Hallo Ich möchte ein Analogsignal (Strom) mit einem ADC messen. Hierbei sind verschiedenste Bauteile notwendig. Zum ersten geht es mir mal darum, ob ich alle "Elemente" berücksichtigt habe: 1.) Strommmesswiderstand 500Ohm 0.01% - heisst, der Widerstand könnte *500,05 oder 499.95* Ohm sein 2.) Strommess-IC Hierzu soll ein Strommess-IC zum Einsatz kommen. Dies Liefert folgende Ausgangsspannun bei 1mA: 498.7mV mit 554ppm fehler - heisst, die Spannung könnte 498mV 410uV oder 498mV 96uV sein 3.) Spannungsreferenz für ADC Die Spannunsreferenz für den ADC hat folgende Paramter 4.096V +-0.025% - heisst die Spannung könnte 4V 97mV oder 4V 94mV sein 4.) ADC Der ADC ist ein 12bit, was eine Auflösung von 1mV ergeben würde. Die genauigkeit ist wie folgt angegeben: Integral: +- 1lSB Differential: +- 1LSB Offset +-4LSB Gain Error +-2LSB Wie kann hierdurch der Fehler berechnet werden? Meine zweite Frage ist nun, wie kann ich den "echten" Fehler zusammen rechnen? also z.b. wenn ich "500mV" vom ADC lese, wiviel der Stromwert +/- daneben liegen kann?
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> 500Ohm 0.01% - heisst, der Widerstand könnte *505 oder 495" Ohm sein
Bitte vorrechnen.
Joe schrieb: >> 500Ohm 0.01% - heisst, der Widerstand könnte *505 oder 495" Ohm sein > > Bitte vorrechnen. Schon repariert :)
Johnny S. schrieb: > 1.) Strommmesswiderstand > > 500Ohm 0.01% - heisst, der Widerstand könnte *500,05 oder 499.95* Ohm > sein Aber nur im Werk bei der Abgleichtemperatur. Bei Dir In der Schaltung mußt Du noch mindestens - Temperaturdrift z.B. 1-5 ppm/K - Alterungsdrift z.B. 50ppm/Jahr - Drift durchs Löten z.B. 50-100 ppm - ggf. Feuchtigkeitsdrift z.B. 0.5ppm/% für Kunststoffgehäuse berücksichtigen. Dasselbe gilt natürlich auch für die Spannungsreferenz. Gruß Anja
Johnny S. schrieb: > 4.096V +-0.025% - heisst die Spannung könnte 4V 97mV oder 4V 94mV sein Du darfst hier im Forum ruhig Dezimalzahlen verwenden. Die meisten verstehen das. Also kann deine Spannung zwischen 4.0970V und 4.0950V liegen. Wenn du in dem Zusammenhang auf irgendetwas mit 94mV kommst, kann sich das nur um einen Rundungsfehler handeln.
Fuer die hohen Anforderungen scheinen die Kenntnisse etwas arg limitiert zu sein... Daher .. was soll das Ganze ?
Ich möchte hier ermitteln was für eine Messgenauigkeit, und somit welche minimale "stimmende" Auflösung ich erhalten kann.
Strommesswiderstand von 500 Ohm kommt mir etwas hoch vor. Was für einen Strom aus was für einer Quelle willst Du denn messen? Um mal den Fehler abschätzen zu können.
Dumdi D. schrieb: > Strommesswiderstand von 500 Ohm kommt mir etwas hoch vor. Was für einen > Strom aus was für einer Quelle willst Du denn messen? Um mal den Fehler > abschätzen zu können. Der Strommesswiderstand sollte ok sein, bei 200V @1mA fallen ca 0.5V ab bei 10mA ca.5V. Der Messbereich soll 0- ~8mA sein. Wenn man den Widerstand noch kleiner macht, wird die genauigkeit wohl noch schlechter. Die Quelle ist ein Schaltnetzteil.
Johnny S. schrieb: > Der ADC ist ein 12bit, was eine Auflösung von 1mV ergeben würde. > > Die genauigkeit ist wie folgt angegeben: > > Integral: +- 1lSB > Differential: +- 1LSB > Offset +-4LSB > Gain Error +-2LSB > > Wie kann hierdurch der Fehler berechnet werden? > > Meine zweite Frage ist nun, wie kann ich den "echten" Fehler zusammen > rechnen? also z.b. wenn ich "500mV" vom ADC lese, wiviel der Stromwert > +/- daneben liegen kann? Der Gesamtfehler ist immer schlechter als das schlechteste Einzelglied. Grob geschätzt ist das der ADC mit 12bit +/-4 LSB = 10bit = 0,1%. Hinzu kommen die Toleranzen der anderen Bauteile, das wird sich so grob mal geschätzt auf 0,5% aufschaukeln. rgds
6a66 schrieb: > Hinzu kommen die Toleranzen der anderen Bauteile, das wird sich so grob mal > geschätzt auf 0,5% aufschaukeln. Das geht auch ohne zu schätzen. siehe "Fehlerfortpflanzungsgesetz"
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6a66 schrieb: > > Der Gesamtfehler ist immer schlechter als das schlechteste Einzelglied. > Grob geschätzt ist das der ADC mit 12bit +/-4 LSB = 10bit = 0,1%. Hinzu > kommen die Toleranzen der anderen Bauteile, das wird sich so grob mal > geschätzt auf 0,5% aufschaukeln. > > rgds Das heisst einen besseren ADC kaufen? z.b. 32bit? Dann bräuchte ich aber zwei ADC. Denn aktuell war ein 8 Kanal mit externer Referenz vorgesehen. Leider finde ich bei Mouser aber keine ADC's mit externer Referenz und I2C die mehr als 12bit haben
Johnny S. schrieb: > 500Ohm 0.01% - heisst, der Widerstand könnte *500,05 oder 499.95* Ohm > sein Im allgemeinen handelt es sich bei Fehlerangaben um 1 Sigma Fehler. Das heißt: unter der Annahme dass die wahren Werte Gausverteilt um den Erwartungswert von 500Ohm liegen, werden ca. 66% (1 Sigma) der Widerstände eine Abweichung von weniger als 0.01% vom Erwartungswert haben. Die restlichen werden eine Abweichung von mehr als 1 Sigma haben! Das wird zwar nichts an deinem Ergebnis ändern, aber man sollte es zumindest wissen.
Ganz so schlimm wird es mit den Fehlern nicht. Der ADC mit 12 Bit und 4 LSB dürfte das ganze eindeutig dominieren. Der Rest dürfte kaum ins Gewicht fallen. Also eher so um +-0.1 % für den ADC und 0.11% für das ganze System. Wenn es bei den ADCs mit externer Referenz schwer wird, ggf. einer mit interner Referenz. Mit ADS1225 / ADS1216 und verwandten gäbe es da aber auch welche.
Lurchi schrieb: > Ganz so schlimm wird es mit den Fehlern nicht. Der ADC mit 12 Bit und 4 > LSB dürfte das ganze eindeutig dominieren. Der Rest dürfte kaum ins > Gewicht fallen. Also eher so um +-0.1 % für den ADC und 0.11% für das > ganze System. Also insgesamt ca 0.21% ? Das heisst bei 1mA Messert währen es z.b. 1,0021 mA ? Falls ja, währe das mehr als genügend. Lurchi schrieb: > Wenn es bei den ADCs mit externer Referenz schwer wird, ggf. einer mit > interner Referenz. Mit ADS1225 / ADS1216 und verwandten gäbe es da aber > auch welche. Die können aber beide kein I2C ... Ein Kandidat wäre da noch der MCP3422 mit 18-bit
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Johnny S. schrieb: > Also insgesamt ca 0.21% ? > > Das heisst bei 1mA Messert währen es z.b. 1,0021 mA ? Falls ja, währe > das mehr als genügend. Das war von mir eine Abschätzung. Mit Fehlerfortpflanzungsgesetz oder Worst-Case Betrachtung (alle Fehler zur ungünstigsten Richtung) musst Du schon selbst rechnen. Johnny S. schrieb: > Das heisst einen besseren ADC kaufen? z.b. 32bit? Wenn dann die entsprechende Beschaltung davor die Genauigkeit auch hergibt gerne. rgds
Du betrachtest gerade nur die Genauigkeit. Das scheint mir ein bisschen einseitig zu sein. Du schreibst, dass das Ganze in einem Schaltnetzteil eingesetzt wird. Wie sind denn hier die Anforderungen? Wenn du einfach den MCP3422 wählst mit 18bit Auflösung ist das doch nur die Halbe Wahrheit. Das funktioniert nur, wenn dir die Samplerate ausreicht. Klar, du hast nur nach der Berechnung für den Fehler gefragt, aber ich empfehle dir, auch die anderen Parameter nicht aus den Augen zu verlieren. Die Auflösung und die Genauigkeit sind nicht alle Parameter, die in einem Design berücksichtigt werden sollten. Auch wirst du dir Störungen von deinem Schaltnetzteil einkoppeln. Und wenn das auf der Referenzspannung passiert, dann werden die Störungen dir die Genauigkeit bestimmen. Da bist du ganz schnell im Bereich von 5% bis 10%. Also: Wenn es um die Theorie geht den Fehler zu betrachten kann ich dir auch noch die Mathe Bibel von Papula empfehlen. Da ist das erschöpfend erklärt. Wenn es um ein richtiges Design geht, dann stell bitte das Drumrum dar. Nur dann kannst du hier die nötigen Tipps zu einem funktionierenden Design erhalten. Grüße, Jens
Jens W. schrieb: > Du schreibst, dass das Ganze in einem Schaltnetzteil eingesetzt wird. > Wie sind denn hier die Anforderungen? Nein, hier habe ich wohl nicht genau geschrieben was ich meine. Das wird nicht in einem Schaltnetzteil verwendet. Der Strommesswiderstand wird von einem Schaltnetzteil gespiesen. Das Messmodul hat eine eigene Speisung. Die Samplerate sollte bei ca. 10 pro Sekunde sein, auch mit 5 könnt ich leben.
Johnny S. schrieb: > wie kann ich den "echten" Fehler zusammen > rechnen? Überhaupt nicht, das ist ein Irrtum im Konzept. Der echte Fehler ist unbekannt. Was du berechnen kannst, ist z.B. der maximale Fehler - eine worst case Rechnung, üblich bei der Konstruktion eines Gerätes. Oder du berechnest die statistische Verteilung einer grösseren Anzahl von Geräten, nicht uninteressant für die Fertigung, aber für ein konkretes Gerät nutzlos. Den echten Fehler kannst du höchstens eingrenzen, wenn dir eine Messmethode mit wesentlich besserer Genauigkeit zur Verfügung steht, aber das ist eigentlich auch sinnlos, dann dann kannst du ja die bessere Methode verwenden, und der Wert gilt auch nur für ein einziges Gerät, das mit der Referenzmethode verglichen wird. Von praktischem Wert ist daher nur die Berechnung des maximalen Fehlers, das ist auch das einzige was du in einem Datenblatt angeben kannst. Georg
Also der Strommess-IC währe dieser: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/6375fa.pdf Wenn man die Fehler nun zusammenrechnet: Widerstand max 0.05% Mess-IC max 0.06% Referenz max 0.05% LM4132A-4.1 ADC max 0.5% Wurde hier so "geschätzt" würde das im gesamten einen maximalfehler von 0.66% geben. Wenn man jetz von einem maximalen Messwert von 10mA ausgeht, währen das ja ein maximaler Fehler von 66uA, was für mich Problemlos ausreichen würde. Wird das so funktionieren?
Johnny S. schrieb: > Wird das so funktionieren? Annähernd ja. 1. Fehler addieren sich nicht linear, aber bei so kleinen und wenigen Fehlern stimmt das annähernd. Hättest du aber 20 Bauteile mit je 10%, so ergäbe sich ein Fehler von 200%, was offenkundig unsinnig ist. Korrekt wäre eine Berechnung mit Intervall-Arithmetik, also für jedes Teil den Minimal- und Maximal-Wert einsetzen. 2. Nicht alle Fehler sind prozentual, ein ADC kann z.B. einen Nullpunktfehler haben, und der Fehler durch die Digitalisierung ist ein konstanter Wert unabhängig vom Messwert. Aber in deinem Beispiel ergibt die vereinfachte Rechnung ein brauchbares Ergebnis. Georg
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