Spannung mit µC gegen Nicht-Ground messen

Cyblord ---- schrieb:
> Geht aber auch so. Du misst einfach die Spannung VOR dem Widerstand (im
> Bezug auf Ground), und die Spannung NACH dem Widerstand ebenso mit Bezug
> auf Ground und subtrahierst beide Werte.
Theoretisch schon. Ist aber nicht besser als
"Schiff mit Käpt'n wiegen und Schiff ohne Käpt'n wiegen. Wie schwer ist 
der Käpt'n?"
Man verschenkt dabei irgendwie Auflösung...  ;)

Diese Shunt-Monitore klingen nach dem, was ich suche. Genauigkeit ist 
mir in der Tat wichtig. So wichtig, dass der 12-Bit-ADC "meines" XMEGAs 
eh nicht ausreichen dürfte.

Danke

Peder schrieb:
> Da ich
> aber kein Elektroniker bin und bisher nur Digitalelektronik angefasst
> habe, stehe ich bei dieser augenscheinlich trivialen Fragestellung total
> auf dem Schlauch, denn:

Wie kommst Du dann auf Deine Forderung 12 - 16 Bits?
Die ist ja nun sehr weit gefaßt.

m.n. schrieb:
> Wie kommst Du dann auf Deine Forderung 12 - 16 Bits?

Die war noch nicht fertig durchgeplant. Und es vergrößert unter 
Umständen das Antwortspektrum. ;)

Wenn du ohne zusätzliche externe Beschaltung auskommen willst gäbe es 
eventuell noch die Möglichkeit den Eingang für die Analoge 
Referenzspannung zu missbrauchen und diesen auf die High-Side des 
Widerstandes zu legen.

Peder schrieb:
> Die war noch nicht fertig durchgeplant. Und es vergrößert unter
> Umständen das Antwortspektrum. ;)

Sicherlich!
Wie schnell soll denn gemessen werden? Vielleicht verrätst Du uns auch 
die Anwendung?

Peder schrieb:
> oder läuft das eh immer auf AD-Wandler hinaus?

Davon geht hier stillschweigend jeder aus, es sei denn, Du schaltest 
einen Spannung-Frequenzwandler dazwischen und wertest die Frequenz aus. 
Das geht auch ganz gut und läßt sich gut galvanisch trennen.

Alexander Schmidt schrieb:
> Kannst du das mal näher ausführen?
> Mit der Thomson-Brücke misst man eigentlich einen Widerstand.
>
> Was für eine Spannung ist das, wo kommt sie her, wie belastbar ist sie,
> wie hoch ist sie maximal?

Ich habe eine Reihe von Widerständen, die ich qualifizieren möchte. Wenn 
die Widerstandswerte genau dem entsprächen, nach welchem die Brücke 
abgeglichen wurde, sollte die Spannung zwischen R3/R4 und R5/R6 null 
sein bzw. es sollte dort kein Strom fließen. Da ich aber weiß, dass 
meine zu qualifizierenden Widerstände nicht dem geforderten Wert 
entsprechen, sollte theoretisch ein messbarer Strom fließen, den ich 
messen möchte. Über diesen Strom ziehe ich dann mit Hilfe einer 
Kalibrierkurve Rückschlüsse auf den Widerstand.

So weit zumindest die Theorie. Die Brücke selbst funktioniert auf dem 
Steckbrett. Die Stromquelle (LM217) hingegen, die die Brücke speisen 
soll, bricht "irgendwie" zusammen. Ohne die Brücke liefert sie 100mA, 
mit der Brücke nur noch 30..40mA. Angeblich kann der LM217 deutlich 
mehr. Hat jemand Erfahrung mit diesem Chip oder ist das hier schon der 
falsche Thread dafür? Die Brücke funktioniert zwar trotzdem, aber das 
finde ich nicht normal...

Peder schrieb:
> Die Stromquelle (LM217) hingegen, die die Brücke speisen
> soll, bricht "irgendwie" zusammen. Ohne die Brücke liefert sie 100mA,
> mit der Brücke nur noch 30..40mA.

Wie gross ist denn Vcc? Wenn Du die Brücke wie gezeichnet anschliesst, 
liegt an der Brücke bei 100mA 35 Volt an. Wenn Deine Vcc kleiner ist, 
kann eben auch nur noch ein kleinerer Strom fliessen.

Ein Kühlblech hab ich nicht benutzt, weil bisher auch noch nichts warm 
geworden ist.

Ich habe gerade mal das Netzteil hochgedreht, bei 16V sieht es wieder 
normal aus. So weit bin ich vorher nicht gegangen und so weit habe ich 
auch nicht gedacht. Das gefällt mir natürlich nicht so gut. Was wäre 
denn dann hier die bessere Wahl: Kleinere Widerstände wählen oder einen 
kleinen Strom? Da die Spannung über der Brücke ja ohnehin aus der 
Gleichung fällt, sollte es doch eigentlich egal sein, oder?

Peder schrieb:
> Ich habe gerade mal das Netzteil hochgedreht, bei 16V sieht es wieder
> normal aus.

Dann können aber keine 100mA fliessen, die Deine Stromquelle angeblich 
liefern soll.

Nicht, dass ich das verstehen würde, aber sobald am Adjust-Pin ein 
10µF-Kondensator zu Ground geschaltet wird (wie im Datenblatt 
empfohlen), gehen die 100mA auch schon bei 8..10V.

Bei 16V wurde es tatsächlich verdammt heiß. Der Kondensator hat ziemlich 
viel davon gemerkt und liegt jetzt nur noch bei 8µF, aber es 
funktioniert immer noch und es gibt nirgendwo einen Kurzschluss, der den 
Stromfluss erklären könnte. Zumindest erkenne ich keinen.

Auch die Referenzspannung, die beim LM217 zwischen Adjust und Output 
liegen soll, stimmt. Also: Keine Ahnung, aber glücklich. Ich werde 
trotzdem wohl noch die Widerstände der Brücke soweit reduzieren, dass 
die Last für den LM217 nicht zu hoch wird. Danke noch mal an alle.


Grüße

Peder

Peder schrieb:
> gehen die 100mA auch schon bei 8..10V.

Und das ist nach dem Ohmschen Gesetz einfach unmöglich. Wenn Deine 
Brücke so aufgebaut ist wie gezeichnet, dann hat sie einen 
Gesamtwiderstand von ca. 351Ohm. Mal 100mA ergibt das eine Spannung von 
35.1V, die an der Brücke liegen müssten.
Wenn Du den Kurzschluss über R5-R6 entfernst, beträgt der Widerstand 
sogar ca. 650Ohm und es müssten bei 100mA sogar 65V an Deiner Brücke 
anliegen.
Also irgendwas ist hier faul. Wahrscheinlich stimmt die Zeichnung hinten 
und vorne nicht und Du erzählst hier Blödsinn.

Brücke schrieb:
> Also irgendwas ist hier faul. Wahrscheinlich stimmt die Zeichnung hinten
> und vorne nicht und Du erzählst hier Blödsinn.

Schade. Bisher war es so schön friedlich hier.

Mein Labornetzteil und ein zwischengeschaltetes Multimeter zeigen mir 
als vom Netzteil abgehenden Gesamtstrom etwa 100mA an. Am Ausgang des 
LM217 liegen auch keine 35V an. Dass es das bei 10V Eingangsspannung 
auch nicht tun sollte, ist mir klar. Ich habe nur keinen weiteren 
Gedanken mehr daran verschwendet. Der gemessene Gesamtwiderstand der 
Brücke stimmt mit ~355Ohm auch. Also ist die zumindest richtig 
aufgebaut.

Sehr wahrscheinlich beträgt der Strom nach dem Ausgangspin keine 100mA 
mehr. Es würde sich also lohnen, das zu messen und den Fehler entweder 
in der Interpretation der 100mA oder im LM217 bzw. dessen Verschaltung 
zu suchen.

So könnte man zum Beispiel vorgehen und eben das auch als Empfehlung 
mitgeben. Das hinterlässt einen viel angenehmeren Eindruck und wäre eher 
ein Zeichen von Größe als das:

Brücke schrieb:
> Wahrscheinlich stimmt die Zeichnung hinten
> und vorne nicht und Du erzählst hier Blödsinn.


Nun, so wie es aussieht, liegt es tatsächlich in irgendeiner Weise am 
LM217, da dessen Ausgangsstrom nur 20mA und die Ausgangsspannung etwa 7V 
betragen.
Der restliche Strom fließt anscheinend hinter dem Adjust-Kondensator zu 
Ground ab. Für mich heißt das, dass ich wohl a) den Strom reduzieren 
werde, b) die Brücke umdesignen werde und c) dem Regler nach der 
Empfehlung von Joe bzw. dem Datenblatt noch weitere Kondensatoren 
spendieren werde.

Was das ursprüngliche Problem mit der differentiellen Spannungsmessung 
betrifft, warte ich erstmal ab, bis der INA226 da ist und ich ihn testen 
kann.


Grüße

Peder schrieb:
> Was das ursprüngliche Problem mit der differentiellen Spannungsmessung
> betrifft, warte ich erstmal ab, bis der INA226 da ist und ich ihn testen
> kann.

Irgendwie verstehe ich nichts mehr.
Wozu eine Strommessung, wenn letzlich eine Spannungsmessung reicht?
Es soll auf 12-16 Bit genau(?) gemessen werden, und jetzt wird ein 
INA226 favorisiert, bei dem ein erster Blick ins Datenblatt "0,1% Gain 
Error (Max)" erahnen läßt, daß die vorherige Anforderung mit großer 
Sicherheit nicht erfüllt werden kann.
Auch ein LM217 als Stromquelle erscheint mir sehr ungeeignet.

Harald Wilhelms schrieb:
> Irgendwelche Präzisionsmessungen sind so natürlich
> völlig unmöglich.

Na ja, in hiesiger Schaltung arbeitet der LM eher als 'simple switcher', 
der nach Expertenmeinung "Kondensatoren im Schnellverfahren altern" 
läßt.
Was es nicht Alles gibt? ;-)

G. H. schrieb:
> hmmm, auf den Umstand, dass R5/R6 kurzgeschlossen sind ist der TO noch
> immer nicht eingegangen. Wofür soll das gut sein?

Die Brücke hat eigentlich auch noch einen Widerstand mehr: R7 ist ein 
Widerstand mit 0,2 Ohm, an dem der INA226 hängen wird. Nach der Lektüre 
des Datenblattes bin ich zuversichtlich, dass der INA226 genau das ist, 
was ich gesucht habe mit einer (theoretischen) Auflösung von 2,5µV.
War es das, worauf du hinaus wolltest, oder fehlt da noch was? Mein 
fliegender Aufbau funktioniert mit Multimetermessung ganz gut und die 
Schaltung selbst habe ich als Thomson-Brücke von der Uni Kaiserslautern 
und Wiki.

Alexander Schmidt schrieb:
> Du könntest auch mal ein (scharfes) Foto vom Aufbau machen.

Ein Foto möchte ich niemandem antun - das ist ein Steckbrett und die 
sind von Haus aus hässlich. ;)

Die Strom-Ungereimtheit hat sich ja jetzt geklärt. Die Stromquelle war 
einfach viel zu hoch eingestellt im Vergleich zu der Spannung, die sie 
bekommen hat. Die Bauteilwerte der Brücke sind nun korrigiert worden und 
es fließen nur noch 50mA mit sinnvollen Werten für die Spannungen am 
Netzteil und über der Brücke.


@ m.n.
Beim INA lässt sich viel kalibrieren und selbst danach geht das noch mal 
im µC durch eine Kalibrierkurve durch. Ich hoffe, dass jegliche Offsets 
und Nichtlinearitäten einfach herausgerechnet werden können. Ansonsten 
komme ich noch mal wieder. ^^

Peder schrieb:
> Beim INA lässt sich viel kalibrieren und selbst danach geht das noch mal
> im µC durch eine Kalibrierkurve durch. Ich hoffe, dass jegliche Offsets
> und Nichtlinearitäten einfach herausgerechnet werden können.

Dann viel Erfolg und berichte, ob der Abgleich wie gewünscht 
funktioniert oder das Teil von Hause aus schon hinreichend genau 
arbeitet.

Wolfgang R. schrieb:
> Steckbrett...
>
> 16 Bit Auflösung...
>
> Ohje...

Das ist nur der Handaufbau. Nächste Woche geht das auf Platine. Die 
16-Bit-Lehrerfahrung auf Steckplatine habe ich schon hinter mir. ;)