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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messspannung von Shunt verstärken, kfz


Autor: chriss1233 (Gast)
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Hallo,

ich habe ein Problem. Ich will in mein Auto zwei digitale Anzeigen 
einbauen, nur hab ich das Problem das díe Spannung von Shunt bei 150A 
bei 60mV liegt.

Das Panelmeter, also die Anzgeige hat einen Messeingang von 200mV max.

Also bräuchte ich ja um bei 60mV 150A anzeigen zu lassen eine OPAMP 
Schaltung mit 2,5 facher Verstärkung.


Welcher OP kann die kleinen Spannungen verarbeiten?


Woher muss ich die Versorungsspannung nehmen?

Der Shunt liegt ja an 13,6V und dahinter dann minimal 13,54V. Gibts 
keine Probleme mit der Versorungsspannung wegen dem Potential der 
Spannung zur Messpannung?

Laut normaler nichtinvertierter Verstärkerschaltung wird doch das 
Massepotenzial der Versorungsspannnung und der Ausgangsspannung 
zusammengelegt, ist das ein Problem? Gegen Fahrzeugmasse liegen da ja 
immerhin noch 13,54V an!

Oder wie würdet Ihr das machen?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Der Shunt liegt ja an 13,6V und dahinter dann minimal 13,54V

Dafür eignet sich ein INA138.
Der "holt" die kleine Shuntspannung runter auf GND-Bezug. DIe 
Verstärkung ist einstellbar. Du brauchst da nur nen 22,5k Widerstand 
(und evtl einen C zum abblocken). Dort kannst du deine Anzeige direkt 
anklemmen.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Wo kann man den INA138 denn beziehen? Bei Reichelt und Conrad gibts den 
nicht.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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RS hat ihn zum Beispiel.
http://www.rsonline.de

Upps, da war einer schneller :)

Autor: chriss1233 (Gast)
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Jo, aber warum eignet sich der denn dafür? liegt das am Massepotential 
oder an was anderem?

Teures teil, naja RS is ja eh ziemlich teuer.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Ja, das verstärkt deine kleine Shuntspannung und setzt es auf ein 
Massebezogenes Signal um. Weil die Multimeter (EInbaugeräte) ja meistens 
auch eine Spannungsvcersorgung benötrigen. Und die zu messenede SPannung 
wird gewöhnlich auf den Minuspol der SPannungsversorgung bezogen, auch 
wenn der Messeingang einen pos. und einen neg. EIngang hat, ist es 
meistens nicht möglich, dort beliebige Spannungslevel anzuschließen...

Welches Messgerät möchtest du verwenden?

Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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Kleine Frage,
wenn Dir der INA zu teuer ist, was spricht dagegen den Shunt in die 
Masseleitung zu packen ?
Somit wäre das Problem mit dem Bezugspunkt beseitigt.

Mir war so, als ob es mal in der Elektor eine ähnliche Anwendung gab, 
dort wurde einfach das vorhanden Masseband von Batterie zur Karosse als 
Shunt verwendet. Muss man halt nur selber "eichen" (Spannungsabfall bei 
I=?).

Autor: Huber (Gast)
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Diese Panelmeter basieren meistens auf ICL7106 oder ICL7107.
Denen kannst Du auch über die Referenzspannung an den Messbereich gehen!
Achtung: Die Dinger wollen potentialfrei versorgt werden!

Autor: Oliver _. (verleihnix)
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Eine OP-Schaltung kannst Du Dir bei meinem Power-Meter Projekt
abkupfern. Der Shunt wird in der positiven Seite untergebracht,
(fast) jede Verstärkung durch Rs möglich, Ausgabe dann Massebezogen.

Oder gleich das ganze Modul nachbauen :-))
=> http://www.dg7xo.de > Selbstbauprojekte > NT Power-Meter Modul

Viel Erfolg ...

Autor: Jan Weber (Firma: Schüler) (x8r)
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Hi,
könntest du vielleicht auch einfach einen Shunt mit einem größeren 
Widerstand nehmen? Falls das der Anwendungszweck zulässt...
Gruß
Jan

Autor: chriss1233 (Gast)
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@ Oliver M.: Danke für die Info, ich gucks mir morgen an, jetzt erstmal 
feiern....


@ Jan Weber:
Was sollte das bringen? Es kommen doch maximal 60mV am Shunt, die 150A 
müssen schon mindestens sein, zur not 120A aber einfacher ist es dann 
auch nicht.


Bei 500A Shunt kommen doch vom Shunt nur 18 mV, was soll das Bringen?

Autor: chriss1233 (Gast)
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Achja, den Shunt könnte ich natürlich auch in der Masseleitung 
Platzieren, dann brauch ich auch nicht so ein genaues gehäuse bauen, 
damit das nix berührt.


Wenn ich Ihn in die Masseleitung setze, ist dann nochwas zu beachten??

Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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Nur wo das höhere Potential ist, sonst gibts negative Messwerte. 8)
Ansich, im Auto nur das der Shunt "dick" genug ist, damit der Anlasser 
ihn nicht verglühen lässt, aber 150A sollten dicke reichen.

Was Jan Weber meinte, höherer Widerstand, also einen Shunt mit grösserem 
Widerstand. Bsp. 200mV @ 150A. Dürfte aber nicht leicht zu finden sein, 
da 60mV einen quasi Standard bei Leistungsshunts darstellt.

Autor: TZU (Gast)
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>bei 500A Shunt kommen doch vom Shunt nur 18 mV, was soll das Bringen?

Das ist doch viel. Hella misst im Batteriesystem im Umfang von 100uV.

Autor: Snt Opfer (snt-opfer)
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Achso, achten könnte man noch auf die Verbindugen zum Messgerät, nicht 
das die Schaltung den Shunt überbrückt, könnte Rauchzeichen geben.
Also Messgerät so anschliessen, dass nur die Sense (oder wie auch immer 
genannt) Leitung den Spannungsabfall am Shunt misst.
Falls die Polarität nicht passt, alles bis auf Messleitung auf die 
andere Seite packen. (Schwer erklärt, aber hoffentlich verstanden).

Autor: chriss1233 (Gast)
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Sry hab leider noch nie was mit OPs gemacht.

Also wenn ich ihn als letztes Glied in die Masseleitung der Musikanlage 
einbaue (ja, nur dessen Strom soll gemessen werden!), muss ja laut 
nichtinvertierter Verstärkerschaltung die zu verstärkende Spannung an Ue 
und GND anliegen. Die Verstärkte Spannung liegt dann zwischen Ua und 
GND.

Die Widerstände müssen ja R7=10k und R6=15k sein, da ja laut der 
Verstärkungsformel noch 1 dazuaddiert werden muss (V= 1+ (R6/R7)), damit 
ich bei 60mV dann auf 150mV komme(2,5 fache Verstärkung). Man könnte 
aber auch 60k und 90k sein, oder? (Hab gelesen zwischen 10k-100k sollte 
man fast immer richtig liegen)

Die Versorgungsspannung muss nur nach dem verwendeten OP gerichtet sein, 
damit dieser auch ordentlich verstärkt.

Is nochwas Falsch?

Die Versorgungsspannung der Panelmeter muss ja noch potentialgetrennt 
werden, dies mache ich mit einem  SIM1-1209 SIL4 :: DC/DC-Wandler, SIL 
4, 1 W, in 12 V/out 9 V für 5,10€ pro Stück, denn einer kann nur 110mA 
und beide Anzeigen haben zusammen 120mA.

Gibts da ne bessere/günstigere Möglichkeit? Denn die DC/DC wandler 
bringen schon einen schlechten Wirkungsgrad (min. 70%)?

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Morgen,
ich hab auch mal so ein Messpanel benutzt, war so ein billiges von 
Reichelt. Damals hate ich mich dazu informiert und diese DC/DC Wandler 
als brauchbarste Lsg. zur Potentialtrennung gefunden. Ist halt nich 
billig, aber ich kann bestätigen, dass es funktioniert, auch wenn bei 
meiner Suche damals Leute dabei waren wo es wohl nicht klappte, warum 
auch immer. Also bei mir gings, warum machst du dir bei solchen Strömen 
Sorgen um den Wirkungsgrad des DC-Wandlers? Achso, es gibt auch eine 
Seite, wo jemand so ein Teil in seinen VW-Bus gebaut hat, der hat dann 
den Wandler gleich in das Messgerät integriert, das passt genau. Hast du 
LDP 235/240 von Reichelt? Kann man da vielleicht die Beleuchtung 
ausschalten, dann ziehts vermutch weniger Strom, aber dann hättest du 
vermutlich n billigeres genommen... Angeblich kann man die ja auch mit 
12 betreiben, nimmste halt nen anderen Wandler, bei 12V solltest du 
vermutlich auf die 50mA im Datenblatt kommen.

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Braucht man den OPAMP eigentlich? Man könnte doch noch einen Widerstand 
parallel schalten, der eine geringere Stromaufnahme hat, oder lieg ich 
da falsch?

Autor: chriss1233 (Gast)
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Was sollte das bringen mit dem Widerstand? Dadurch erhöht sich doch die 
Spannung nicht?!


Sonst ist mein gedachter Aufbau ok?


Unschön finde ich es halt das ich mit einen Stepö-Down-Inverter erstmal 
die 13,6V auf 12V und dann den DC/DC Wandler von 12V auf 9V.

Bei Reichelt hab ich keine 9V/9V DC/DC wandler gefunden!

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Ich dachte auch an 12v/12V, hab aber gerade gesehen, dass die natürlich 
dann auch weniger belastbar sind. Hab noch nicht ganz verstanden wo die 
13,6V her kommen, gehst du direkt an die Lichtmaschine? Die Spannung 
steigt davon natürlich nicht, hatte das mit den 60mV vergessen... Hm 
naja man könnte dann noch mit nem Spannungsteiler auf 15mV kommen, aber 
das is natürlich recht ungenau, tja, dann wohl Verstärker...

Autor: chriss1233 (Gast)
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Im KFZ liegt die Versorgungsspannung ja ziemlich zwischen 13,6 bis 
11,8V!

Ich habe schonmal diverse Probleme gehabt mit 12V Schaltungen (LEDs 
durchgebrannt, etc!), deshalb will ich das jetzt richtig dimensionieren.

Der Regler der LiMa regelt das zwar ziemlich aus, aber kurzfristig kann 
dann auch mal 13,6V an der Schaltung liegen!

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Ich bin zwar auch nicht der Elektronikfachmann, aber ich denke die 
Spitzen kannst du sicher mit ner Zener Diode abfangen und gegenüber den 
0,2V könnte das ganze tolerant sein, aber vielleicht sollte jemand mit 
mehr Ahnung das noch absegnen.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>>Im KFZ liegt die Versorgungsspannung ja ziemlich zwischen 13,6 bis 11,8V!
>Der Regler der LiMa regelt das zwar ziemlich aus, aber kurzfristig kann
>dann auch mal 13,6V an der Schaltung liegen!

Ein Bleiakku hat eine Ladeschlussspannung von 2,4V pro Zelle. bei einem 
12V Akku also 14,4V. Hier setzt massig Gasung ein.

Gewöhnlich werden Bleiakkus mit 2,3V pro Zelle, hier also mit 13,8V 
Konstantspannung geladen. Der Ladestrom stellt sich aus der der 
Differenz zur Akkuspannung sowie des Innenwiderstandes ein.

I_Lade = (U_Lade - U_Akku) / R_innen

Also liegt die "normale" Boardspannung bei laufendem Motor bei ~13,8V.
Ohne laufendem Motor, im Winter beim Starten kann diese locker auf unter 
10V fallen!

Somit sollten Schaltungen für das Boardnetz eine 12V PKWs mindestend 
einen Eingangsspannungsbereich von 10..15 V haben...

Welchen Strom wollt ihr eigentlich messen?
Zuleitung Batterie?? Zuleitung Endstufe??
Macht es doch nicht komplizierter als es ist..

Autor: chriss1233 (Gast)
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Ich will nur den Strom der Musikanlage Messen direkt an der Masseleitung 
zur Batterie (50mm²)

Autor: chriss1233 (Gast)
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Ich habe eben zwei TL 061CP-FET geschenkt bekommen, kann ich die für die 
verstärkung gebrauchen? Bin mit dem Datenblatt etwas überfordert?!

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Naja, was heißt komplizierter als es ist, man kann ja mal alle 
Möglichkeiten in Betracht ziehen. Kompliziert wäre das ganz mit nem 
uController mit Display zu machen, obwohl das natürlich dann erweiterbar 
wäre ;-)
Achso und eignetlich will nur der Chris messen und zwar den Strom seiner 
Endstufe.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Oder wenn der TL 061CP-FET nicht geeignet ist, welchen könnte ich sonst 
verwenden, der relativ verbreitet und nicht zu teuer ist?

Autor: Johannes (Gast)
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Wenn Du nicht so viel basteln möchtest: Google mal nach KFU8-USC-1.D.
Im MSR-Magazin 7-8/2007 wird dieser Messumformer auch vorgestellt.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Ja der wird wohl relativ teuer sein, da er ja von P&F kommt.

Keiner eine Ahnung welchen OPAMP ich benutzen kann?

Autor: chriss1233 (Gast)
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Och Leute Ihr habt mir bis hierhin doch schon super geholfen! Noch einen 
Operationsverstärker  den ich benutzen kann und ich bin zufrieden!

Autor: STU (Gast)
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http://www.ocean-marine.de/elektrik/frames/fr_batt...

Der 200A Shunt ( S200A ) spuckt 200mV aus...

Autor: chriss1233 (Gast)
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Aber leider habe ich schon einen Shunt! 150A 60mV

Autor: Icke Muster (Firma: my-solution) (hendi)
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Hi Chris, lies dir doch einfach mal im ELKO die Grundlagen durch, ich 
nehme mal an, das hilft dir weiter. Stichworte währen halt Verstärker, 
invertierender Verstärker... Du kannst sicher auch mit den FETs was 
machen dürfte dort auch nachzulesen sein, leider hab ich nicht die 
Ahnung um dir sofort zu helfen und auch grad nicht die Zeit mich 
einzulesen. Da du die FETs aber schon hast, kannst du damit ja n bissel 
experimentieren. Im Datenblatt sind ja auch n paar Schaltungsbeispiele 
drin. Da steht zwar auch, dass die Versorgung bei 15V liegt, anderer 
seits gibts auch ein Diagram, in dem Versorgungsspannung und Output 
gegenüber gestellt sind, das geht scheinbar auch niedriger, wenn ich das 
richtig interpretiere.
EDIT: Hab grad mal geguckt beim nichtinvertierenden Verstärker ist auch 
eine einfache Beschaltung dabei, vielleciht reicht das schon für deine 
Zwecke:
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm
Greets

Autor: chriss1233 (Gast)
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Ich lese mir das nochmal durch doch die Grundlagen sind mir bereits 
klar.
Danke dafür!

Die Frage ist nur welcher OPAMP diese niedrigen Spannungen verarbeiten 
kann. Ich suche also nur noch einen für meine Anwendung passenden OPAMP.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Also ich hab mir mittlerweile auch einen LM 358 gekauft, mit dem 
funktioniert die Grundverstärkung zwar, aber mit steigendem Messwert 
verändert sich die Ausgangsspannung nicht mehr! Was kann das sein?



Die Normalspannung wurde um das 2,5 fache verstärkt, aber warum steigt 
die Spannung bei höherer zu verstärkenden Spannung nicht mehr?


Sehr komisch, ist in Standartbeschaltung als nicht-invertierter 
Verstärker.


**:

Ich bin grad nochmal die Schaltung durchgegangen, die sollte ok sein!

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Versorgung OP, Feedbackwiderstände, Ausgangslast, Ausgangsspannung?

Autor: chriss1233 (Gast)
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Versorgung mit 12V im KFZ stabilisiert.

Feedbackwiderstände sind 10kOhm und 15kOhm sodass sich nach 
Standartbeschaltung (nichtinvertiert!) ein Verstärkungsfaktor von 2,5 
ergibt.


Eingangsspannung ist 0-60mV, die Ausgangsspannung ist dann entsprechend 
0-150mV.


Ausgangslast ist nur die Auswertung in einem Digital-Panelmeter, was 
sehr hochohmige Eingänge hat.




Muss der Op zusätzlich belastet werden?

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Nein, muss er nicht. Ist eigentlich alles in Ordnung, sollte der OP 
locker packen. Ab welcher Ausgangsspannung verstärkt er denn nicht mehr? 
Mal das Panelmeter abgeklemmt, und mit DVM gemessen? Mal einen zweiten 
OP probiert? Irgenwas stimmt da nicht.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Hättest doch einfach einen INA138 genommen. Der Preisvorteil des LM358 
wird durch diese ewige Bastelei aufgezehrt..

;-)


EDIT:
Ich denke, es könnten folgende Probleme sein/auftreten:

-  lt Datenblatt hat der LM358 5mV Eingangsoffset, bei 0..60mV
   EIngangsbereich ist das evtl nicht zu vernachlassigen (zumal
   meineswissens die Topologie nicht-invertierend für solche Probleme
   anfälliger ist, deshalb wird immer wenn möglich, invertierend
   verwendet)

-  Die Ausgangsspannung von 0..150mV liegt auch sehr nahe an der 
negativen
   Versorgungsspannung (GND). Da ich denke, dass du den direkt auf GND
   gelegt hast. lt Datenblatt (und auf 12V Betriebsspannung 
umgeschätzt),
   steht ein output-voltage-swing von ca 10,5V, also 0,8V<U_out<11,2V
   zur Verfügung...

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ist der LM358 überhaupt ein Rail2Rail Verstärker wenn nicht ist es 
logisch das die Verstärkung ab einer gewissen Spannung nicht mehr 
zunimmt, bzw. nicht die Höhe der Versorgungsspannung erreicht.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Also vorher lag im Stand-by der Musikanlage die Spannung um so 0,4-0,5mV 
nach Anschluss der OP-Schaltung bei 1,1-1,2mV. Der Faktor stimmt ja 
anscheinend!

Aber wenn ich nun die Musikanlage aufdrehe passiert nix, also die 
Spannung bleibt bei 1,1-1,2mV egal wieviel Leistung ich verbrate.




sehr strange......

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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- Input offset ist in der Tat ziemlich hoch für diese Anwendung.

- Input common-mode range ist spezifiziert von 0V...+Ub-1,5V

- Out ist bis auf ein paar mV auf GND spezifiziert.

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Kannst Du mal Deine GENAUE Schaltung einstellen? Auch, wo welche 
Abgriffe sind, etc.

Autor: chriss1233 (Gast)
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von oben.

Autor: chriss1233 (Gast)
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Und unten, jaja ich weiß is etwas viel Lötzinn geworden.

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Oh man, die Schaltung, und nicht den Aufbau...
Außerdem solltest Du den OP lokal noch mit Blockkondensatoren veresehen, 
und den nicht benutzten OP als Buffer schalten, dessen Input auf GND 
liegt; nicht offen lassen!

Autor: chriss1233 (Gast)
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ok den Input auf Massepotential legen, beide? (invert., nicht-invert.)

Und den Output wohin?


hier mal die Schaltung.

Autor: Tcf Kat (tcfkat)
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Den nicht benutzten OP als Spannungsfolger beschalten, also -In an Out, 
und den +In dann auf GND. Out bleibt dann offen.

Die Schaltung ist richtig, mal separat getestet ob das wirklich 
funktioniert?

Jetzt wäre noch interessant, wie und wo der Shunt liegt, wo GENAU Du den 
Verstärker angeschlossen hast... ich frage nicht nochmals nach, Popel 
aus der Nase ziehen ist nicht mein Ding.

Ich vermute, Du hast als GND-Bezug der Schaltung die falsche Seite des 
Shunts gewählt, die Eingangsspannung ist negativ, der OP kann aber nur 
positive Spannung verstärken. GND der Schaltung muss auf der Seite des 
Shunts liegen, die auf Bordnetzseite liegt. Messeingang an der Seite des 
Shunts, die zum Verbraucher geht.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Warum nimmst nicht die invertierende Schaltung, wenn du dich schon 
weigerst, den INA138 zu nehmen:

  /--------------o--------------------------------- 12V 
Bordnetz/Verstärker
  |              |
  |              |        /---[R2]---------\
  |              |        |      ______  |
  |              |        o------|-     |--o-----o-- U_out (auf GND 
bezogen)
  |+           R_Last     |    /-|+ OPV |        |
-----            |        |    | --------       DVM
 === Bat         |1       |    |2                |
  |              o--------(----o-----------------o-- GND 
Bordnetz/Verstärker
  |-             |        |                            (Fahrzeugrahmen)
  |            R_Shunt    R1
  |              |        |
  \--------------o--------/   Knoten 1 und 2 sollten nahe 
zusammenliegen, oder
                              besser sternförmig sein.

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