Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessung mit Shunt und OPV


von Flat K. (flat)


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Hi,

habe mal so eine Verständnis Frage.

Ich möchte in Labview anzeigen, wieviel Leistung das Peltier Element 
erzeugen kann, wenn es auf beiden Seiten einen Temperaturunterschied 
gibt.
Der Mikrocontroller der die Temperatur und die  Spannung an Labview 
übergibt ist schon fertig.
Muss noch den Strom messen und daraus die Leistung errechnen.
Möchte mit einem Shunt Widerstand den Strom das an einem Peltier Element 
fliest messen.

Nun zu meiner Frage , da durch das Element nur wenig Strom fliest , 
denke ich reicht eine Strommesung von (0 bis 500mA) aus. Es kann maximal 
eine Spannung von 5v erzeugen.
Wenn ich nun einen Shunt von 0,1 Ohm nehme , da liegt ja 0.05mV an dem 
Shunt an und mit dem OPV das ganze *100 verstärken und 5V zum 
Mikrocontroller am AD Eingang übergeben. Wie kann ich die Auflösung 
einstellen ??

Bin ich auf dem richtigen Weg oder habe ich einen Denkfehler ?


Gruss

Flat

von Harald W. (wilhelms)


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Flat K. schrieb:

> eine Strommesung von (0 bis 500mA) aus.
> Wenn ich nun einen Shunt von 0,1 Ohm neme da liegt ja 0.05mV an dem
> Shunt an

Deine Beschreibung ist ziemlich verworren. Für mich kommen da
50mV raus. Und das bedeutet schon, das Du spezielle OPVs mit
geringer Offsetspannung brauchst.
Gruss
Harald

von MaWin (Gast)


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Flat K. schrieb:
> Wenn ich nun einen Shunt von 0,1 Ohm nehme , da liegt ja 0.05mV

wohl eher 0.05V

> an dem Shunt an und mit dem OPV das ganze *100 verstärken und 5V zum
> Mikrocontroller am AD Eingang übergeben. Wie kann ich die Auflösung
> einstellen ??

Die Auflösung ergibt sich durch dei A/D-Wandler, also z.B. 10 bit = 1024 
Stufen = 5/1024V = 4.88mV

Dazu kommt der Fehler durch den OpAmp, der muss auf 0.05/1024 = 48uV 
genau sein, das reissen billige OpAmps wie LM358 schon mal um das 
100-fache, und selbst teurere wie LT1013 kommen gerade mal auf 100uV.

Auch muss deine Masseverbindung auf 100uV störungsfrei sein, also direkt 
am Messwiderstand enden.

Daher empfiehlt es sich, statt 0.1 Ohm eher 0.2 Ohm oder 0.5 Ohm.

von Flat K. (flat)


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Hi Harald,

danke für deine Antwort.
Upss habe ausversehen das m zugefügt meinte 0,050V = 50mV
Welche OPVs kannst du mir da empfehlen und wie bekomme ich eine hohe 
Auflsöung hin? Kann ich einen gösseren Shunt nehmen oder muss es so 
klein sein für eine hohe Auflösung?
Also ich möchte bis auf 0.1mA genau messen , ist das möglich ??

Gruss

Flat

von MaWin (Gast)


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Flat K. schrieb:
> Also ich möchte bis auf 0.1mA genau messen , ist das möglich ??

Primitivste Mathematik 500mA/0.1mA sagt dir daß du mindestens einen 13 
bit A/D Wandler bräuchtest und einen auf 10uV genauen OpAmp wie dem 
MCP6V11 und dann darfst du keine Einstreuungen im Mikrovolt Bereich 
haben und keine Thermoelementeffekte, die ja schon bei 1GradC 
Temperaturdifferenz zwischen Bauteilen bei 39uV liegen.

Solche Präzision schaffst du nicht, ein grösserer Widerstand ist gut, je 
nach dem welchen Spannungsverlust du dir erlauben kannst. 1 Ohm mit 0.5V 
Spannungsverlust wären wphl zu viel. Dann verabschiede dich von 0.1mA.

von Flat K. (flat)


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Hi MaWin,

Danke für dein Tipp hat mir sehr geholfen.
Also habe ein 10 Bit Ad Wandler , wie du richtig bemerkt hast.
Ok dann nehme ich mal einen 0.5 Ohm Shunt Widerstand bei einem 
Messbereich von 0-500mA, das wären ja dann 250mV was am shunt abfällt 
und mit einer Genauigkeit von 0,5mA würde ich eine Spannung von 250µV am 
Eingang des OPV haben, das mit dem Faktor 20 verstärken ergbit dann 5mV 
am Analog Digital Eingang des Mikrocontrollers. Mit einer Auflösung von 
4,8mV müsste der Mikrocontroller das packen oder ??

Gruss

Flat

von Flat K. (flat)


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Hi,

Welche OPVs könnt ihr mir hierfür empfehlen ?

Wenn möglich, dass sie nicht zu viel kosten, bin ein armer Student :D

Gruss

Flat

von Ulrich (Gast)


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Ein Spannungsabfall von 250 mV oder auch 50 mV am Shunt ist zwar nicht 
viel, aber die Spannung die so ein als Spannungsquelle benutztes 
Peltierelement liefert ist auch nicht groß - ich würde mal stark 
bezweifeln das man da 5 V raus bekommt. Realistischer wären da 
vielleicht 0,1 - 1 V. Mit ein Paar mehr Daten zum Peltierelement könnte 
man das ggf. auch vorab überprüfen. Ein erster Vergleich wäre einfach 
der Innenwiderstand des Peltierelements.

Für eine Spannung bis 250 mV wäre eine 20 fache Verstärkung passend - 
wenn man auf 5 V kommen will. Je nach Ref. Spannung reicht auch weniger. 
Die Genauigkeit ist halt abhängig vom Verstärker - so etwa wie LT1012/13 
oder AD8551 sollte es da schon sein - es kann sonst passieren, dass man 
keine Ströme wegen des Offsets nicht messen kann. Bei einem guten 
Verstärker dürfte der shunt (und damit die Spannung) ggf. sogar noch 
etwas kleiner sein.

Eine Alternative wäre ggf. gleich ein AD Wandler, der direkt so kleine 
Spannungen messen kann (z.B. ein MCP3421) - das ist ggf. auch nicht 
aufwändiger als der Verstärker.

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