Präzisions-Analogwandler (0..10V nach 0..5V, linear)

@ Mat (Gast)

>ich möchte ein analoges Sensorsignal Ue (0..10 Volt) auf den Bereich Ua
>(0..5V) linear abbilden: Ua = (1/2) Ue.

Das nennt sich Spannungsteiler.

>Diese Umwandlung soll möglichst präzise sein (auf z.B. 1 mV).

Das wären bezogen auf 10V 0,1 Promille bzw. 100ppm. Da musst du schon 
VERDAMMT genaue Widerstände suchen.

>Ich würde das gerne noch gegen Temperaturschwankungen absichern. Gibt es
>eine Möglichkeit, eine Art Temperaturkompensation dafür zu bauen?

>Eine Idee wäre, die Widerstände so dicht aneinander zu bauen, dass eine
>Änderung der Temperatur auf beide Widerstände nahezu in die gleiche
>Widerstandsänderung mündet, und so die Genauigkeit nur noch
>hauptsächlich von den Widerstandstoleranzen abhängen.

So in etwa. Es gibt Widerstände auf dem gleichen Substrat, das kommt dem 
sehr nahe.

>Gibt es aber im Prinzip Schaltungen mit denen man eine Stabilisierung
>der Temperaturschwankungen erreichen kann?

Nennt sich Ofen, sowas wird u.a. für sehr genaue Quarzoszillatoren 
benutzt.

Aber brauchst du WIRKLICH 100ppm GENAUIGKEIT? Wofür?

Mat schrieb:

> Ich würde das gerne noch gegen Temperaturschwankungen absichern.

Dann nimm Widerstände mit geringem Tk.

Tom schrieb:

> Zwei solche für den Anfang. Dann kann man noch den Feinabgleich machen.
> www.reichelt.de/?ARTICLE=12751

Entscheidend ist eigentlich nur der Tk, aber 25ppm sollte da ausreichen.
Aber falls sich Anja noch meldet, wird sie bestimmt noch ein Haar in der
Suppe finden. :-) Erstaunlich, wie billig solche Widerstände inzwischen
sind. Feinabgleich macht man am besten in der Software.

Wieso nicht fertige Präzisions-Spannungsteiler nehmen? Die sind in einem 
Gehäuse und fertig aufeinander abgestimmt.

Beispiel (Mit 100kΩ, 1:1, 0.035%):

https://www.maximintegrated.com/en/products/analog/data-converters/digital-potentiometers/MAX5490.html/tb_tab0

Luther B. schrieb:
> Beispiel (Mit 100kΩ, 1:1, 0.035%):

Nö, der Baustein reicht nicht aus, da der Threadersteller eine 
Genauigkeit von 0,01% gefordert hat. Da muss man sich schon bei Vishay 
o.ä. Herstellern in der Ecke mit den hochgenauen Spannungsteilern 
umschauen. SMD-Bauteile besitzen zudem den Nachteil, dass mechanische 
Spannungen der Leiterplatte sehr leicht übertragen werden und man bei 
Handlötung das Bauteil sehr ungleichmäßig erwärmt. Deswegen werden 
hochgenaue Widerstände/Spannungsteiler fast ausschließlich in 
bedrahteter Form verwendet.

Der Threadersteller sollte sich auch ein paar Gedanken darüber machen, 
wie er die korrekte Funktion des Spannungsteilers und vor allem des 
nachgeschalteten Spannungsfolgers nachweist. Hierfür benötigt man ja ein 
Multimeter, welches nochmals ca. eine Größenordnung genauer ist.

Auch der Spannungsabfall und der Innenwiderstand der Quelle, die den 
Spannungsteiler treibt, ist ggf. nicht zu vernachlässigen, da man sich 
sonst eine Asymmetrie einfangen kann.

@ Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)

>Nö, der Baustein reicht nicht aus, da der Threadersteller eine
>Genauigkeit von 0,01% gefordert hat.

Er glaubt das brauchen zu müssen ;-)

0,01% incl. kleinem TK ist schon die HOHE Schule der 
Präzisionsmesstechnik, die man nicht einfach mal so meistert. Und schon 
gar nicht alles für drei fuffzich aufbaut.

c-hater schrieb:
> Wenn du nun noch je vier dieser Widerstände des Arrays parallel
> schaltest, ergibt sich ein Spannungsteiler, der noch ein Klasse genauer
> ist als der garantierterte Höchstunterschied zwischen den
> Einzelwiderständen.

wie das?
oder meinst meinst du der Spannungsteiler ist mit einer gewissen 
Wahrscheinlichkeit eine Klasse genauer?

Mat schrieb:
> ich möchte ein analoges Sensorsignal Ue (0..10 Volt) auf den Bereich Ua
> (0..5V) linear abbilden: Ua = (1/2) Ue.
> Diese Umwandlung soll möglichst präzise sein (auf z.B. 1 mV).

Ok, mal davon abgesehen, dass dein Sensorsignal ebenso genau sein muss 
(Gegentakt- und Gleichtaktstörungen), bräuchtest du einen ADC mit realen 
14 Bit Auflösung. Dann kommen hier aber Offset, INL, DNL, unsaubere 
Speisung hinzu und weg ist deine Präzision.

> Ich würde das gerne noch gegen Temperaturschwankungen absichern. Gibt es
> eine Möglichkeit, eine Art Temperaturkompensation dafür zu bauen?

Ein schlaues Layout hilft hier auch schon: Seebeck-Effekt kann hier 
schon einige mV einspielen. Und auf einem PCB gibts diverse 
Wärmequellen...

Fazit: Klingt nach einer grossen Herausforderung, die nicht in 1 Tag und 
mit 10 Euro gelöst wird.

Hei,

fertig gibt es das auch:
857-402 Messumformer von Wago

Aber wahrscheinlich willst Du nicht >200€ ausgeben? ;-)


Grüße,

Tom

Tom P. schrieb:
> fertig gibt es das auch:
> 857-402 Messumformer von Wago

Dieser Wandler besitzt nur eine Genauigkeit von 0,08% zzgl. 0,01%/K. 
Damit ist er locker um eine Größenordnung schlechter als vom 
Threadersteller gefordert. Ich frage mich ohnehin, warum der 
Threadersteller vermutlich völlig willkürlich eine so hohe Genauigkeit 
fordert, wenn vermutlich weder der Sensor noch die hinter dem 
Spannungsteiler befindliche Elektronik eine ähnliche Genauigkeit bieten.