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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Widerstand Messen


Autor: Malte Struebert (Gast)
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Hallo,

ich habe folgendes kleines Problem. Ich möchte einen Widerstand (Sensor 
der über die Temperatur/Druck seinen Widerstand ändert) mit einem AVR 
möglichst genau messen.

Dazu möchte ich die 10Bit Auflösung möglichst voll ausnutzen.

Der Widerstand ändert sich zwischen 2,4 Ohm bis 305 Ohm je nach Druck 
(Die Temperaturkennline kenne ich noch nicht, ist aber auch prinzipiell 
egal)

Mein Problem ist das meine Versorgungsspannung recht stark schwanken 
kann da das Gerät am Bordnetz eines Autos angeschlossen werden soll.

Da ich ja für eine Widerstandsmessung einen Spannungsteiler o.ä. 
benötige müsste meine Sensor Versorgungsspannung möglichst über 5v 
liegen (5V ist mein VREF) damit ich die vollen 10Bit auflösen kann.

Hat hier jemand vielleicht eine Schaltung mit der ich das ganze 
möglichst gut Temperaturkompensiert bzw. gegen Spannungsschwankungen der 
Sensor Versorgungsspannung schützen kann?

Die Leitung zum Sensor ist u.U. auch einige Meter lang und als 
Sensormasse bin ich auf die Fahrzeugmasse (Karrosserie) angewiesen, was 
mir vermutlich weitere Störquellen beschert.

Gruß
Malte.

Autor: Konstantin Gottfried (kostik)
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das nennst du kleines problem?


na ja,
da die spannung scwankt, schlage ich vor den Sensor mit einer 
konstantstromquelle zu betreiben. mit 16,4mA hast du deine 5V an dem 
sensor, vorausgesetzt er hält das aus (82mW).

Moment!

mal angenohmen der Innenwiderstand deiner stromquelle ist ca. 1kOhm
dann muss die vers.spannung bei ca.16-17V sein. du musst wohl mit 
zwischenverstärker arbeiten.

Masseproblem:
du musst zum sensor separate masse fuhren, sonst hast du von deinen 10 
bit nur etwa 6 bit (geschätzt mit etwa 100mV schwankungen der 
Bordspannung) auf die du dich verlassen kanst, und das mit allen anderen 
möglichen EMV-Massnahmen (abschirmung, filter usw.).

!!an der Karrosserie nur einen einzigen massepunkt verwenden!!

ich hab keine unterlagen dabei, sonst könnte ich dir eine schaltung 
vorschlagen.

Autor: Malte Struebert (Gast)
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Ja, derartige Probleme sind mir auch in den Sinn gekommen.

Wie lösen das denn eigentlich die Hersteller? Ich mein die verwenden ja 
auch keine Geschirmten Kabel (zumindest für so triviale Sensoren nicht) 
oder wird da einfach auf die Auflösung gepfiffen?

Ich hab mir mal einen Schaltplan eines Motorsteuergerätes angesehen und 
da wird einfach mit einem Spannungsteiler und RC Tiefpass gearbeitet. 
Hab das ganze mal durchgerechnet und die nutzen von den 10bit AD Wandler 
nur ca. bis Digit 112 aus.

d.h. der Interne Messbereich für den µC geht von 2-112 (Dezimal) was 
immerhin noch eine Auflösung von etwas mehr als 0,1bar bei gegebenem 
Sensor ermöglicht. Mit allen Temperatur und Spannungsschwankungseffekten 
dürfte man da dann auf ca 0,1-0,15bar hinkommen. Eigentlich reicht das 
wenn man nicht total perfektionistisch veranlagt ist. Ich finde die 
Lösung aber nicht so toll, da ich einen recht hohen Aufwand treibe meine 
10bit aufzulösen und im endeffekt davon überhaupt nichts habe.

Vorteil ist das der Sensor mit der selben Spannung versorgt wird wie der 
AD Wandler so das Schwankungen da schonmal ausgeglichen werden da sich 
Ulsb ja dann mit ändert.

Scheint aber die einfachste lösung zu sein wenn man mit dieser 
Genauigkeit leben kann. Maximalstrom wäre in dem fall ca. 2mA was 
eigentlich noch im Rahmen ist.

Gruß
Malte.

Autor: Konstantin Gottfried (kostik)
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2 mA x 305 Ohm = 0.61V    // also musst du verstärken um auf 5V zu 
kommen

12 V / 2 mA = 6 kOhm
6 kOhm / 305 Ohm = ca.20  // hier könnte man auch mit Vorwiderstand
                          // arbeiten

als vorschaltung nimm ein oder besser zwei RC-Tiefpässe mit 100 Ohm und 
100uF. der Kondensator kann auch grösser sein.
dann erst ca. 6 kOhm Vorwiderstand zum sensor. dann hast du die 
betriebsschwankungen ziemlich gut im griff.

wird die schaltung nur bei arbeitendem Motor betrieben?

wenn du den masse-hinweis beachtest, kanst du auf geschirmte kabel und 
sowas verzichten.



Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Die Änderung um mehr als zwei Dekaden ist für Sensoren eher untypisch. 
Normalerweise schaltet man einen veränderlichen Widerstand noch in eine 
Brücke um die Spannungsänderung verstärken zu können. Drucksensoren 
müssen unbedingt temperaturkompensiert werden, sonst wirken sie eher als 
Thermometer.
Bei großen Änderungen kann es sinnvoll sein, den Analogwert vor dem ADC 
zu logarithmieren, aber damit handelt man sich noch größere 
Temperaturprobleme ein.

Autor: Malte Struebert (Gast)
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Na ich seh schon, da hab ich mir ordentlich was aufeghalst :-)

Bei besagtem Drucksensor handelt es sich um einen Öldrucksensor, daher 
stelle ich eh nicht so große Anforderungen an die Auflösung (0,1bar 
reichen völlig aus, die sollten dann aber auch sicher sein)

0,1bar entsprechen einer Widerstandsänderung von 6 Ohm.

Ist es wirklich nötig einen solchen Sensor temperatur zu kompensieren? 
Ist ja kein Präzisionsdruckaufnehmer im mbar Bereich.

Mein zusätzliches Problem ist, das ich für die Umrechnung des AD Wandler 
Wertes auf eine Bar Angabe nicht besonders viel Zeit habe. Eine Lineare 
Eingangsspannung ist somit von vorteil und die habe ich nicht wirklich. 
Selbst wenn man nur einen Spannungsteiler verwendet und der 
Vorwiderstand im Verhältniss zum Sensor Widerstand zu klein ist. (oder 
hab ich da nen großen Knick in meiner Logik)

Was wäre wenn man einen hochohmigen Spannungsteiler verwendet (zwecks 
linearisierung) und dann die Spannung mit einem OPV auf ~5v max. 
verstärkt? Oder bekomme ich durch den OPV noch weitere Probleme die ich 
bisher nicht bedacht habe?

Gruß
Malte.

Autor: Sonic (Gast)
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Du könntest einen Konstantstrom über den Geber schicken und die Spannung 
am Poti (Geber) messen. Das wäre eine Vierleiterschaltung. Wenn du jetzt 
noch differentiell misst (Faktor 10 oder 20) kann dir die Masse recht 
egal sein. Musst nur wie oben schon gesagt die Störungen auf'm Bordnetz 
'rausfiltern.

Autor: Konstantin Gottfried (kostik)
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der Vorwiderstand muss gross gegenüber dem Sensorwiderstand sein, faktor 
100, dann hast du nahezu lineare kennlinie.
 der Spannungsteiler dagegen muss niederohmig sein.

von !!!2,4 Ohm! bis 305 Ohm
also muss der Vorwiderstand 100 x 305 Ohm = 30 kOhm sein.

der Spannungsteiler muss so niederohmig sein, dass er von dem 2,4 Ohm 
nicht belastet wird! also 0,0...01 Ohm.

Autor: Micha (Gast)
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"
!!an der Karrosserie nur einen einzigen massepunkt verwenden!!
"
Kannst du das bitte mal genauer erklären, Konstantin? Ich dachte immer, 
daß die Masse (Abgesehen von kurzfristigen Störungen) überall gleich 
ist.
Wenn nicht, wo und wie wirkt sich denn diese Störung aus? Danke

Autor: Konstantin Gottfried (kostik)
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stichwort heisst: galvanische kopplung

in kürze:
die stromänderungen der anderen Verbraucher haben änderungen der 
spannungsabfälle auf gemeinsam genutzten strompfaden zu folge, welche an 
die anderen verbraucher wirken.
hast du schon pfeifen in der musikanlage gehört, wenn du radio mit 
dicken endstufe betreibst?
masseverbindung nur an einer stelle reduziert die länge der gemeinsam 
genutzten strompfaden gegen null.

Autor: Micha (Gast)
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interessant. Das Pfeiffen kenne ich. Ich dachte aber immer, daß es nur 
auf Hochfrequente Bauteile einfluß hat. Und nicht auf die trägen, groben 
Sensoren im Auto. Oder liege ich da auch wieder falsch?

Autor: Konstantin Gottfried (kostik)
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Micha wrote:
> interessant. Das Pfeiffen kenne ich. Ich dachte aber immer, daß es nur
> auf Hochfrequente Bauteile einfluß hat. Und nicht auf die trägen, groben
> Sensoren im Auto. Oder liege ich da auch wieder falsch?

bei einer Musikanlage hat es vor allem ein Einflus auf die Nerven

in diesem Fall überlagern die Störungen das Nutzsignal und verfälschen 
somit das Messergebnis. Wie schon erwähnt, aus den 10 bit sind es dann 
Beispielsweise bei 10mV Störung nur 7 bit, bei 100mV Störung nur noch 5 
bit dem Messsignal zuzuordnen. Und wenn das Nutzsignal klein genug ist 
geht er völlig im Rausch unter.
Direkten einfluss auf den Sensor hat es nicht, nicht bei den Pegeln.

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