Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsteiler bei unbekannter Versorgungsspannung


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von S. A. (corono)


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Hallo zusammen

Für eine Sensorauswertung muss ich einen Widerstand messen. Angedacht 
ist ein Spannungsteiler (zweiter Widerstand auf dem Board), dies ist 
grundsätzlich aber offen. Das Problem der Sache ist, dass ich die 
Versorgunsspannung nicht genau kenne, sie ist um die 24V, kann aber in 
gewissen Grenzen schwanken. Zur Verfügung habe ich nur einen 
ADC-Eingang. Ich kann somit nicht einfach eine Spannung über dem 
Widerstand messen und auf den Widerstandswert zurückschliessen, da mir 
die Versorgungsspannung fehlt. Gibt es eine einfache Analogschaltung, 
welche mit einer Messung einen Widerstand bei unbekannter Versorgung 
bestimmen lässt (Subtrahierer, Adierer etc.)

Alternativen habe ich sicher, z.B. eine Konstantstromquelle oder einen 
LDO für eine definierte Spannung. Ich würde den obigen Ansatz aber auch 
gerne prüfen.

Edit: Eine abgeglichene Wheatstonesche Messbrücke fällt mir auch noch 
gerade ein.

Gruss Corono

: Bearbeitet durch User
von Günni (Gast)


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Im einfachsten Fall nimmt man einen (genau) bekannten Widerstand R1, den 
man in Reihe zu dem unbekannten Widerstand Rx nach Masse schaltet. Damit 
fließt der gleiche Strom erst durch den unbekannten und dann durch den 
bekannten Widerstand. Über einen Umschalter (Relais, CMOS-Schalter 4066 
oder ähnlich) misst man die Spannung U1 an der Verbindung der beiden 
Widerstände und danach die Spannung U2 am oberen Ende der 
Reihenschaltung. Der Widerstand Rx berechnet sich nach der Formel:
Rx = (U2/U1 - 1)*R1 .

Aufpassen, dass die zulässige Eingangsspannung des A/D- Wandlers nicht 
überschritten wird. Einen einfachen Spannungsteiler kann man bei dieser 
Vorgehensweise nicht verwenden, da dieser die Balance der beiden 
Widerstände R1 und Rx stören würde. (Sind die beiden "halbwegs" 
niederohmig kann man einen hochohmigen Teiler verwenden, verliert dabei 
aber Genauigkeit. Da müsste man dann nachrechnen.)

von S. A. (corono)


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Hi

Danke für die Antwort. In die Richtung habe ich auch schon überlegt, da 
habe ich mich gefragt, ob es keine Möglichkeit gibt, das Umschalten der 
Messung zu eliminieren, indem die beiden Spannungen schon irgendwie so 
vorverarbeitet werden, dass nur noch eine Messung notwendig ist. Da bin 
ich dann eben stecken geblieben.

Gruss Corono

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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S. A. schrieb:
> Das Problem der Sache ist, dass ich die Versorgunsspannung nicht genau
> kenne, sie ist um die 24V, kann aber in gewissen Grenzen schwanken.
Wie schnell? Kannst du zwei aufeinander folgende AD-Wandlungen machen 
und dabei annehmen, dass die Spannung so lange konstant ist?

> Für eine Sensorauswertung muss ich einen Widerstand messen. Angedacht
> ist ein Spannungsteiler (zweiter Widerstand auf dem Board)
Ich würde dann den Sensor Rs nach 24V schalten und den passend gewählten 
Widerstand R1 auf dem Board geht gegen Masse. Diese Spannung U1 messe 
ich.
Dann nehme ich einen zweiten Widerstand R2 und einen Mosfet, schalte den 
Widerstand damit parallel zum R1 und messe eine U2.
Und jetzt kann ich die Formel dieser beiden Spannungsteiler so umformen, 
dass da steht
U24 = U1*(R1+Rs)/R1
und
U24 = U2*(R1||R2 + Rs)/(R1||R2)
Und nach dem Gleichsetzen der beiden U24 (wie gesagt: die darf sich 
nicht allzu schnell ändern, sonst klappt das Gleichsetzen nicht), kommt 
das heraus:
U1*(R1+Rs)/R1 = U2*(R1||R2 + Rs)/(R1||R2)

Die einzige Unbekannte in dieser Formel ist wie gewünscht der Rs...  ;-)

: Bearbeitet durch Moderator
von S. A. (corono)


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Hi

Danke für die Antwort. Die Signale sind ziemlich statisch, also kein 
Problem. Eine Umschaltung ist sicher möglich, ich frage mich nur, ob es 
auch anders gehen würde (siehe mein vorheriger Post)

Gruss Corono

von Ansgar K. (malefiz)


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Du könntest auch die Messspannung aus den 24V stabilisieren wenn es für 
deine Aufgaben reicht

von Dietrich L. (dietrichl)


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Wenn ich das richtig verstanden habe, könntest du die Ref.-Spannung des 
ADC mit einem festen Spannungsteiler aus den 24V erzeugen, d.h. 
"ratiometrische Messung". Dann gehen die 24V nicht in das Messergebnis 
ein.

von S. A. (corono)


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Dietrich L. schrieb:
> Wenn ich das richtig verstanden habe, könntest du die Ref.-Spannung des
> ADC mit einem festen Spannungsteiler aus den 24V erzeugen, d.h.
> "ratiometrische Messung". Dann gehen die 24V nicht in das Messergebnis
> ein.

Hi

Danke für die Antworten. Das wäre mein bevorzugter Weg gewesen, leider 
geht das nicht, da der ADC direkt im uC ist und ich da eine andere 
Referenzspannung brauche.

Gruss Corono

von S. A. (corono)


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Ansgar K. schrieb:
> Du könntest auch die Messspannung aus den 24V stabilisieren wenn es für
> deine Aufgaben reicht


Hi

Danke für die Antwort.
Das wird meine Lösung werden, wenn ich nichts Besseres finde ;)

Gruss Corono

von sid (Gast)


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Hast Du sicher keinen "zugriff" auf den Aref Pin des µC?
denn dann würde der Spannungsteiler ja doch klappen..
atmegas führen den ja auch raus.

wasn das für'n µC vielelicht hilft das Datenblatt weiter?

von Thomas O. (kosmos)


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was willst du den messen? Die max. Spannung sollte sich doch eingrenzen 
lassen um den Spannungsteiler oder den Überspannungsschutz richtig 
auszulegen.

Welche Auflösung brauchst du denn. Angenommen du gehst von max. 50V aus, 
dann sollte sich dein Spannungsteiler bei 1:10 bewegen also 5V am ADC 
und dies könnte er dann mit 0,02V oder feiner auflösen, was dann eben 
0,2V auf die 50V bezogen wären.

von S. A. (corono)


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Hi

Danke für die Antworten.

sid schrieb:
> Hast Du sicher keinen "zugriff" auf den Aref Pin des µC?
> denn dann würde der Spannungsteiler ja doch klappen..
> atmegas führen den ja auch raus.
>
> wasn das für'n µC vielelicht hilft das Datenblatt weiter?

Die Spannung kann  ich grundsätzlich schon rausführen. Da der Sensor 
aber weit weg von der Maschine sitzt und die Aref (etwas weniger 
gefiltert) gleichzeitig auch meine Betriebsspannung sind, möchte ich 
diese lieber nicht quer durch die Maschine schicken. Wäre aber 
grundsätzlich eine Option.

Thomas O. schrieb:
> was willst du den messen? Die max. Spannung sollte sich doch
> eingrenzen
> lassen um den Spannungsteiler oder den Überspannungsschutz richtig
> auszulegen.
>
> Welche Auflösung brauchst du denn. Angenommen du gehst von max. 50V aus,
> dann sollte sich dein Spannungsteiler bei 1:10 bewegen also 5V am ADC
> und dies könnte er dann mit 0,02V oder feiner auflösen, was dann eben
> 0,2V auf die 50V bezogen wären.

Das kann ich leider noch nicht beantworten. Ich kann selbst noch 
Vorschläge anbringen, welche Widerstandswerte die einzelnen Sensorstufen 
haben. Habe das auch schon in Betracht gezogen, kann aber aktuell noch 
nicht sagen, ob es realisierbar ist, zu vieles ist beim Sensor noch 
unklar.


So, ich denke, ich habe diverse Antworten erhalten, werde mich mit dem 
Hersteller abgleichen und prüfen, was ich realisieren werde. Danke für 
die Unterstützung.

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