Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Strommessung mit Multimeter


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von Simon K. (simon1516)


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Hi,

ich habe hier eine Platine mit Nordic Chip, MEMS Sensor und etwas 
Kleinkram. Ich möchte gerne den Stromverbrauch dieser Schaltung 
ermitteln. Betrieben wird die Schaltung mit einem LiPo Akku. Messbereich 
schätzungsweise zwischen wenigen uA und zweistelligem mA.

Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen? 
Oder brauchts da andere Geschütze?

Danke und Gruß

Simon

von F. M. (foxmulder)


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Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?

42

Nein im Ernst, welches Multimeter hast du bzw. willst du verwenden?
Die meisten kommen in den niedrigen mA Bereich.

mfg

von Wolfgang (Gast)


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Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?

Je nach dem, was der "Nordic Chip" so macht, kann es durchaus passieren, 
dass die Stromaufnahme sich im Millisekundentakt ändert. Selbst wenn das 
"10€ Multimeter" das vernünftig messen würde, wärest du außer Stande, 
dass so schnell abzulesen. Und die Dynamik der Stromaufnahme ist noch 
ein ganz anderes Thema.

von michael_ (Gast)


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Messen kann man das in etwa damit.
Man sollte aber den höheren Spannungsabfall gegenüber teureren MM 
beachten.

von Simon K. (simon1516)


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F. M. schrieb:
> Die meisten kommen in den niedrigen mA Bereich.

das reicht nicht. Im sleep Modus erwarte ich deutlich niederigere 
Stromaufnahmen.

Wolfgang schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?
>
> Je nach dem, was der "Nordic Chip" so macht, kann es durchaus passieren,
> dass die Stromaufnahme sich im Millisekundentakt ändert. Selbst wenn das
> "10€ Multimeter" das vernünftig messen würde, wärest du außer Stande,
> dass so schnell abzulesen. Und die Dynamik der Stromaufnahme ist noch
> ein ganz anderes Thema.

Was schlägst du vor? Kann man mit einem Arduino irgendwie ne Art 
Messschaltung aufbauen?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Die klassische Messung mit Multimeter wird am hohen Innenwiderstand im 
200µA Bereich scheitern. Mein Multimeter hat dort 1kΩ, Mit so einen 
großen Widerstand in der Stromversorgung funktioniert keine aktive 
Schaltung.

Für das was du messen willst, bräuchte man Messgeräte mit geringem 
Innenwiderstand (max. 1Ω) und sehr hoher Auflösung von mindestens 7 
Dezimal-Stellen. Ich denke, das ist nichts für Hobbyelektroniker.

Ich empfehle dir, die Schaltung mit einem Super-Kondensator anstatt Akku 
zu versorgen. Den kannst du gezielt mit einer bestimmten Ladung aufladen 
und dann anhand des Spannungsabfalls die mittlere Stromaufnahme der 
Schaltung errechnen.

Die Spitzen-Stromaufnahme findest du eher mit einem Oszilloskop und 
einem 1Ω Widerstand heraus.

: Bearbeitet durch User
von Guest (Gast)


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von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Die Deep-Sleep Stromaufnahme kannst du mit einem 1kΩ Shunt Widerstand 
ermitteln, den du zu zunächst überbrückst. Dann setzt du das Gerät in 
einen permanenten Deep-Sleep Modus, dann entfernst du die Brücke.

von Jörg R. (solar77)


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Simon K. schrieb:
> Messbereich
> schätzungsweise zwischen wenigen uA und zweistelligem mA.
Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?

Nein, denn ohne Messbereichsumschaltung wird dass nicht funktionieren.
Dazu kommt das was Wolfgang schrieb, ein Multimeter wird zu träge sein. 
Selbst dann wenn es teuer ist.

Zu dem Thema existieren übrigensbereits einige Threads.

von Christian B. (casandro) Flattr this


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Naja, erstmal müsstest Du angeben, was Du wissen willst.

Wenn ich mal raten darf, das Teil schaltet sich regelmäßig ein, macht 
eine Messung, und schläft dann eine Weile bis zur nächsten Messung.

Das direkt zu messen ist schwierig. Du müsstest sehr häufig Messwerte 
nehmen und darüber integrieren. Dafür bräuchtest Du mindestens ein 
Speicherosziloskop, oder eine spezielle Messschaltung mit einem 
Integrator.

Wenn wir da jetzt aber einen Schritt zurück treten, und die Frage 
stellen, die Dich vermutlich eigentlich interessiert, "Wie lange hält 
ein Akku mit Kapazität X?"

Das kannst Du einfach ausprobieren in dem Du einen Akku möglichst 
definiert voll machst, und dann einfach das Gerät so lange laufen lässt, 
bis der Akku leer ist. Das geht auch ohne aufwändige Messtechnik.

von Jörg R. (solar77)


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Christian B. schrieb:
> Wenn wir da jetzt aber einen Schritt zurück treten, und die Frage
> stellen, die Dich vermutlich eigentlich interessiert, "Wie lange hält
> ein Akku mit Kapazität X?"

Vermutlich geht es darum, aber auch das Thema wurde bereits mehrfach 
behandelt. Und dann geht es in diese Richtung...

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ich empfehle dir, die Schaltung mit einem Super-Kondensator anstatt Akku
> zu versorgen. Den kannst du gezielt mit einer bestimmten Ladung aufladen
> und dann anhand des Spannungsabfalls die mittlere Stromaufnahme der
> Schaltung errechnen.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Typisch fallen im Strombereich <0,2V ab. Zum Schutz kann man eine Diode 
parallel schalten, die begrenzt den Spannungsabfall auf 0,7V. Damit kann 
man den Strom in den Sparmodi messen.

von Thomas E. (Firma: Thomas Eckmann Informationst.) (thomase)


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Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?

Ja:

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Die Deep-Sleep Stromaufnahme kannst du mit einem 1kΩ Shunt Widerstand
> ermitteln, den du zu zunächst überbrückst. Dann setzt du das Gerät in
> einen permanenten Deep-Sleep Modus, dann entfernst du die Brücke.

> Oder brauchts da andere Geschütze?

Bei anderen Geschützen erfolgt die µA-Messung nicht über die 
Spannungsbuchse, sondern ebenfalls über die mA-Buchse. Bei denen kannst 
du mit dem Bereichsschalter zwischen µA und mA und entsprechend 100Ω, ja 
bei denen ist es nicht 1kΩ, und ca.2Ω umschalten. Beim Billiggerät musst 
du das Kabel umstöpseln, wobei die Schaltung natürlich neu startet und 
das ganze Dilemma von vorne anfängt. So gesehen ist das dann schon eine 
Preisfrage. Auto Range gibt es bei denen aber auch nicht. Die beiden 
Bereiche müssen manuell geschaltet werden.

Aber die Stefanus-Methode sollte funktionieren, da der niederohmige 
mA-Bereich einfach durch ein Kabel ersetzt wird.

: Bearbeitet durch User
von Simon K. (Gast)


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Hallo zusammen,

danke für eure Antworten.

Was mir gerade einfällt: Ich habe doch einen Batteriemanagement IC an 
Board:
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/LTC2941.pdf

Damit kann auch der Entladeprozess des Akkus analysiert werden. Dadurch 
sollte ich den mittleren Stromverbrauch doch auch bestimmen können, oder 
spricht was dagegen?

Eigentlich ist der IC dazu gedacht, den Ladeprozess und den Akkustand 
darzustellen :-)

von Simon K. (Gast)


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Anbei noch ein Bild: Wenn der Akku nicht geladen wird, kann jegliche 
Stromentnahme über den 100mOhm Widerstand gemessen werden.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Simon K. schrieb:
> Ich habe doch einen Batteriemanagement IC an Board
> Damit kann auch der Entladeprozess des Akkus analysiert werden

Im Prinzip schon. Kann der Chip denn auch die Ruhestromaufnahme (im 
Standby bzw. Deep-Sleep) erfassen?

von MaWin (Gast)


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Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen

Nein.

Das Problem ist aber alt, huer im Firum hundertmal bestrochen, und man 
löst es normalerweise durch Entladung einer Kapazität  also eines 
Kondensators. Und weil dessen Spannung im Laufe der Messperiode sinkt, 
kommt dahinter ein linearer Spannungsregler.

Also aufladen, Absinken der Spannung begucken und daraus den 
Stromverbrauch berechnen  wenn der Kondensator so leer ist dass er nicht 
mehr regeln kann (drop out) abbrechen. Er muss halt so gross 
dimensioniert und so weit sufgeladen (Spannungsfestigkeit des Reglers) 
sein, dann die interessante Zeit, z.B. Senddimpuls + Standbyzeit, 
abgedeckt sind. Und er sollte sich im Innenwiderstand nicht von der 
echten späteren Stromquelle untrtscheiden, Goldcaps sind also oft keine 
Lösung.

Da der Spannungsregler einen Eigenverbrauch hat, der Kondensator eine 
Selbstenzladung, zieht man den in einer Probemessung ab.

von Jörg R. (solar77)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Ich habe doch einen Batteriemanagement IC an Board
>> Damit kann auch der Entladeprozess des Akkus analysiert werden
>
> Im Prinzip schon. Kann der Chip denn auch die Ruhestromaufnahme (im
> Standby bzw. Deep-Sleep) erfassen?

Ich glaube nicht dass der Chip das kann.

0R1 * 10uA = 1uV, ggf. ist der Strom noch geringer.


Genau so...

Beitrag "Re: Strommessung mit Multimeter"

: Bearbeitet durch User
von Simon K. (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Simon K. schrieb:
>> Ich habe doch einen Batteriemanagement IC an Board
>> Damit kann auch der Entladeprozess des Akkus analysiert werden
>
> Im Prinzip schon. Kann der Chip denn auch die Ruhestromaufnahme (im
> Standby bzw. Deep-Sleep) erfassen?

Der Coulomb Counter hat ein Charge LSB von 0,085mAh. Wenn die Schaltung 
(Nordic nRF Chip, ICM20948 MEMS) nun nur wenige uA benötigt, werde ich 
das wohl bestenfalls nach einer gewissen Zeit feststellen können. So 
genau muss es allerdings auch gar nicht sein. Mir würde es reichen, wenn 
ich die Akkulaufzeit im DeepSleep auf +- 1 Tag genau bestimmen kann.

Im active Modus liegt der Stromverbrauch sicherlich bei ein paar mA 
(Bluetooth Low Energy + Sensor)...da kann ich dann auch wieder 
zuverlässiger messen.

Und eigentlich habe ich zu 99% nur diese beiden Zustände, das wäre also 
völlig ausreichend.

von Baendiger (Gast)


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Simon K. schrieb:
> wenn
> ich die Akkulaufzeit im DeepSleep auf +- 1 Tag genau bestimmen kann

was schon sehr sehr genau ist. Die Stromaufnahme im aktiven Zustand 
übersteigt die im deep sleep um mehrere Größenordnungen. Je nachdem wie 
groß der Anteil der aktiven und inaktiven Zeit ist, müsstest du die 
Selbstentladung der Spannungsquelle beachten...

Simon K. schrieb:
> Und eigentlich habe ich zu 99% nur diese beiden Zustände, das wäre also
> völlig ausreichend.

Wenn in 1% der übrigen Fälle die Stromaufnahme deutlich größer ist, 
könnte es doch relevant sein.

von Rolf (Gast)


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Simon K. schrieb:
> Kann ich so geringe Ströme mit einem billigen 10€ Multimeter messen?
> Oder brauchts da andere Geschütze?

µA bzw. mA kann man schon auch mit billigen DMMs messen. Problem wird 
sein, dass du während der Messung den Bereich umschalten musst. Probiere 
es einfach mal aus.

Für schwerere Geschütze würde ich an Gossen Metrawatt Energy denken

Youtube-Video "Leistungsmessgerät & Multimeter:  Gossen Metrawatt  METRAHIT  ENERGY  | Praxis Test | Review"

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