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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie 1mA Analog-Messwerk mit AVR ansteuern ?


Autor: UBoot-Stocki (Gast)
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Hallo,

ich möchte gerne ein 1mA-(Analog)Messwerk mit meinem Mega8 anstuern.

Prinzipiell könnte ich ein R2R-Netzwerk dazu verwenden. Allerdings bin 
ich mir nicht sicher ob das linear genug wird.

Eine andere Option wäre mittels eines PWM-Ausgangs und evtl. eines 
RC-Glieds das Messwerk anzusteuern.

Ich möchte mir großartige Experimente sparen und hoffe, dass jemand von 
Euch sowas schonmal gemacht hat... :-)

Wer hat Erfahrungen bzgl. Linearität und Genauigkeit? Gibts evtl. 
bessere Optionen ?

Gruß und schomal Danke für die Antworten

Andreas

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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UBoot-Stocki schrieb:

> Eine andere Option wäre mittels eines PWM-Ausgangs und evtl. eines
> RC-Glieds das Messwerk anzusteuern.

Da die Mechanik des Messwerks bereits integrierend wirkt, brauchst
du nicht einmal das RC-Glied.

> Wer hat Erfahrungen bzgl. Linearität und Genauigkeit?

Selbst eine 8-bit-PWM wird linearer und genauer sein als die meisten
mechanischen Messwerke.  Selbst zu Glanzzeiten passiver Analogmulti-
meter wirst du kaum eins finden, was es auf 1 % Genauigkeit bringt.
Das wäre gerade mal das Äquivalent von 7 bit.

p.s.: Analogmesswerke messen Ströme, keine Spannungen.  Dein AVR-Port
gibt eine Spannung ab.  Du brauchst also einen U-I-Wandler, auch
Widerstand genannt. ;-)

Autor: Christian H. (netzwanze) Benutzerseite
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UBoot-Stocki schrieb:
> Hallo,
>
> ich möchte gerne ein 1mA-(Analog)Messwerk mit meinem Mega8 anstuern.
>
> Prinzipiell könnte ich ein R2R-Netzwerk dazu verwenden. Allerdings bin
> ich mir nicht sicher ob das linear genug wird.

Wenn deine Rs genau sind, ist das Teil auch linear. Kommt nur auf die 
von dir gewünschte Auflösung an.

> Eine andere Option wäre mittels eines PWM-Ausgangs und evtl. eines
> RC-Glieds das Messwerk anzusteuern.

Da würde ich immer noch eine Rückmeldung einbauen. Ob das linear ist, 
weiß ich nicht.

Ich würde daher (je nach gewünschter Genauigkeit entsprechend viele 
Bits) ein R2R-Netzwerk verwenden. Die gibt es, meine ich, auch schon als 
komplettes IC (Typenbezeichnung gerade nicht zur Hand) die man zur 
Erweiterung der Genauigkeit ohne weitere stacken kann.

Autor: UBoot-Stocki (Gast)
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Hi,

"Selbst eine 8-bit-PWM wird linearer und genauer sein als die meisten
mechanischen Messwerke.  Selbst zu Glanzzeiten passiver Analogmulti-
meter wirst du kaum eins finden, was es auf 1 % Genauigkeit bringt.
Das wäre gerade mal das Äquivalent von 7 bit."

Die Skala ist etwa 10cm lang (hab ich jetzt nicht nachgemessen). 7Bit 
Auflösung wären 127 Werte verteilt auf die 10cm. Daraus folgere ich, 
dass z.B. von "50" auf "51" der Zeiger um ca. 1mm "springen" würde.

Die 1% Genauigkeit des Meßwerks beziehen sich doch darauf, dass bei "50" 
der Reale Werte "49" oder aber "51" sein kann. Trotzdem würde doch der 
relative "Sprung" von ca. 1mm da sein ?!

Der Vorteil des Meßwerks ist nun doch, dass es alle Zwischenwerte 
zwischen "50" und "51" anzeigen kann. Daher hätte ich gerne eine 
Auflösung von 9 oder 10 Bit. Bei 10BIT wird dann vermutlich die 
"Hemmung" des Meßwerks den "Sprung" verfälschen ...

Ist sowas mit einer PWM machbar ?

Gruß

Andreas

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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UBoot-Stocki schrieb:

> Die Skala ist etwa 10cm lang (hab ich jetzt nicht nachgemessen). 7Bit
> Auflösung wären 127 Werte verteilt auf die 10cm. Daraus folgere ich,
> dass z.B. von "50" auf "51" der Zeiger um ca. 1mm "springen" würde.

Ich habe ja auch nicht gesagt, dass du wirklich 7 bits nehmen sollst.

> Der Vorteil des Meßwerks ist nun doch, dass es alle Zwischenwerte
> zwischen "50" und "51" anzeigen kann.

Wenn der reale Wert aber dann 49 beträgt, ist es ja trotzdem irgendwie
Augenauswischerei.

> Bei 10BIT wird dann vermutlich die
> "Hemmung" des Meßwerks den "Sprung" verfälschen ...

Der Sprung wäre dann 0,1 mm, das wird an der optischen Wahrnehmungs-
grenze sein, sofern du nicht gerade mit einem Messmikroskop nachmisst.

Ja, die 16-bit-Timer des AVR haben einen 10-bit-PWM-Mode.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ UBoot-Stocki (Gast)

>Auflösung wären 127 Werte verteilt auf die 10cm. Daraus folgere ich,
>dass z.B. von "50" auf "51" der Zeiger um ca. 1mm "springen" würde.

Du verwechselst Auflösung und Genauigkeit mit analog/digital.

>Die 1% Genauigkeit des Meßwerks beziehen sich doch darauf, dass bei "50"
>der Reale Werte "49" oder aber "51" sein kann. Trotzdem würde doch der
>relative "Sprung" von ca. 1mm da sein ?!

Das ist eher ein Ablesefehler. Bzw. reicht es nicht, genau abzulesen, 
die Mechanik (Spule, Feder, Lager) müssen diese Genauigkeit und 
Linearität erstmal mitmachen.

>Der Vorteil des Meßwerks ist nun doch, dass es alle Zwischenwerte
>zwischen "50" und "51" anzeigen kann.

Siehe oben. Digital/analog

>Ist sowas mit einer PWM machbar ?

Sicher.

MfG
Falk

Autor: UBoot-Stocki (Gast)
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Hi,

">Die 1% Genauigkeit des Meßwerks beziehen sich doch darauf, dass bei 
"50"
>der Reale Werte "49" oder aber "51" sein kann. Trotzdem würde doch der
>relative "Sprung" von ca. 1mm da sein ?!

Das ist eher ein Ablesefehler. Bzw. reicht es nicht, genau abzulesen,
die Mechanik (Spule, Feder, Lager) müssen diese Genauigkeit und
Linearität erstmal mitmachen."

Jetzt habt Ihr mich abgehängt:
Nehmen wir an, das Messwerk hätte eine Genauigkeit von 1% (ist einfacher 
zu rechnen - real sind es 1.5%) Dann bedeutet das doch, dass der 
angezeigte Wert +/- 1% vom realen Wert sein kann. Ein 1mA-Messwerk zeigt 
bei realen 500µA also irgendwas zwischen 490 und 510 an.
Über den Linearitätsfehler der Anzeige gibt es ja keine Angabe. Hier 
zählt dann wohl die Linearität der Skala (welche z.B. bei 
Dreheisen-Instrumenten faktisch nicht gegeben ist). Denken wir uns nun 
für einen Moment Ablesefehler weg und die Skala linear - dann wird sich 
doch der Zeiger beim erhöhen des Stromes auf z.B. 510µA um 10µA nach 
rechts bewegen.

Oder mache ich jetzt einen Denkfehler ?

Gruß

Andreas

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  UBoot-Stocki (Gast)

>Jetzt habt Ihr mich abgehängt:

Deine Zitate sieht man nicht.

>Nehmen wir an, das Messwerk hätte eine Genauigkeit von 1% (ist einfacher
>zu rechnen - real sind es 1.5%) Dann bedeutet das doch, dass der
>angezeigte Wert +/- 1% vom realen Wert sein kann.

Nein. Das heisst, dass bei VOLLAUSSCHLAG der angezeigte Messfehler +/-1% 
beträgt. Ist der Messwert kleiner, ist auch der relative Fehler grösser.

> Ein 1mA-Messwerk zeigt
>bei realen 500µA also irgendwas zwischen 490 und 510 an.

In etwa.

>Über den Linearitätsfehler der Anzeige gibt es ja keine Angabe. Hier
>zählt dann wohl die Linearität der Skala (welche z.B. bei
>Dreheisen-Instrumenten faktisch nicht gegeben ist). Denken wir uns nun
>für einen Moment Ablesefehler weg und die Skala linear - dann wird sich
>doch der Zeiger beim erhöhen des Stromes auf z.B. 510µA um 10µA nach
>rechts bewegen.

>Oder mache ich jetzt einen Denkfehler ?

Nöö, aber was hat "nach rechts bewegen" mit Linearität zu tun? Klar ist 
die Kennlinie monoton, sprich sie sackt nicht zwischendurch mal ab. Aber 
sie "eiert", sprich eine Stromänderung um 10uA entspricht nicht immer 
einer Zeigerwinkeländerung um z.B. 1 Grad. Aber über solche Sachen zu 
philosophieren ist reichlich sinnfrei. Gute Messgeräte haben heute IMMER 
eine Digitalanzeige, dann gibt es a) keine Ablesefehler (ausser man hat 
die Brille vergessen ;-) und b) kann man wesentlich genauer messen, 
begrenzt durch Analogteil und AD-Wandler.

Analoge Instrumente haben "nur" den Vorteil der besseren Trendanzeige, 
sprich man sieht einen schwankenden Messwert bildlich. Eine flackernde 
Digitalanzeige ist da ziemlich unbrauchbar. Gibt es irgendwo Multimeter 
mit Digital- UND Analoganzeige? Und ich meine NICHT mit LCD-Balken!

MFG
Falk

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Falk Brunner schrieb:

> Gute Messgeräte haben heute IMMER
> eine Digitalanzeige, dann gibt es a) keine Ablesefehler (ausser man hat
> die Brille vergessen ;-) und b) kann man wesentlich genauer messen,
> begrenzt durch Analogteil und AD-Wandler.

Leider ist gerade bei den nicht so guten Digitalmessgeräten die
Unsitte verbreitet, viel mehr Stellen anzuzeigen, als der Rest des
Geräts eigentlich hergibt.

> Analoge Instrumente haben "nur" den Vorteil der besseren Trendanzeige,

Außerdem haben sie den Vorteil der eingebauten Integration in Folge
mechanischer Trägheit.  Wenn man schnell wechselnde Eingangsgrößen
hat, hat man auf einem zappligen Analogmessgerät zumindest noch eine
grobe Schätzung des Wertes, um den herum das zappelt, während man auf
einem Digitalmessgerät dann nur noch ,,Zahlensalat'' sieht.  (Bei
aktiven Analoggeräten passt das natürlich nur, wenn die Transienten
dann nicht den Aussteuerbereich des Verstärkers überfordern.)

Autor: Ralli (Gast)
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Wozu diese Diskutierei?

Programmier dir eine PWM-Ausgabe mit variablem Tastverhältnis von
0...1023 bis 1023 zu 1023 und  schließe das Instrument über 47 oder
51 kOhm (bei 5 V Betriebsspannung) daran an.

Experimente und Erfahrungen machen schlau!

Autor: Ralli (Gast)
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Sorry, 4,7 oder 5,1 kOhm bei 5 V! Ist ja ein 1 mA - Instrument...

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