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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hochpräziser Stromwandler


Autor: Hans (Gast)
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Der einfachste Strom- Spannungswandler ist ja bekanntlich ein
Widerstand. Ich würde gerne ein Signal von 4 bis 20 mA mit einer
Auflösung von 53,33µA in eine Spannung umwandeln.
Momentan habe ich einen einfachen 100R Widerstand dafür vorgesehen. Bei
einer Toleranz von +0.1% bzw. -0.1% des Widerstandes hätte ich eine
maximale Fehlspannung von 4mV bei 20mA gegenüber der umgerechenten
Auflösung von 5,33mV.

1.Gibt es eine andere Möglichkeit als einen noch präziseren Widerstand
zu nehmen, damit die umgewandelte Spannung eine minimale Fehlspannung
(von 0,5 mV bei 20mA) hat?
2.Oder ist etwa die Präzison des Widerstandes nicht so wichtig, sondern
nur ein möglichst niedriger Temperaturdrift, da ich ja bei der
Inbetriebnahme einen Offstewert einstellen kann?
3.Ändern sich Widerstandswerte über mehrere Monate und wenn ja um wie
viel?

Danke für eure Hilfe
Gruß Hans

Autor: crazy horse (Gast)
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was du dir da vornimmst, ist wahrscheinlich zum Scheitern verurteilt.
Erstmal, klar, es gibt genauere Widerstände als 0,1%.
Allerdings gibt es jede Menge Unwägbarkeiten:
-Vibration
-Thermoschock (beim Löten)
-Langzeitfeuchte
und noch ein paar andere mehr.
Selbst der "normale" Temperaturgang von 20ppm für "gute"
Widerstände dürfte schon ausserhalb deiner Anforderungen liegen.
Ein Offsetabgleich nützt dir auch nichts:
100R Soll 101R Ist -> bei 4mA 400mV bzw 404mV -> Offset 4mV?
Dann nochmal bei 20mA rechnen :-)

Ich würde mir eine Tüte 0,1%-Widerstände mit möglichst nierigem TK
(gibts weniger als 20ppm?) und daraus mit einem kalibrierten Messgerät
ausreichender Genauigkeit den besten raussuchen.
Alternativ: falls du entsprechend genaue Ströme zur Verfügung hast,
einen Widerstand mit kleinem TK verwenden, exakter Wert ist dann nicht
so wichtig, Kalibrierung mit 2 Punkten und digitaler Korrektur.
Ansonsten: schau dir mal die Genauigkeit üblicher 4-20mA-Transmitter an
:-)

Autor: Sonic (Gast)
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Den Temperaturgang des Widerstandes kannst du 'rauskompensieren, indem
du einen 2. gleicher Baureihe mit einem Konstantstrom beaufschlagst und
die Spannung misst. Diese Spannung kannst du benutzen, um der
Temperaturdrift entgegenzuwirken. Die Widerstände müssen am gleichen
Ort verbaut werden, am besten mechanischen (thermischen) Kontakt
herstellen.
Mit einem 24-bit AD-Wandler kannste Nullpunkt und Spanne problemlos per
Software justieren, dann biste komplett unabhängig von der Präzision der
Widertände, die müssen nur baugleich sein!

Autor: Sonic (Gast)
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Hab' ich vergessen: die Firma KEITHLEY baut nach dem Differenzverfahren
seit Jahren hochpräzise pA-Messgeräte!

Autor: Hans (Gast)
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Danke für die schnellen Antworten. Haben mir sehr weitergeholfen!

Jetzt muss ich mir noch überlegen, ob ich platzmäßig mit den doppelten
Widerständen und einer Konstantstromquelle zurechtkomme. Aber auch die
hat ja einen Temperaturdrift, muss mal nachsehen wie hoch der wäre.

Ein 100R mit 5ppm/°C würde bei Farnell rund 1,30€ kosten und ein
digitaler 2-Punktabgleich wäre gar kein Problem. Bei dieser Variante
hätte ich den geringsten Arbeitsaufwand, aber eventuell könnte man den
Preis mit einer anderen - leider platzraubenden - Variante doch besser
drücken, da ich ja 12 Widerstände bräuchte. Mal sehen vielleicht kommt
ja noch was tolles.

Widerstände gibts übrigens mit einem minimalen TK von 0.6ppm für
schlappe 12€:
http://at.farnell.com/jsp/endecaSearch/partDetail....

Autor: crazy horse (Gast)
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gut zu wissen, dass es sowas gibt, auch wenn ich solche noch nicht
annähernd gebraucht habe - man weiss ja nie.
Würde mich trotzdem mal interessieren, wofür du diese Genauigkeiten
brauchst. Ich habe ziemlich viel mit solchem Kram zu tun, 0,25%-Geräte
gehören da schon zu den Guten :-)

Autor: arc (Gast)
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Hermetisch Dichte gibt's zur Not auch noch z.B. VHP100 0.005%,
TCR0.6ppm
http://www.mouser.com/search/ProductDetail.aspx?R=...
für $97.42
http://www.vishay.com/resistors-discrete/ultra-hig...

Autor: Dirk (Gast)
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Moin Hans,

muss es ein Widerstand sein oder geht auch etwas mehr Aufwand? Dann
gibt es nämlich spezielle ICs  für diesen Zweck:

http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/rcv420.html

Autor: Michael (Gast)
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Habe ich etwas nicht mitbekommen ?

20mA mit 0,0533mA Auflösung ist doch kein Problem. Oder meinst Du
anstatt µA etwa nA ???

Autor: Sonic (Gast)
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@crazy horse:
weiß nicht ob du mich gemeint hast, aber wir brauchen die Teile zur
kalibrierung radiologischer Instrumentierungen im Kernkraftbereich. Da
sind pA und nA mit entsprechender Genauigkeit durchaus gefragt.

Autor: Hans (Gast)
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@crazy horse: Es geht um die Messung von Kohlenmonoxid und der Sensor
hat eine entsprechend gute Auflösung, die man natürlich nutzen muss.

@Dirk: Danke für den Link, aber 7€ pro Stück sind mir etwas zu teuer.

@Michael:Du hast es schon richtig mitbekommen, aber vergiß den
Temeraturdrift des Widerstandes nicht. Bei einer Temperaturschwankung
von 60°C hat man mit einem TK von 50ppm/°C schon 3000ppm
Widerstandsschwankung (=0,3R bei 100R). Bei 20mA wären das dann 6mV.
Wie der Langzeitdrift aussieht weiß ich nicht, aber der Widerstand wird
sich über Monate wahrscheinlich noch zusätzlich ändern. Dehalb muss ich
schlechtestenfalss einen R mit einem TK von 25ppm/°C nehmen.

Autor: Michael (Gast)
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"Bei einer Temperaturschwankung von 60°C hat man mit einem TK von
50ppm/°C schon 3000ppm Widerstandsschwankung (=0,3R bei 100R)."

Wie kommst Du jetzt plötzlich auf 60° Temperaturschwankung ? Wird das
gefordert oder ist das nur ein Gedankenspiel ?

Eine Auflösung von 1/400 ist doch nichts besonderes. Und wenn im
angesprochenen Temperaturbereich der Meßfehler etwa der Auflösung
entspricht, was ist daran schlimm ?

"aber wir brauchen die Teile zur kalibrierung radiologischer
Instrumentierungen im Kernkraftbereich..."

Und wenn Dir €7 für einen präzisen Widerstand zu teuer sind, verstehe
ich garnichts mehr.

Autor: Sonic (Gast)
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Das mit den radiologischen Instrumentierungen war ich! Und uns ist da
nix zu teuer! Weil's von der Behörde (Umweltministerium) gefordert
wird.

Autor: Hans (Gast)
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@Michael: Die 60°C Temperaturschwankung wird gefordert. Prinzipiell hast
du aber recht, da der Messfehler auch mit 50ppm ziemlich gering wäre.
Muss da nochmals genau Nachfragen, welcher maximale Messfehler
toleriert wird. Ich hab von mir aus einfach angenommen, dass die
Messung genauer als der Sensor - der ja auch einen Messfehler hat -
sein soll, damit der Gesamtmessfehler minimal bleibt.

Weiß jemand etwas über einen Langzeidrift von Widerständen? Um wie viel
Prozent ändert sich der Widerstandswert?

Autor: Dirk (Gast)
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@Hans
Wieso ist die Temperaturschwankung für die Wandlung relevant? Du
solltest im Interesse einer guten Übertragung die Stromschleife bis zur
Aufzeichnungsstelle führen und dann direkt auf die Spannung wandeln. Das
geht mit einem Widerstand recht gut, allerdings sollte es schon ein sehr
präziser sein. Oder ist Dein ganzes Erfassungssystem solchen
Schwankungen ausgesetzt? Dann dürfte es nämlich ein allgemeines Problem
mit der Genauigkeit geben...

Autor: Hans (Gast)
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@Dirk: Das ganze System ist dieser Temperaturschwankung ausgesetzt. Die
gekauften Sensoren haben mit der Genauigkeit des Messtromes laut Spec.
kein Problem damit.

Wenn ich einen digitalen 2 Punktabgleich mache setzt sich der zu
erwartende Messfehler nur mehr aus dem TK des Widerstandes und dessen
Langzeitdrift zusammen. Diese beiden Parameter sind für die Präzision
des Widerstandes ausschlaggebend.

Also ist nur mehr die Frage vom Langzeitdrift eines Widersatndes offen.

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