Messschaltung mit OPAmp MCP6002.

[Jörg (Gast)]

Hallo,

erstmal vielen Dank an alle Beitragenden. Ich habe einiges hier 
nachgelesen und konnte mein 20 Jahre altes Wissen ein wenig auffrischen 
(mann, bin ich alt geworden...)

Nunja, ich habe ein kleine Projekt.
Hierbei möchte ich einen kleinen Widerstand messen, den ich aber nicht 
mit mehr als 10 mA belasten kann. Messbereich 0-40 Ohm.
Da ich 2 getrennte Boxen habe, in der einen sind Microcontroller und 
Spannungsvorsorgungen vorhanden und in die zweite Box ist quasi der 
Schalter. Die Boxen sind mit max. 25m Kabel verbunden. 
(Feuerwerkzündanlage)

Also in der Schalterbox habe ich die N-MOSFETs für die Auslösung. Diese 
MOSFETS schalten entweder ~5V (Testspannung) oder ~36V 
(Auslöserspannung).

Nun habe ich mir überlegt, mittels eines LM317L einen konstanten Strom 
zu generieren und diesen dann an den Widerstand des Auslösekanals zu 
legen. Die Spannung über den Wiederstand (und des MOSFETs) würde ich 
dann messen.
Bei 5mA und einem Wiederstand von 2 Ohm bekomme ich aber eine geringe 
Spannung, daher wollte ich diese mit einem Faktor von 20 verstärken.

Daher habe ich mir die angehängte Schaltung ausgedacht/zusammengetragen. 
Leider bekomme ich in LTSpice4 keine Simulation hin, der MCP600X will 
einfach nicht mitspielen.
Nun meine Frage an alle mit mehr Erfahrung, könnte die Schaltung so 
funktioneren. (Die Messung findet in Box 1 statt und ja, den 
Leitungswiderstand zwischen den Boxen muss ich entweder berücksichtigen, 
oder vernachlässigen. Muss ja nicht auf den mOhm genau sein. 1 Ohm 
Toleranz wäre schon OK).

Danke schonmal im voraus für die Hilfe.

Beste Grüße
Jörg

[Martin D. (martin_d69)]

Wie soll denn Q5, so wie in dem Plan, schaltbar sein?

[Klaus D. (kolisson)]

mach doch einfach mal ne Zeichnung die symbolisiert was du eigentlich 
willst.


Gruss Klaus

[Ulrich (Gast)]

Das mit den 2 Boxen ist irgendwie noch nicht klar.

Die Schaltung um den OP könnte so im Prinzip funktionieren. Der 
Kondensator C2 ist aber ungewöhnlich - da besser ein Kondensator 
parallel zu R11+R9.

Die Schaltung mit den MOSFETs hat noch einige Fehler/ Unklarheiten. Der 
BS170 kann den großen MOSFET einschalten, aber es geht nicht wieder aus. 
Es ist auch noch nicht klar wie das dann ggf. mit der größeren Spannung 
gehen soll und wo der zu messende Widerstand genau hin kommt - da kann 
einem die Prasitäre Diode im MOSFET ggf. noch einen Streich spielen.

Der LM317 als Stromquelle ist ein eher umständlicher Weg - wenn die 5 V 
Stabil sind würde vermutlich auch ein Widerstand reichen: das wird 
minimal nichtlinear stört aber wohl nicht.

[m.n. (Gast)]

Frisch doch auch Dein Wissen über Relais' auf. Dann braucht man diese 
ganze hochwertige Feinelektronik nicht, die ein deutlich höheres 
Kaputtgehpotential hat.

[Wolfi (Gast)]

Sowas misst man als spannungsteiler, Also ab zB 5V(3.3V) einen 
SerieWiderstand, der im Kurzschluss 5mA bringt, das waeren dann 1k 
Ohm(680 Ohm), dann den zu Messenden Widerstand in Serie. Wenn man den 
ADC Bereich voll ausnutzen will verstaerkt man die Spannung mit zB 
20(15) und rechnet den spannungsteiler rueckwaerts.

[Jörg (Gast)]

Hallo,

erstmal vielen Dank für die Beiträge.
Anbei mein Konzept der Boxen.
Hauptbox:
- Microcontroller (basierend auf Tinkerforge)
- IO-Bausteine (erweiterbar auf 528 IO-Ports, im Moment 16 IO-Ports)
- Spannungsversorgung der Box 12V Akku
- Stellt Spannungen 5V-1A; 36V-5A für externe Module bereit.
- Messeinrichtungen (AD-Wandler): 1x Spannungsmesser, 
1xSpannungs-/Strommessung)

Feuerboxen (im Endausbau mehrere Boxen an unterschiedlichen Orten, max. 
Entfernung zur Hauptbox beträgt 25m AWG24 bzw. AWG13 für 36V Spannung)

In den Feuerboxen muss ich aber vorher den angeschlossenen Wiederstand 
an jedem Kanal zur Sicherstellung der externen Verdrahtung messen.

In meiner o.g. Schaltung wird auf die Schalt-Mosfets (IRFZ44N - N-Mos) 
über die externen Widerstände entweder die Testspannung (5V) oder die 
Feuerspannung gelegt (36V). Bei 36V nutze ich den IRF4905. BIs gestern 
Abend hatte ich bei der Testschaltung einen BSS83P eingeplant. Aber ich 
dachte mir, der RdsOn wäre zu groß und hab kurzer Hand (nicht überlegt) 
einen IRF4905 eingebaut. Beim BSS83P sollte mit 5V ein sicheres 
Durchschalten und sperren möglich sein. Parallel zu Q5 gibt es also 
einen weiteren MOSFET, der 36V schaltet.

Die Diode im den MOSFETs wird mir sicherlich probleme bereiten. Das 
hatte ich tatsächlich noch nicht beachtet. Also wenn der 36V-Mos 
durchschaltet, dann liegt am Drain von Q5 36V an. Das wird sicherlich 
nicht im Sinne des Erfinders sein. Vielleicht ist ist hier ausnahmsweise 
mal ein Relais notwendig, um die Testspannung anzulegen.

Das angehängte Schema verdeutlicht sehr vereinfacht, was ich vor habe.

Da der zu messende Wiederstsand relativ klein ist und ich diesen nicht 
belasten darf, dachte ich an einen Verstärkung der am Widerstand 
abfallenden Spannung um das 20-fache. Nur wäre dies meine este OPV 
Schaltung, und daher wollte ich Fragen, ob die o.g. Schaltung zum 
verstärken der Messspannung funktionieren könnte.

Hoffe das macht es ein wenig deutlicher.

Danke nochmals für hilfreiche Beiträge

[Ulrich (Gast)]

Das Schalten der 5 V für den Test wird einfacher, wenn man den Strom per 
Widerstand begrenzt, eine Diode gegen einen Strom in die falsche 
Richtung vorsieht, und die Verbindung zum messen der Spannung immer dran 
lässt - dafür muss man nur den Verstärker so auslegen, das er sich nicht 
durch eine Überspannung aus der Ruhe bringen lässt. Das ist mit einem 
100 K Widerstand in Reihe und 2 Dioden nach GND aber kein Problem.

Beim Operationsverstärker sollte man noch aufpassen, das da am Ausgang 
keine zu große Kapazitive Last ist. Also an den OP Ausgang ein 
Widerstand von z.B. 220 Ohm und erst dann auf ein längeres Kabel.

[Jörg (Gast)]

Hallo Ulrich,

vielen Dank für deine Hilfe. Anbei habe ich mal den Schaltplan zur 
Messung geändert. Ich hoffe mit der Schottky-Dioden (lt. DB 0,24V 
Durchlassspannung) liege ich richtig. Mit dem 100K und den 2 Dioden habe 
ich nicht ganz verstanden. In welche Reihe soll der 100K und welche Art 
Dioden meinst du?

Am + Eingang des Verstärkers liegt eine Spannung beim Testen von 0 bis 
0,21V an. Diese Verstärkt mit 20 ergibt quasi 4,2 V. Also alles im 
grünen Bereich. Bei 36V und einem "Feuern" liegt kurzzeitig ca. 0,9V am 
+Eingang. Dies würde den OP übersteuern und zu, ja was genau würde das 
dann führen?
Durch die Diode würde aber die Spannung auf 0,24V begrenzt und der 
Ausgang ginge nur auf 4,8V. Da der OP wohl ein Rail-To-Rail ist, sollte 
das ja noch in der Spez sein.

Anbei auch mal der gesamte Plan der Brückenzünder-Anschlussbox. Der/die 
Elkos sind gedacht, um die 36V ordentlich zu puffern, da mein Step-Up 
Supply vielleicht etwas zu träge ist.

Beste Grüße
Jörg

[Jörg (Gast)]

Sorry,
immer noch ein IRF4905. Ich habe nun einen BSS83P eingeplant. 2Ohm sind 
ja auch nicht die Welt...
Cheers,
Jörg

[Ulrich (Gast)]

Dem OP macht es nichts wenn die Eingangspannung größer wird (etwa 1 V ) 
- nur wesentlich größer als die Versorgungsspannung sollte es nicht 
werden. Durch den 100 K Widerstand als Strombegrenzung wäre auch das bei 
vielen OPs nicht einmal so schlimm. Wenn der Ausgang des OPs in die 
Sättigung geht macht das nicht aus, das ist ein ganz normaler erlaubter 
Zustand für den OP.

Wegen der Leckströme sollte die Diode kleine Schottky-diode sein - so 
etwas wie 1N4148 wäre besser. Die Flusspannung soll auch höher sein als 
das normale Messsignal.

Für den P-MOSFET zum einschalten der 5 V fehlt immer noch der Gat-Source 
Widerstand. Das dürft auch ein PNP Transistor oder Logic IC oder 
ähnliches sein - es muss kein niederohmiger MOSFET mehr sein.

[Jörg (Gast)]

Ok,

Bauteile sind bestellt und zusätzlich ein paar alternative Bauteile.
Dann kann ich die kommende Woche etwas experimentieren und dann die 
Schaltung auf eine Platine bannen. Werde dann feedback geben.

Vielen Dank und beste Grüße
Jörg