230V AC messen mit AVR - wie?

[Frank S. (hobbyist)]

Ich möchte mit einem AVR (Arduino) die Ausgangsspannung eines 230V AV 
Stelltrafos (0-250V) messen und auf einem LCD ausgeben. Hierzu soll der 
AVR über ein altes Handy-Netzteil mit 5V versorgt werden.

Soweit kein Problem. Aber wie messe ich die Ausgangsspannung des 
Stelltrafos? Da ich keine passenden Projekte gefunden habe, hätte ich 
die Idee, einen kleinen konventionellen 230V/3V3 Trafo zu nehmen, die 
3V3 über einen Gleichrichter zu schicken, dann über einen Elko zu 
glätten und mit einer 5V1 Z-Diode dafür zu sorgen, dass keine Spannungen 
darüber am analogen Eingang des AVR landen. Wäre nur die Frage, wie 
gering die Spannung sein darf, um noch vernünftig ausgelesen werden zu 
können. Wäre die Ausgangsspannung immer linear zur Eingangsspannung?

Wäre dieser Ansatz überhaupt praktikabel? Oder gibt es viel einfachere 
und/oder sinnvollere Lösungen?

Frank

[MaWin (Gast)]

Verbinde GND des AVR direkt mit Null, und den A/D Eingang über einen 
Spannungsteiler von z.B. 2M:10k (bei Verwendung einer internen Referenz 
von 2.54) mit dem Stellausgang. Dann miss mit dem AVR häufig genug um 
die Spitzenspannung der Halbwelle nicht zu verpassen, negative 
Halbwellen kannst du nicht messen die ist aber gkeich weil Trafos keine 
Gleichspannung transformieten, und rechne die Messwerte um in die RMS 
Spannung (nach Mittelwertbildung also *2.22, oder echtes TrueRMS).

Damit szeht dein AVR und LCD zwar in direktem Kontakt mit den 230V~ aber 
es gibt auch keinen Messfehler durch vorgeschaltete Trafos oder 
sonstigen Kram.

[R. M. (Gast)]

Ist eigentlich die sicherste Lösung, da die Elektronik nicht an der 
(ausgangsseitigen) Netzspannung hängt. Berücksichtigen musst du, das du 
die Ausgansspannung des Trafos nicht einfach mit Dioden gleichrichten 
kannst, da die erst ab 0,2V (Schottky) beginnen zu leiten. Also brauchst 
Du einen aktiven Gleichrichter.
Könntest du eventuell auch in Software auf dem AVR machen, indem du 
einen ADC-Eingang auf die Hälfte des Messbereichs vorspannst, und die 
Ausgangsspannung des Trafos überlagerst. Dafür müsste der ADC dann 
deutlich mehr als 100 Umsetzungen je Sekunde machen (eigentlich kein 
Problem), und die Absolutbeträge der Abweichung vom Ruhepotential 
addieren.
Eine Auflösung von 0,5% ist damit machbar (bei 10 Bit ADC).

[Dieter (Gast)]

Handelt es sich um einen Stelltrafo mit oder ohne galvanische Trennung?

Mit galvanischer Trennung kannst Du vorgeschlagene Lösungen nach 
Geschmack wählen.

Ohne galvanische Trennung wäre Trafo mit aktiver Gleichrichtung eine 
Lösung.

Wenn die Auflösung und der Fehler im unteren Spannungsbereich (<10V) 
unkritisch ist, dann kannst Du auch über hochohmige Widerstände (für 
beide Zueleitungen!!!) einen Diodengleichrichter speisen und diese 
Spannungen messen.

[Stefan F. (Gast)]

Gerade für Netzspannung gibt es A/D Wandler mit seriellem Ausgang, die 
kannst du mehr oder weniger direkt an die 250V hängen. DIe Verbindung 
zur Auswertung geschieht dann über einen Optokoppler isoliert.

http://www.analog.com/en/parametricsearch/10577

[Lurchi (Gast)]

Kleine Trafos ( < 3 VA) sind in der Regel nicht besonders linear und 
eher nicht für eine Messung geeignet. Mit einem 5-10 VA Trafo für 
genügend Spannung könnte man es ggf. damit machen und ggf. auch noch den 
µC versorgen. Weil man nur schwer Trafos für > 260 V bekommt kann das 
ggf. auf primärseitg 2 Trafos in Reihe hinauslaufen. Wenn die 
Ausgangsspannung etwas über 3 V liegt ist das kein Problem, das kann man 
per Teiler Anpassen.

Wenn man die Galvanische Trennung nicht benötigt, kann man einen Teiler 
nutzen - der Lösungsverschlag mit dem Gleichrichter im Teiler geht so 
einigermaßen, weil die Spannung groß ist gegen die Abfälle an den 
Dioden.

Man muss die Gleichrichtung nicht unbedingt in Hardware machen. Der AVR 
ist ab etwa 1-2 MHz Takt schnell genug, um auch die 50 Hz direkt 
abzutasten und den RMS wert in Software zu berechnen.