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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannung Strom Messen mit A/D Wandler


Autor: Martin (Gast)
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Hallo,

ich habe ein problem bei der Spannunsmessung. Mein Ziel ist es eine
Spannung zwischen 0... bis 25 volt mit einem uC zu messen. Das
Funktioniert soweit auch ganz gut, nur leider habe ich im bereich
zwischen 0 und 3 volt keine möglichkeit die spannung zu bestimmen.

das angehängte bild zeigt meinen momentanen stand der schaltung.
anfangs wollte ich nur mit einem spannunsteiler arbeiten. allerdings
scheint der eingangswiderstand des ad wandlers den recht hochohmigen
spannungsteiler zu beeinflussen - zumindest ist das meine vermutung
gewesen.

aus diesem grund habe ich einen tl062 als impedanzwandler
vorgeschaltet. ihn allerdings an der unsymmetrischen spannung des
controllers angebunden. ich wollte es vermeiden auch noch eine negative
spannung zu nutzen. es scheint so als würde ich den op bei einer
spannung von 3 volt am spannunsteiler - also einer spannung von 0.6
volt am op eingang - in die sättigung oder den grenzbereich fahren -
suche abhilfe...

der gesamte aufbau ist damit für 8 spannungen bzw später auch ströme
schon recht abenteuerlich...

gibt es eine kompakte lösung für spannungen sowie ströme in einer
kleinen schaltung mit wenigen externen bauteilen.

mein ziel:

0..25V
0...1A

würden reichen....
ich schätze um einen präzisionswiderstand für die strommessnung und
einige ops komme ich nicht vorbei, oder..
???

Martin

Autor: Daniel M. (usul27)
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Tja, das einfachste dürfte wohl schon sein, den OPV mit symmetrischer
Spannung zu betreiben.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Du brauchst einen Rail-To-Rail Opamp, damit dieser Bis zu V+ und GND hin
messen kann. Das kann der TL062 nicht, wie du auch schon festgestellt
hast.

zB: TS912

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Achja: Muss der Spannungsteiler so hochohmig sein? Mit einem
niederohmigen kannst du dann wiederum an den ADC heran.

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Wollte auch gerade sagen 4M:1M ist schon ziemlich übertrieben. 8k:2k
würde doch auch reichen 2,5mA ist doch nicht viel.

Autor: Martin (Gast)
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hmmm,

ich dachte mir, das spanngsmesser im allgemeinen recht hochohmig sind,
und das ist bei der Messung meines erachtens auch sinnig, wäre schön
wenn ich das beibehalten kann...

habe leider gerade nur den lm324 tlo62 tlo72 tlo82 lm741 lm393 zur
hand..

eine weitere sache ist da auch noch:

wenn ich ach a/d kanäle nutze, dann haben sie alle das selbe
massepatenzial, sollte ich dann mal ströme messen über einen shunt dann
müsste ich das ganze ja eigentlich auch voeinander entkoppeln, oder!?
aber das ist momentan nicht so wichtig. ich will momentan nur mehrere
kleine spannungen mit gemeinsamer masse für kleine schaltungen
bereitstellen und sie über ein lcd anzeigen, das läuft auch alles, bis
auf diese messproblem im unteren 3 volt bereich, der mir eigentlich
sehr wichtig ist...

hmm, rail to rail, davon habe ich schonmal gehört... wo bekomme ich das
scheiß ding denn jetzt mal eben so her...

und wie kann ich am besten strom und spannungsmessung miteinander
verheiraten. so das ich 4 kanälig gleichzeitig spannunsmessung und
strommessnung machen kann....

habe da nochmal einen ansatz im anhang, aber das die strommessung im
massezweig liegt gefält mir noch nicht so recht...

der tipp mit dem rail to rail op war super!!!hatte schon überlegt den
op mit der negativen spannung eines max 232 zu versorgen... das wäre
denkbar... aber bringt das wirklicht die lösung in bezug auf die rail
to rail sache, die gesamte messschaltung sollte mit 5 v auskommen...

und den shunt muss ich mir noch zurecht basteln... kaufen kann jeder,
ich habe da noch 5W drahtwiderstände, mit ich meine 0.22ohm... deren
verhalten ist bei erwährmung und auch so warscheinlich nichtlinearer
als eine krüppelkiefer im wind....

martin

Autor: Unbekannter (Gast)
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Wenn es geht, der Spannungsteiler entsprechend niederohmiger machen.
Atmel erwähnt in einem Datenblatt (wenn ich mich recht erinnere), dass
der AD-Wandler mit Quellen mit 10 Kiloohm Innenwiderstand noch
funktioniert.

Der Innenwiderstand des Spannungsteilers den der AD-Wandler sieht, ist
effektiv die Parallelschaltung der beiden Spannungsteiler-Widerstände.

Also:

   R_innen = R1*R2 / (R1+R2)

   R2 = 4 * R1

   ==> R_innen = 4/5 * R1

   ==> R1 = 5/4 * R_innen = 5/4 * 10 Kiloohm = 12,5 Kilohm

D.h. R1 maximal 12,5 Kiloohm und R2 dann entsprechend 30 Kiloohm.

Die Quelle sieht dann 42,5 Kiloohm und es fließt ein maximaler Strom
bei 25 Volt von:

   I = U / R = 25 / 42500 = 0,6 mA.

Autor: Martin (Gast)
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Hmmm,

wie schon gesagt, ich würde die teiler gern so lassen. aber wenn es
garnicht anders geht, dann werde ich das so ähnlich machen müssen....

im anhang ein kleines bild des messwerkes

wie schon erwähnt, werde ich mal versuchen dem impedanzwandler mit
einem max232 zu versorgen...

dann fehlt mir noch eine gute idee zur strommessung in bezug auf das
massepotenzial und shunt (siehe meinen letzten eintrag)oder eine
weitere lösung meines problems mit den bauteilen....

dank euch,
Martin

Autor: Marco S. (masterof)
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frage kann man an eine OP eine größere eingangsspannung legen als UB+?

Autor: Simon B. (Gast)
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Hallo,

ich habe gerade ein ähnliches Problem. Ich versuche mit einem
Differenzierer die Spannung über einem sehr kleinen Shunt messen. Ich
habe festgestellt das die Verstärkung des Ops scheinbar auch von der
Betriebsspannung abhängt. Zwar nur ein wenig, aber wenn es darum geht
den Verstärkungsfaktor genau zu bestimmen, kann eine Formel wie:

Ua=Ue * R2/R1 ja nicht genau für das Verstärkungsverhältnis stehen,
oder!? alo ist hier Theorie nicht gleich praxis.?

Wenn man bedenkt das das ganze sogar nur mit einer Gleichspannung
passiert, also keine Wechselspannungen verstärkt werden, dann frage ich
mich, wie man mit einem OP jemals etwas messen soll?

Für Hinweise bin ich dankbar, stehe in den Startlöchern bezüglich
analoger Schaltungen und wäre froh für einen Ansatz bei einer solchen
Schaltung.

Der Shunt ist 100mOhm groß, und ich wollte Ströme unabhängig von der
Masse der Messschaltung beliebig in einem anderen Stromkreis bis 500mA
messen.

Am Ausgang der Schaltung soll die am Shunt abgefallene Spannung
zwischen 0... 5 V für einen AD wandler bereit stehen.

Ich habe hier bereits nach einigen hinweisen gesucht, und bin auf das
A/D Tutorial gestoßen, doch etwas vergleichbares konnte ich nicht
finden.

Im Grunde einen Messaufsatz um mit einem AD wandler eines
Mikrocontrollers Gleichströme bis zu 0,5oder1A zu messen.

Hinweise zur Messung höherer Gleichspannungen wären auch nicht
schlecht, sind aber nicht mein zentrales Problem.

Gruß, Simon

Autor: Daniel M. (usul27)
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Für hochpräzise Messungen nimmt man eher Instrumentierungsverstärker.
Das ist im Prinzip eine Kombination aus 3 OPVs, bei denen Offsetfehler
so gut wie möglich eleminiert sind.
Wie stark verstärkst du denn? Offsetfehler werden ja mitverstärkt. Je
grösser die Verstärkung, desto grösser auch der Fehler am Ausgang.

Autor: Oliver _. (verleihnix)
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Moin Martin,

für ein Projekt habe ich mit Shunt/OP eine Strommessung von ca
50mA - 50A aufgebaut. Siehe dazu die OP Schaltung im rechten Teil
des Schaltplans:
http://www.dg7xo.de/selbstbau/dc-power-display-05.jpg

Funkt ganz gut hier, Auflösung ist uC bedingt 50mA pro Digit, aber es
soll ein Betriebsmessgerät sein :-)
Wenn Du eine größere Spannung hast, müsste der OP eine Fremdversorgung
bekommen. Entscheidet ist, dass der Shunt im positiven Pfad ist und
trotzdem gegen Masse gemessen wird.

Evt kannste davon was abkupfern :-)

mfg
Oliver

Autor: Martin (Gast)
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Hallo,

ja - ich habs geschafft. Mit einem Spannunsteiler von 4MOhm und 1MOhm
und dem TLO62 als Impedanzwandler. Obwohl dieser OP kein Rail to Rail
Op ist!

Habe Ihn mit einem Max232 versorgt und siehe da, die Spannung lässt
sich wunderbar bis in den Millivoltbereich auflösen.

Jetzt suche ich noch eine einfache lösung zur High side Strommessung.
Die Idee mit dem Messverstärker finde ich sehr gut! Werde gleich mal
ausprobieren ob es möglich ist, mit einem Instrumentenverstärker aus 3
TLO62 die Spannung über einem 300mOhm großen(kleinen) Widerstand zu
messen....

Spezielle mess ICs die eine PWM ausgeben kommen nicht in frage!

gibt es eigentlich einen Instrumentenverstärker in einem DIL08
gehäuse??mit Rail To Rail verhalten und einer verstärkung von 100mV auf
5V also V=50 möglich ist. Oder ist es einfacher ihn aus 3 OPs
zusammenzusetzen?

Martin

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Natürlich geht das auch so, aber ich dachte das wolltest du nicht. Also
hat jeder hier nach einer anderen Möglichkeit gesucht -> Rail To Rail
Opamp....

Naja.

Für die Highside Strommessung brauchst du einen Subtrahierverstärker,
um den Spannungsabfall am Shunt zu messen. Aber pass auf, hier brauchst
du dann wieder einen Rail to Rail Opamp, weil du bis zur
Versorgungsspannung musst an den Eingängen..

Autor: Martin (Gast)
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Hallo Simon,

ich wollte keine spannung ausser 5V zur versorgung der Schaltung
nutzen. ich habe leider gerade nur die oben genannten ops hier. wollte
nicht wegen eines ops etwas bestellen, aber ich denke vielleicht werde
ich den ts912 trotzdem besorgen. der reiz dieses kleine bastelprojekt
komplett zu beenden ist mittlerweile größer geworden.


martin

Autor: Martin (Gast)
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...

die Strommessung ist soeben ebenfalls mit dem TLO62 geglückt. Ich habe
einen Instrumentenverstärker mit folgender verstärkung (siehe anhang)
berechnet.

Ich nutze zur zeit einen 300mOhm shunt. Mit der im anhang befindlichen
schaltung kann man die abfallspannung über dem shunt von 0...300mV auf
0...5V bringen. die feinabstimmung nimmt man mit dem poti vor.

der messbereich dieser schaltung von 0...1A scheint sehr groß zu sein.
deswegen habe ich im bereich zwischen 0... und 30mA größere
abweichungen. Weiß einer wodurch diese zustande kommen!????

ich habe es im analogteil ausgemessen. die verstärkung beträgt im
höheren bereich nach dem abgleich relativ konstant 16,6 aber im bereich
unter 100mA fällt sie bis auf 14,6 ab, warum??

Ich würde gern im 5mA bereich, am liebsten im 1mA bereich auflösen.

gibt es einen rail to rail op mit fet eingängen, wie der tlo62?? im
dil8 gehäuse mit 2ops pro package?? der ts912 scheint keine fet
eingänge zu haben...

Martin

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

ich denke Diskret aufgebaut wird es immer zu Toleranzen in der
Schaltung kommen.

Ich wuerde eher etwas fertiges empfehlen:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ina114.pdf

Gruß,
Dirk

Autor: Dirk (Gast)
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PS.: Bei Zetex gibt es noch schoene Stromwächter.

Autor: Martin (Gast)
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Hallo Dirk,

daran habe ich auch schon gedacht.. den INA193 zu verwenden, der INA114
scheint aber auch meiner schaltung zu entsprechen.

das problem bei der sache. Die Teile kosten 6-8€ das stück, und für
einen 4-8 kanal strommesser ist mir die genauigkeit der preis einfach
nicht wert.

aber danke für den hinwreis.

ein OP mit Fet eingängen und rail to rail verhalten ist mir
mittlerweile auch über den weg gelaufen. beispiel:

AD822... kostenpunkt 4-6€....spricht für sich...zu viel


Martin

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