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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Miliohm zuverlässig messen


Autor: Tom (Gast)
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Seid gegrüsst

Ich hoffe, hier kann mir jemand einen kleinen Tip/Denkansporrn zu 
folgender Situation geben:

Gegeben ist ein Schalter, welcher periodisch öffnet und schliesst.
In der Zeit, in der er geschlossen ist, interessiert mich der 
Durchgangswiderstand.
Da dieser im Miliohm-Bereich ist und ich da keine 10A durchjagen kann 
(höchstens ~150mA), brauch ich eine gute Messgrundlage.

Meine Idee war es, die Spannung um Faktor x per Opamp zu verstärken und 
dann analog zu messen.
Auch würde ich eine "Eichfunktion" einplanen, damit Leiterbahn etc. 
keine Auswirkungen haben.

Was gibts sonst noch zu beachten?

Danke für die Hilfe!

Gruss

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

problematischer wird wohl der Zustand sein, wenn der Schalter offen ist.
Dann liegt Deine Meßeinrichtung in Reihe zu Quelle und Last, die der 
Schalter schaltet. Das dürftest Du so begrenzen müssen, daß einerseits 
die MEsseinrichtung damit klarkommt, andererseits kein zusätzlicher 
Meßfehler erzeugt wird und der evtl. fließende Strom Deinen offenen 
Schalter nicht zu einem schlecht geschlossen macht.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Ralf Schwarz (spacedog) Benutzerseite
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Eine einfache und genaue Lösung findest du hier:

  * http://de.wikipedia.org/wiki/Wheatstonesche_Messbrücke

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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schau mal, wie eine 4leiter-messung funktioniert. damit eliminierst du 
die leitungswiderstände

Autor: Martin Winterhoff (mawin)
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Schaltbeispiel "Widerstandsmessung an bewegten Kontakten",
Zeitschrift Elektronik 1976, Franzis Verlag,

Dort komplett dimensioniert und beschrieben. Für 0 bis 2000 mOhm mit 
Display-Speicher etc..

Autor: Tom (Gast)
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Danke schonmal für eure Beiträge.

Der Fall, in dem der Schalter geöffnet ist, ist unproblematisch, da die 
gesamte Messung per Mikrocontroller durchgeführt und ausgewertet wird.

Eine Idee:
Wenn ich z.B mit einem FET / Bipolarer Transistor eine 
Konstanstromquelle baue, die abzugreifende Spannung auf einen Opamp lege 
und den Wert dann per ADC einlese?
Erreiche ich da eine vernünftige Genauigkeit im Bereich von ein paar 
Miliohm?

@Martin Winterhoff:
Wo finde ich diesen Artikel? Bin leider nicht fündig geworden auf die 
schnelle...

Gruss

Autor: Jens G. (jensig)
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>Erreiche ich da eine vernünftige Genauigkeit im Bereich von ein paar
>Miliohm?

Ja, aber wie gesagt - Vierleitermessung mußt Du machen, um 
Leitungswiderstände eliminieren zu können.

Autor: Ralf Schwarz (spacedog) Benutzerseite
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> Eine Idee:
> Wenn ich z.B mit einem FET / Bipolarer Transistor eine
> Konstanstromquelle baue, die abzugreifende Spannung auf einen Opamp lege
> und den Wert dann per ADC einlese?
> Erreiche ich da eine vernünftige Genauigkeit im Bereich von ein paar
> Miliohm?

So wirst du nur Rauschen messen. Für einen mittelmässigen 
Zufallsgenerator vielleicht okay. Aber wenn du den Widerstand messen 
willst, empfehle ich dir wirklich eine Brückenschaltung.

Autor: Michael (Gast)
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>Ja, aber wie gesagt - Vierleitermessung mußt Du machen, um
>Leitungswiderstände eliminieren zu können.

Oder ne Thomson-Brücke (Variante der Wheatstone-Brücke) verwenden, da 
eliminieren sich die Leitungswiderstände auch.

Autor: Ralf82k (Gast)
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Geht alle auch ohne Brücke. Nim den AD7793. Ist ein ADC mit PGA und ner 
genauen Referenz. Außerdem hat er eingebaute Stromquellen. Damit kannst 
gut im Milliohm bereich messen. Und wenn es noch genauer sein soll baust 
du dir eine externe Stromquelle (Genauigkeit egal) mit 10mA-100mA. 
Einzigst brauchst du noch einen genauen Referenzwiderstand. Hab damit 
PT100 ausgemessen und das ging bis 0,001°C hinunter.

Autor: Michael (Gast)
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Also bei nem 24bit-AD-Wandler halte ich es für ein Gerücht, dass die 
Genauigkeit der externen Quelle keine relevanz hat. Mal ganz davon 
abgesehen, dass die Referenzquelle des AD-Wandler schon eine kleine 
Herausforderung da stellt.

Autor: Tom (Gast)
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Bin mir noch nicht schlüssig, wie ich es realisieren will.
Tendiere zurzeit aber zur Methode mit der Konstantstromquelle, einem 
Referenzwiderstand sowie einem ADC mit Referenzspannungsquelle.
Sofern ich noch was anderes finde oder mich umentscheide, werde ich dies 
hier kundtun.
Für weitere Vorschläge oder Anregungen bin ich aber weiterhin offen - 
vielen Dank!

Gruss

Autor: Gast (Gast)
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Hier, Schlunztipper und Nichtsucher, nimm das:
Beitrag "Widerstand im Milliohm-Bereich messen"

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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@ Michael

Die Referenzstromquelle spielt eigentlich keine Rolle. Kürzt sich in der 
Mathematik ja raus. Der Referenzeingang des ADCs liegt ja über dem 
"genauen" Referenzwiderstand. Somit misst der ADC direkt den Widerstand. 
Sollte der Strom nun schwanken gleicht sich das aus, da ja anteilig die 
Spannung an der Referenz und dem zu messenden Widerstand größer wird.

Das funktioniert allerdings nur wenn die Stromquelle stabil ist. 
Schwankt sie hochfrequent führt das natürlich zu fehlern.
Was meinst du damit " Referenzquelle des AD-Wandler schon eine kleine
Herausforderung da stellt" ?

Gruß Ralf

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Bei 24 bit eine genaue Referenz zu stellen, das ist schon nicht ohne idR 
kann man mindestens die unteren vier Bit in die Tonne kloppen, meist ist 
es noch mehr.

Wie meinst du das, dass sich der Strom raus kürzt? Um den Widerstand zu 
messen muss doch der Strom bekannt sein und wenn die Stromquelle zu 
ungenau ist ist es wieder essig, oder?

Autor: Jens G. (jensig)
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um die letzten paar Bits nicht in die Tonne kloppen zu müssen, kann man 
mehrere Meßwerte aufnehmen und Mittelwert bilden - oder anders 
ausgedrückt - Bandbreite reduzieren.

Autor: Uwe Bonnes (Gast)
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@Jens: Mittelwert bilden und Badbreite reduzieren, dass ist genau das, 
was der Delta-Sigma Wandler macht.

Ausserdem sollten sich die meisten hier noch mal den Unterschiede von 
Genauigkeit und Aufloesung klar machen.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ausserdem sollten sich die meisten hier noch mal den Unterschiede von
>Genauigkeit und Aufloesung klar machen.

Genau - Super Auflösung, und trotzdem daneben ;-)

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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Jens G. schrieb:
> Genau - Super Auflösung, und trotzdem daneben ;-)

Was ist daran auszusetzen? Es gibt keine Referenz die bei 24Bit auf 1LSB 
genau ist! Auch das Thermometer was ich gebaut habe war nicht auf 
absolut auf 0,001°C genau. Bestenfalls auf 0,1°C (war allerdings der 
Sensor schuld). Aber man konnte Tendenzen von 0,001°C erkennen, bzw. den 
Unterschied. Also Relativ war es schon auf 0,001°C genau. Und eine 
Änderung von 0,001°C bedeutet eine Widerstandsänderung von gerade mal 
390µOhm.

@ Michael
Vorausgesetzung ist das die Referenz rauschfrei ist. Aber selbst der ADC 
rauscht ja. Dann braucht man die letzten Bits nicht wegwerfen. Ohne 
Mittlung geht das wie andere geschrieben haben ja auch nicht.

Im Prinzip hast du recht. Das wäre aber nur dann der Fall wenn wir uns 
darauf verlassen würden das die Stromquelle z.B. 10mA abgibt. Mist man 
nun die Spannung über dem zu mesenem Widerstand  teilt man U/10mA = R. 
Wäre der Strom nun ungenau stimmt auch der Widerstand nicht!.

Aber der ADC hat einen Differenziellen Referenzeingang. Dort wird ein 
genauer (!!!) Referenzwiderstand angeschlossen. So wird der Strom in 
eine Spannung gewandelt und dient als Referenz. in Reihe dazu den 
zubestimmenden Widerstand und diese Spannung an den Eingang des ADCs.
Ein ADC macht nichts anderes als das Verhältnis der beiden Spannungen zu 
bestimmen. In diesem fall (U unbekanter R) / (U bekannter R) Was genau 
das Verhältnis der beiden Widerstände entspricht. Der Strom der da durch 
fließt spielt überhaupt keine Rolle mehr. Die Interne Referenz 
eigentlich auch nicht. Wird hier garnicht benutzt.

Angehängt :
Das war eine Messung mit der Internen Referenz an einer Trockenbatterie. 
Der ADC rauscht natürlich. Lag aber auch am Layout und der naja sagen 
wir mal etwas Luftschaltung.

Gruß Ralf

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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Hier auch noch mal die selbe Messung. Die Trockenbatterie wurde nur für 
eine sekunde angefast. Die Temperaturänderung führte zu einer direkten 
Spannungsänderung.

Nochmal zum Widerstand messen:
Mein Hauptproblem war natürlich der Referenzwiderstand. Da war erst ein 
normaler drin. Aber der hatte einen TK von 100. Wenn man mit dem finger 
den Referenzwiderstands kurz anfaste, führte das schon zu sehr großen 
änderungen im Messwert. Habe dann einen mit tk 5 genommen. Das war schon 
sehr zufriedenstellend. habe jetzt gesehen das es sogar welche mit TK 
0,2 gibt. Naja knapp 20EUR das stück :-)

Gruß Ralf

Autor: Ralf K. (ralf82k)
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Das ist die Verschaltung die ich meine. Das Thermoelement mal weg 
gedacht.
Am Ain2 hängt der zubestimende Widerstand. Dann ist das auch ne 
ordentliche 4-Leiterschaltung. IOUT2 kann auch irgendeine andere 
Stromquelle sein Genauigkeit wie gesagt egal. Nur stabil und 
einigermaßen rauschfrei..

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Viel mehr als 5% Genauigkeit wird der OP ja nicht fordern.

Was spricht also dagegen, einfach einen bekannten Strom über den 
Schalter zu schicken und den Spannungsabfall zu messen und zwar mit 
einem Chopper-stabilisierten Operationsverstärker? Wie wäre es z.B. mit 
einem TLC2652A mit einer Offsetspannung von 1µV? :-)

Für den "Konstant"-Strom tut es eine Spannnungsquelle (5V?) mit 
Widerstand. Schließlich ist der Spannungsabfall am Schalter so klein, 
dass sich dadurch keine relevanten Stromänderungen ergeben.

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Und das ist es ja, ich glaub ja gern, dass es mit dem ADC auch geht, 
keine Frage. Die Brückenschaltung wäre aber um einiges einfacher.

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