierer) kommt es
stark auf die Genauigkeit deiner Wiederstände an.

Hab das selbst schon probiert...selbst mit 25-Gang Trimmern wars mir
nicht möglich über den gesamten Temperaturbereich ein passabel lineares
Verstärkungsverhalten zu erreichen!

Gruß,
Nikias

Autor: Johannes A. (Gast)
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Hauke, jetzt versteh ich gar nichts mehr. Ich mein, erst bist Du bei
0,2mm Platinenkupfer entsprechend 0,07qmm und dann findest Du 0,3qmm
Widerstandsdraht zu dünn...?

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Bei einer Leiterbahn kann man durchs Ätzen ziemlich genau die Länge
festlegen wenn man jetzt 0,3qmm Konstantandraht benutzt dann ist die
Leitung gerade mal 7 mm lang da schleicht sich doch sicher der ein oder
andere Fehler ein wenn man jetzt den draht mit 1qmm nimmt wärens knapp
46mm ...  zu viel da müsste man ne Spule wickeln. Aber führt das nicht
beim ein und ausschalten der Spannung zu Spannungsspitzen die den
controller dämolieren könnten?

Ich glaub ich nehm den 0,1 Ohm Widerstand vom R ist wohl die einfachste
lösung.

18 Widerstände sind knapp 5€ daran werd ich auch nich verrecken :>

Autor: Sonic (Gast)
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Also der Draht den ich hab' ist 0.9mm Durchmesser (0.64mm²), 1.09 Ohm /
m. Habe den als Stromshunt in einem Garagentorantrieb mit 0..8A
(0..250mV => 34mm Länge)eingesetzt. Da wird nix warm!

Autor: Johannes A. (Gast)
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Also zum Thema Fehler einfach nochmal dieses:

Kupfer, egal wie dick oder dünn, hat pro Kelvin einen
Temperaturkoeffizienten (oder Fehler) von 3,9 Promille, entsprechend
1LSB eines 8bit-AD-Wandlers. Bei 10° Temperaturunterschied, egal ob
durch Erhitzung infolge des fließenden Stromes oder wegen schwankender
Umgebungstemperatur, sind das um 4% und die Genauigkeit der ADC-Messung
sinkt auf unter 5bit.

Demgegenüber ist (fast) jeder Widerstandsdraht bei egal welcher
Temperatur immer genau genug für echte 8bit ADC-Auflösung, solange er
nicht so heiß wird, dass er sich von alleine auslötet...

In dem Kontext ist es meines Erachtens auch egal, ob die Lötung evtl.
noch 1% des exakten Wertes "klaut" oder nicht.

Autor: Winne (Gast)
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Leiterbahn bei 2 A ist o.k.(temperaturfaktor egal) muss auch nicht mal
0,05 ohm sein  0,0001 reicht reicht Dicke die Verstärkung des OPV
kannst du locker auf 1000-5000 bringen (über 10000 schalte 2
hintereinander) und mit nem poti(Spindeltrimmer) abgleichen,
alternativ, wenn ohnehin nen µC mit von der Partie sein sollte, tust Du
das mit der SW.

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Naja Verstärkung von 5000 ist ja toll nur meinst du, man kann dann noch
vernünftg Wandeln bei dem Rauschen, dass der ADC bekommt?

0,4mV ist sehr wenig, die verstärkt man nicht mal so mit einem LM324.

Autor: Johannes A. (Gast)
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Winne, welches ist Dein OPV, der bei 1000-5000facher Verstärkung noch
vernachlässigbares Rauschen sowie vernachlässigbare Temperaturdrift
hat? Und wo kann ich den zu vernünftigen Preisen beziehen? B2B, meine
ich. Für Privatkunden halte ich so ein Teil eh für völlig irrelevant,
weil um Klassen zu teuer, wenn überhaupt erhältlich.

Autor: Winne (Gast)
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immer noch 100 mal mehr als ein RFempfänger von der antenne bekommt und
kein problem zum messen

Autor: Johannes A. (Gast)
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Redest Du jetzt von AC- oder von DC-Verstärkung?
AC ist völlig einfach, selbst mit billigen Teilen.
DC ist bei der Verstärkung allerdings schon eine
echte Herausforderung.

Autor: Winne (Gast)
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Das Rauschen ist doch für ne Servostrommessung völlig irrelvant und wird
eh herausintegriert. Das sind doch an den Haaren herbeigezogenen
Probleme welche HF- und NF-Anwendungen nie aber LF betreffen.

Das geht mit jedem Bifet-OPV der ne Leerlaufverstärkung über 10 000
schafft.
Wir reden hier über quasi Gleichstrom und taufaktoren um 10tel
Sekunden. Das ist nicht einmal tiefes Brummen und dafür gibt es Cs.
oder SW.

Autor: Henrik J. (Gast)
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Ich habe auch ne Strommessung mit OP und Shunt realisiert.

Dabei habe ich herausgefunden, dass ne Verstärkung von 1000 schon echt
übel ist. Denn die Temperaturdrift wird ja mitvertärkt. Wenn du jetzt
0,4mV verstärkst und der OPV hat ne Temperaturdrift von 7µV / °C. Dann
hast du bei 10°C Erhöhung schon ne Verfälschung von ca. 70µV. Das
entspricht dann 70*100/400 = 17,5%. Autsch!

Autor: Johannes A. (Gast)
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@Winne
Ja klar sind die Argumente hier alle an den Haaren herbeigezogen.
Ok, dann erkläre uns doch bitte mal vor, wie Du mit jedem Bifet-OPV
über 10k Leerlaufverstärkung bei 1000-5000 Nennverstärkung die
Temperaturdrift der Eingangs-Offset-Spannung in einer rein
DC-gekoppelten Messschaltung wegkriegen willst.
Nur mal so als Anhaltspunkt: Um die von Dir angefochtenen 0,4mV von
Aufreger zu schlagen, musst Du uns schon deutlich unter 0,4µV
Temperaturdrift über, sagen wir mal, 20K Temperaturschwankung bieten
können. Bei den >1000 Verstärkung, die Du selbst ins Spiel gebracht
hast...

Autor: Winne (Gast)
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o.k. für arge Temperaturdriftprobs gibt es immer noch die Möglichkeit
der guten alten Kompensation. Sagen wir du hast unglaubliche 17%  Dann
kannst du nen 2.OPV als Referenz nehmen und mit ner
Referenzspannung/Stromquelle betreiben und die Messung über nen als
Differenzverstärker geschalteten OPV machen. Nimm dann aber nen
Doppel-OPV, damit beide temperaturgekoppelt sind.

Wwas sich so nicht kompensieren läst, laäst sich im µC rausrechnen. Nen
einfacher NTC gibt dir die Temperatur vom OPV Gehäuse reicht das noch
nicht, nimm ne Konstantstromquelle und versorge damit den 2.OPV sein
Ausgangssignal gibt dem µc den Korrekturwert vor.

mei o mei

Zur Not alles in ein beheiztes Styroporkalorimeter, wie bei den ersten
Quarzgeneratoren. Kompensieren und Konstanthalten sind doch nun die
ältesten Hüte der Mess- und Regeltechnik . So was hat man schon 20
jahre vor den OPVs mit Amatuermitteln beherrscht

Autor: Johannes A. (Gast)
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@Henrik
Mit Deinem "Autsch" hast Du völlig Recht.
Ich kämpfe schon ein paar Jahre mit einer vorgegebenen Eingangsstufe
für J-Thermoelemente, die mal so gerade 50µV/K bringen. Wenn der
betreffende Kunde wüsste, wie ich mir die abgelieferten Ergebnisse
zusammenlüge...

Autor: Winne (Gast)
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@ johannes

wie kompensierst du?

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Leute ... ich will mit meiner Schaltung nciht die Weltherrschaft an mich
reißen (oder doch?!?)

Das ganze darf sich auch um ein paar grad erwärmen

Ich werd wohl einfach den 0,1 Ohm 2W Lastwiderstand nehmen mit nem
tiny26 und 20x gain und gut is

Autor: Winne (Gast)
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apropos AC/DC auch da kann man viel machen in der messtechnik zum
beispiel DC Vorstufe mit geringerverstärkung(100) auf VCO --->
Frequenzähler der sollte natürlich temperaturstabil sein ;-)

Autor: Geniesser (Gast)
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Keinen Lastwiederstand, sondern 1 prozentig tolerierte 1 Ohm SMDs in
1206 um (oder sogar 0805 wenn kein Dauerstrom von 2A zu erwarten ist)
auf 0.1 Ohm zu kommen nehmen, ist die billigste Variante und genauer
wie dein Lastwiderst. Dazu silberhaltiges Lot und die Anschlussflächen
nicht zu knickrig bemessen und gut ist.

Autor: Geniesser (Gast)
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Lass besser das mit dem Kupfer, sonst wird aus der Überschrift noch

LEITERBAHN ALS SCHUND :)

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Ich wollte die Platine aber auch nich Übermäßig groß machen ... das
wären ja 10 SMDs Pro Leitung ... das ist finde ich n bisschen breit

Autor: Geniesser (Gast)
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Aaaber unschlagbar günstig. Irgendwo muss man halt Kompromisse machen,
nimm 0805! Event. das Ganze auf eine stehende Zusatzplatine, spart
Fläche, braucht dafür etwas Höhe (braucht dein Lastwiderstand ja auch).

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Ok dann werd ich wohl einfach mein kleines Stück Konstantandraht auf die
Platine löten, das ist das einfachste und billigste. Zur not kann man
auch noch mal korrigieren wenn einer n bisschen Mist misst :)

Autor: Johannes A. (Gast)
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@Winne
Wie ich kompensiere?

Na, halt danach, was ich weiß bzw. was mir meine externe Schaltung
liefert. Sofern ich selber die Kontrolle darüber habe, sprich, selber
die Schaltung vorgegeben habe und abfragen kann, natürlich mit allen
Mitteln, aber wenn ich die Kontrolle nicht habe, letztlich gar nicht.
Und genau das ist in den meisten Fällen so, d.h. selbst wenn irgendwo
im System noch eine Temperaturabfrage möglich ist, ist es für meine
Controllersoftware unmöglich, die konkret auf irgendeinen speziellen
Punkt der Schaltung zu beziehen.

Autor: Sonic (Gast)
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Nochmal wegen Verstärkung von 1000: Der INA102CG von Burr-Brown kann das
sehr gut! Die Verstärkung ist intern realisiert und wird durch Pins
'programmiert'. Die Temperaturkompensation ist auch drin. Nachteil:
Preis von über 15€! das Teil ist in einem DIL14 Gold-Keramik-Gehäuse
untergebracht. Soviel zum Thema DC Faktor 1000 vernünftig verstärken.

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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DC-Verstärkung von 1000, LOL

Jeder Entwickler versucht sowas zu vermeiden und ihr wollt das machen
zur einfachen Strommessung? Naja wäre toll, wenn es funktioniert.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Ich hab nie gesagt dass ich ne Verstärkung von 1000 brauche :)

Es bleibt wohl beim tiny26 + 0,1 Ohm Shunt (in welcher Form jetzt auch
immer) mit 20x gain und gut is da hab ich ne auflösung von 7,8 mA und
das reicht mir alle mal

Autor: Johannes A. (Gast)
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@Sonic und Aufreger
Yep! Genau so!

@Hauke
Bitte sei Dir im Klaren, dass der tiny26 im differentiellen Mode mit
Verstärker typisch 27 LSB "absolute accuracy" hat. D.h. die Auflösung
mag vielleicht 7,8mA sein, aber nur im Rahmen von 0,2A Genauigkeit.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Das reicht mir alle mal ich will nur ne grobe rückmeldung ob der Servo
belastet ist oder nicht.

Autor: Tobias (Gast)
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> Konstantandraht auf die Platine löten

Konstantan kann man nicht löten.

Autor: Hauke Radtki (Gast)
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Nicht? Ich hab noch nie Probiert Konstantandraht zu löten ... dachte
aber das geht.

Wie könnte man den draht sonst kontaktieren?

Autor: n/a (Gast)
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Der Konstantandraht, den ich vom großen C gekauft hatte (5 Ohm pro
Meter), läßt sich sehr gut löten!

Autor: Sven (Gast)
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55% Kupfer und 45% Nickel, das sollte schon zu löten gehen. Muss man den
Lötkolben bißchen heisser einstellen.

Sven

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