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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannung bis zu 50V messen ohne Belastung.


Autor: Timmy (Gast)
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Hallo,

ich möchte mit einem uC eine Gleichspannung messen, diese Spannung kann 
irgendwo zwischen 0-50V liegen. Es reicht eine Messung pro Sekunde aus. 
Wichtig dabei ist jedoch, dass ich die Spannungsquelle nicht (oder so 
wenig wie möglich belaste. Da die ganzen ADCs die ich kenne nur 
Spannungen bis VCC messen können, muss ein Spannungsteiler her. Da liegt 
aber das Problem. Ich müsste einen Teiler mit 1GOhm nehmen, damit ich 
die Anforderung "fast gar nicht belasten" erfülle. Sowas ist leider 
ziemlich störanfällig.

Gibt es keinen ADC, wo man direkt solche Spannungen anschliessen kann? 
Das wäre ziemlich praktisch. Man bräuchte keinen Spannungsteiler und die 
Messung wäre kaum störanfällig.

Autor: Timmy (Gast)
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Fehlerkorrektur: Nicht 0-50V, sondern 0-15V.

Autor: David .. (volatile)
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Autor: Timmy (Gast)
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Das verstehe ich nicht. Wie soll ich einen OpAmp mit 15V füttern, der 
nur mit sagen wir 3V VCC versorgt wird? In den Beispielschaltungen da 
wird direkt auf den nicht-invertierenden Eingang gelegt und das ist 
meiner Kenntnis nach nicht möglich, wenn >VCC.

Autor: David .. (volatile)
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Timmy schrieb:
> Das verstehe ich nicht. Wie soll ich einen OpAmp mit 15V füttern, der
> nur mit sagen wir 3V VCC versorgt wird? In den Beispielschaltungen da
> wird direkt auf den nicht-invertierenden Eingang gelegt und das ist
> meiner Kenntnis nach nicht möglich, wenn >VCC.

Natuerlich versorgst du den OpAmp nicht mit 3V, sondern entsprechend 
mehr als 15V

Autor: MaWin (Gast)
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Timmy schrieb:
> Fehlerkorrektur: Nicht 0-50V, sondern 0-15V.

Kann jeder primitive Elektrometer-OpAmp puffern, da fliessen nur wenige 
Elektronen pro Sekunde ab.

z.B. AD549L

Autor: Steffen (Gast)
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Timmy schrieb:
> Da liegt
> aber das Problem. Ich müsste einen Teiler mit 1GOhm nehmen, damit ich
> die Anforderung "fast gar nicht belasten" erfülle. Sowas ist leider
> ziemlich störanfällig.

Mit etwas anderem, dass so hochohmig ist wird es nicht anders sein mit 
der Störanfälligkeit. Wenn also ein Teiler mit 1G für Dich passen würde, 
dann mach es so.

Autor: Timmy (Gast)
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Steffen: Das ist so nicht korrekt. Ich kann nämlich direkt beim Eingang 
des OpAmps einen Kondensator platzieren. Damit ist die Messung kein 
bissl störanfällig und zieht trotzdem "keinen" Strom.

Autor: Steffen (Gast)
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Damit wäre dieser Kondensator ja direkt am Ausgang deines Messsignals. 
Was hindert dich also daran diesen hier auch zu platzieren, wenn du mit 
dem 1G Spannungsteiler misst?

Autor: Timmy (Gast)
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Na weil beim 1G Spannungsteiler durchgehend ein Strom fliesst und beim 
OpAmp nur während der Messzeit. Mit einem OpAmp belaste ich die 
Spannungsquelle also deutlich weniger als mit einem Spannungsteiler.

Autor: Steffen (Gast)
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Darum die Aussage "wenn 1G für Dich ok ist"

Wenn Du wirklich keinen Strom fließen lassen möchtest, dann geht das 
nur, wenn du auf der Messseite die gleiche Spannung zur Verfügung 
stellen kannst.

Wie hochohmig ist Dein Ausgang denn eigentlich und wie sehr ändert er 
sich und wie genau willst Du ihn messen. Wenn der extrem hochohmig ist 
und du jede Sekunde messen möchtest, dann darf der dort angeschlossene 
Kondensator nicht besonders groß werden.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Timmy schrieb:
> Da die ganzen ADCs die ich kenne nur
> Spannungen bis VCC messen können, muss ein Spannungsteiler her. Da liegt
> aber das Problem. Ich müsste einen Teiler mit 1GOhm nehmen, damit ich
> die Anforderung "fast gar nicht belasten" erfülle.

Und an den hängst Du dann einen Messeingang mit wieviel Ohm?


Das sieht mir aus, als ob Du Mist messen wirst...

Autor: Sebastian S. (amateur)
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Das Gedankenspiel mit dem 1G Widerstand ist relativ nutzlos!

Fakt ist, die wenigsten A/D-Wandler können mit so einem Signal was 
anfangen.

Daraus folgt - eine geläufige Technik - das Signal hinter diesem 
Widerstand muss, vor einem Wandler, verstärkt werden.

Alternativ kann auch ein sogenannter Spannungsfolger helfen.

Vor vielen Jahren hatte ich mal mit einem integrierendem Wandler 
(Kammer- oder Photosensormessung) zutun, der das gekonnt hätte. Der war 
aber so empfindlich, dass ein schiefer Blick auf die Eingänge (fA), 
diese bereits durchgeschlagen hätte. Auch war die Ansteuerung recht 
aufwändig.

Autor: Timmy (Gast)
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Das Eingangssignal ist so träge, da kann ich ruhig 10nF vor dem 
OpAmp-Eingang setzen. Problem war eigentlich nur, dass ich nicht wusste, 
dass es OpAmps gibt die mit den 15V was anfangen können. Die die ich mir 
angeschaut haben waren alles so 3-5V OpAmps.

Autor: Timmy (Gast)
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Also Fazit: Solange es nur 15V sind, kann man einen guten OpAmp nehmen 
und das Signal direkt anschliessen. Wenn es jetzt wirklich 50V gewesen 
wären, dann würde es nur mit Spannungsteiler gehen und das Problem wäre 
weiterhin ungelöst.

Autor: Steffen (Gast)
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Du wirst so oder so einen OpAmp brauchen. Die meisten AD Wandler wollen 
sehr niederohmig getrieben werden.

Bei der Wahl des OpAmps musst du trotzdem aufpassen. Wenn Du da zB 
einfach einen LM358 hinsetzt, dann können da auch mal 45nA in den OP 
fließen. Das wäre dann 3mal so viel wie bei dem 1G Spannungsteiler.

Autor: A. K. (prx)
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Timmy schrieb:
> dann würde es nur mit Spannungsteiler gehen und das Problem wäre
> weiterhin ungelöst.

Wenn keine fertige Technik da wäre, dann wäre eben eine andere Lösung 
fällig. So könnte man der Messschaltung eine nachgefahrene virtuelle 
Masse verpassen, damit die Messspannung im gültigen Bereich liegt 
(belastet nur beim Clipping, bis diese Masse wieder zur Spannung passt). 
Oder man verwendet eine diskrete Eingangsstufe.

Autor: Mani W. (e-doc)
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Timmy schrieb:
> Das Eingangssignal ist so träge, da kann ich ruhig 10nF vor dem
> OpAmp-Eingang setzen.

Nochmal die Frage:


Welchen Eingangswiderstand hat Deine "Messschaltung"?

Autor: Steffen (Gast)
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Timmy schrieb:
> Wenn es jetzt wirklich 50V gewesen
> wären, dann würde es nur mit Spannungsteiler gehen und das Problem wäre
> weiterhin ungelöst.

Nein, auch das würde gehen. Wenn Du keinen Strom haben willst, brauchst 
Du am Ende einfach eine Möglichkeit diesen Strom zu messen und dann eine 
Spannungsquelle die du auf der anderen Seite deines Amperemeters so 
einstellst, dass kein Strom mehr fließt. Du bräuchtest also mindestens 
noch mal 50V die du ein wenig belasten kannst.

Autor: Sebastian S. (amateur)
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Nachdem so langsam alle Kriterien auf dem Tisch liegen, so würde ich 
sagen, dass Du 2 Probleme hast.

Erstens eine Spannung, die "kein" üblicher A/D-Wandler messen kann.
Zweitens (fast) keine Belastung des Messstromkreises.

Nach dem Du verkündet hast, dass auch noch 15 V zur Verfügung stehen - 
eine der beliebtesten Spannungen (noch) rund um die OPs - sollte die 
Realisierung doch kein Problem mehr sein.

Für die Spannungsreduktion kann ein Spannungsteiler, mit möglichst hohem 
Summenwiderstand, herhalten.
Für den zu hohen Ausgangswiderstand, des Spannungsteilers, kann ein 
Operationsverstärker, als Pufferverstärker herhalten.

Autor: klick klack (Gast)
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1. sehr hochohmiger OP, der die Spannung puffert
2. dahinter Spannugsteiler für den uC
3. evtl. weiterer (oder Doppel-) OP für die niederohmige Ansteuerung des 
uC

Autor: MaWin (Gast)
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Timmy schrieb:
> Steffen: Das ist so nicht korrekt. Ich kann nämlich direkt beim Eingang
> des OpAmps einen Kondensator platzieren. Damit ist die Messung kein
> bissl störanfällig und zieht trotzdem "keinen" Strom.

Das ist Unsinn eines Laien der es nie gemacht hat.

Der Eingangsstrom im Mikroamperebereich (zumindest laut Datenblatt im 
vollen Temperaturbereich) verhindert Widerstände über 100k weil sonst 
der Messfehler grösser wird als die D/A-Wandler Auflösung.

Rechne es einfach mal nach mit Datenblattwerten an statt hier Unsinn zu 
verbreiten.

Autor: Harald W. (wilhelms)
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Timmy schrieb:

> Wichtig dabei ist jedoch, dass ich die Spannungsquelle nicht (oder so
> wenig wie möglich belaste.

Was für eine seltsame Spannungsquelle ist denn das, die keine
Belastung im Megohm-Bereich zulässt? Mir wären da nur ph-Wert-
Messzellen bekannt, und die haben kleinere Spannungen.

Autor: MaWin (Gast)
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Harald W. schrieb:
> Was für eine seltsame Spannungsquelle ist denn das, die keine
> Belastung im Megohm-Bereich zulässt?

Es ist immer gut, die Anforderungen künszlich in die Höhe zu schrauben, 
bis nur noch eine teure Lösung übrig bleibt, wie soll man sich sonst bei 
den tausenden von Primitivlösungen entscheiden. Noch besser, wenn gar 
keine Lösung übrig bleibt, dann jann man das Projekt verwerfen und 
braucht gar nicht zu arbeiten.

Experimente mit Ladungen auf Kondensatoren, z.B. wie sich die Spannung 
eines geladenen Plattenkondensators ändert wenn man den Plattenabstand 
ändert, oder Hochspannung a la Leydener Flasche und Bandgeneratoren, 
haben hohe Spannung und niedrigsten Strom

Autor: Thomas O. (kosmos)
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man kann den Spannungsteiler über einen Output Pin versorgen und nur zur 
Messung aktivieren.

Die Krux ist aber das möglichst geringe belasten, A/D wandler haben ja 
meist einen Sample&Hold Stufe die aufgeladen werden muss, wenn das die 
Quelle nicht kurzzeitig schaft muss man einen Kondensator über längere 
Zeit laden um dann kurzfristig die Energie leifern zu können.

Könntest du deine Messabstände erhöhen?
Wäre eine längere kontinuierliche Belastung möglich anstatt eine kurze 
stärkere Belastung? Dann könntest du den Spannungsteiler vielleicht 
einige Sek. einschalten um die Belastung etwas auf die Zeit zu verteilen 
und danach eine kurze Messung durchführen.

Autor: Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Timmy schrieb:
> Ich müsste einen Teiler mit 1GOhm nehmen, damit ich die Anforderung
> "fast gar nicht belasten" erfülle.
Ich möchte keine Schaltung haben, die sich durch einen Widerstand 
kleiner 1GOhm beeinflussen lässt.

Mich würde interessieren, WAS denn die eigentliche Aufgabe ist...

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Harald W. (wilhelms)
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Lothar M. schrieb:

> Ich möchte keine Schaltung haben, die sich durch einen Widerstand
> kleiner 1GOhm beeinflussen lässt.

Dann darfst Du kein PH-Wert-Messgerät bauen. :-)
Allerdings lässt sich dieses einfach mit einem 7106 machen,
da dieser nur 1pA Eingangsstrom hat. Leider verträgt der 7106
nur ca. 2V Eingangsspannung.

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