Bestimmung des Verbrauchs bei Strömen 1000 µA - 0,1µA

[Verwirrter Anfänger (Gast)]

Hi,
ich bastel unter anderem an einem kleinen low power Temperatursensor. 
Bevor ich das ganze jetzt mal zusammenfasse und online stelle, wollte 
ich nochmal genauer den Verbrauch bestimmen.

Mein billiges Multimeter sagt mir, das der im Ruhezustand bei ca. 0.5µA 
liegen sollte und beim aktiven Senden irgendwo um 1mA beträgt.
Ich denke, dass die aktive Zeit in dem Bereich von ein paar Milisekunden 
liegt.

Das Problem das ich nun habe, ist das ich weder ein genaues Multimeter 
habe um den Ruheverbrauch exakt zu bestimmen, noch ein Osziloskop habe, 
mit dem ich das Verhältnis zwischen Ruhezeit / Aktivzeit genauer 
auswerten könnte.

Ich hab schon das Gerät auf:
http://alternatezone.com/electronics/ucurrent/
gesehen, und das kommt mir sehr interessant vor, würde mir aber trotzdem 
nicht helfen das Verhältnis genauer zu bestimmen.

Mein Ansatz wäre nun, den Verbrauch durch Langzeitmessung der Entladung 
einer Batterie oder eines Kondensators zu bestimmen. Ist das in 
irgendeiner Weise realistisch mit einfachen Hausmitteln machbar?

Z.b. weiss ich, dass der Sensor innerhalb von 46 Tagen eine CR2032 
Knopfzelle von 3.23V auf 3.13V entladen hat. Kann ich hieraus irgendwie 
errechnen, wieviel Energie der in etwa verbraucht hat?

Gehe ich z.B. nach diesem Datenblatt:
http://www.battery [spezialist] .com/Merchant2/energizer/cr2032.pdf
(Das Forum denkt, dass die englische Variante von Spezialist Spam für 
eine kleine Blaue Pille ist)
Würde ich grob darauf schließen, das ich bisher 72mAh verbaucht habe. 
Macht das in irgendeiner Weise Sinn?

[Marc S. (euro)]

nimm einen kondensator, und mach es damit. achte aber auf die 
Selbstentladung des Kondensators und darauf, dass deine schaltung ja bei 
verschiedenen Spannungen verschieden viel Strom verbraucht !

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

mein Temperatursensor mit Tiny45 (war gerade da) und RFM02 als Sender 
verbraucht in Ruhe 4µA, beim Senden ca. 12mA. Gesendet wird ca. alle 
Minute ein Datenpaket mit 30 Byte bei 19200 Baud, dazu 16 
ADC-Wandlerzyklen und ca. 30ms Wartezeiten. Genauer ausrechnen hatte ich 
keine Lust, war eigentlich nur ein Experiment mit dem Gefrierfach.
Nun liegt es dort seit gut 2 Jahren, die CR2032 hält dort ca. 9 Monate 
durch.

Näheres dazu hier:
http://www.avr.roehres-home.de/

Ach ja; die Ruhestrommessung mit einem alten (analogen) 
Philips-Nessgerät im 10µA Bereich, eine Schottky-Diode parallel weil der 
AVR sonst beim Aufwachen abstürzt.

Gruß aus Berlin
Michael

[Verwirrter Anfänger (Gast)]

Marc Seiffert schrieb:
> nimm einen kondensator, und mach es damit. achte aber auf die
> Selbstentladung des Kondensators und darauf, dass deine schaltung ja bei
> verschiedenen Spannungen verschieden viel Strom verbraucht !

Das war meine erste Idee, aber ich bin mir nicht sicher, ob ich einen 
die Kapazität eines Kondensators und seine Selbstentladung genau genug 
bestimmen kann, um irgendwas sinnvolles rauszubekommen. Der Sensor 
schläft für 150 Sekunden, ich müsste den Sensor also mindestens 10 
Minuten lang laufen lassen, um auch nur annäherend genau ERgebnisse zu 
kriegen.

Wie würde ich die Anfangs- und Endladung des Kondensators bestimmen, 
geht das mit einem normalen Multimeter, oder beinflusst das die Messung 
zu sehr?

Würde es Sinn machen eine kleine Schaltung aus µC, Transistor und Sensor 
zu bauen. So dass der µC den Kondensator aufladen und seine Spannung 
messen kann? Damit könnte ich dann theoretisch mehrere Durchläufe 
machen.

               VCC
                +
                |
                |
                |
      o---------+-----o
                |
    ADC        ---     Sensor
               ---
                |
      o---------+-----o
                |
                |
    MC        |/
      o-------|
              |<
                |

                |
               ===
               GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Verwirrter Anfänger (Gast)]

Michael U. schrieb:
> Hallo,
>
> mein Temperatursensor mit Tiny45 (war gerade da) und RFM02 als Sender
> verbraucht in Ruhe 4µA, beim Senden ca. 12mA. Gesendet wird ca. alle
> Minute ein Datenpaket mit 30 Byte bei 19200 Baud, dazu 16
> ADC-Wandlerzyklen und ca. 30ms Wartezeiten. Genauer ausrechnen hatte ich
> keine Lust, war eigentlich nur ein Experiment mit dem Gefrierfach.
> Nun liegt es dort seit gut 2 Jahren, die CR2032 hält dort ca. 9 Monate
> durch.

Mein Sender ist nahezu gleich, nur das ich ein rfm12 mit 866mHz verwende 
und zum messen lediglich einen kleinen NTC. An deine Seite kann ich mich 
noch von der Entwicklungsphase her erinnern.

Mein Problem ist, das ich meine Entwicklung genauso sehe, wie bei dir, 
die Sensoren sind fertig, und sobald die verteilt sind, will ich 
eigentlich nicht mehr viel rum experimentieren. Deshalb dachte ich mir, 
mache ich jetzt nochmal gerade eine ordentliche Messung, und dann ist 
das geklärt.

Das ist sehr angnehm zu hören, das der Sensor bie dir schon seit 9 
Monaten läuft, ich hab mir bisher eine Laufzeit von ca. 6 Monaten 
angepeilt.
Hast du zufällig noch Infos, welche Fuses du bei dem Tiny gesetzt hast? 
Ich versuche zur Zeit die Wartezeit beim Aufwachen von 64ms auf 4ms zu 
reduzieren, und das funktioniert nicht immer ganz stabil. Auserdem 
schaffe ich es beim Senden mit 1mHz nicht die Daten schnell genug 
rauszuschicken und wechsle zwischendurch auf 8mHz.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Verwirrter Anfänger schrieb:
> Das Problem das ich nun habe, ist das ich weder ein genaues Multimeter
> habe um den Ruheverbrauch exakt zu bestimmen

Wie wär es mit einem Strom/Spannungswandler:

           ,----10K-----,
           |   _____    |
           |  |     |   |
Iin o-->---+--| -   |   |
              |     |---+---o Uout
           ,--| +   |
           |  |_____|
           |
          GND


Uout = -1 * Iin * 10K

1mA = -10V
1µA = -10mV
0,1µA = -1mV

Der OP sollte ein FET-Typ sein.
Vermutlich mußt Du einen Offsetabgleich machen.
Die Genauigkeit hängt dann eigentlich nur noch vom Widerstand ab.
Die Spannung misst Du dann mit einem Multimeter.


Gruß

Jobst

[Verwirrter Anfänger (Gast)]

Jobst M. schrieb:
> Wie wär es mit einem Strom/Spannungswandler:

Super Vorschlag, den konnte ich sogar noch schnell aus Resten hier 
zusammenbauen.

Insgesamt hab ich jetzt folgendes gemacht:

Mit Hilfe des Strom/Spannungswandlers den Ruhestrom gemessen:
1.3µA
Das ging recht einfach, weil der Sender jeweils ca. 150s im Ruhezustand 
verbringt.

Mit Hilfe eines AVRs, shunts und Instrumentenverstärker die Länge der 
aktiven Phase bestimmt:
4.3 ms
Der Instrumentenverstärker wird genutzt um die Spannung durch den Shunt 
soweit zu verstärken, dass sie als High Pegel erkannt wird, der avr 
misst dann einfach wie lange der Pin high ist.

Mit Hilfe eines größeren Widerstands (34.1 Ohm) und dem ADC des AVRs 
grob den Verbrauch im aktiven Zustand bestimmt:
30 mA
Diesen Wert konnte ich nicht mit dem Multimeter messen, da der nur ca. 
4ms anliegt, deshalb hatte ich den auch grob unterschätzt. dafür hatte 
ich die Zeit grob überschätzt. ;)

Entberechnung Verbrauch:
((150s *0.0013mA) + (0.0043s * 30mA)) / (150s + 0.0043s) = 0.0022mA = 
2.2µA

Obwohl ich mich komplett bei dem aktiven Stromverbrauch vertan hab, bin 
ich mit dem Endergebniss sehr zufrieden.
Selbst wenn ich von einer CR2032 Zelle nur die Hälfter der Energie 
nutzen kann (110mAh) sollte der Sensor damit noch fast 6 Jahre laufen.

Die Messungen sind natürlich sehr ungenau, aber ich schätze, dass der 
Verbrauch eher geringer ist als ich gemessen habe. Insbesondere da ich 
den Sensor beim Test mit ca. 4V versorgt habe (nach 1 Volt Abfall am 
Widerstand) und mit sinkender Spannung auch der Strom sinken sollte.

Selbst wenn der Verbrauch im aktiven Modus 50mA betragen sollte, läuft 
der Sensor mit einer Knopfzelle mindestens 4.5 Jahre. Bis dahin bin ich 
mindestens einmal umgezogen.

Das heißt, ich kann mich jetzt zurücklehnen und muss mir keine Gedanken 
mehr um Optimierungen machen.

Vielen Dank an alle für Eure Hilfe!