Ich möchte gerne Spannungen bis +-120V und Ströme Gleichzeitig messen. Dazu habe ich eine Quelle vorgesehen, die diese Spannungen erzeugen kann. Die Spannung möchte ich über einen 5MOhm Spannungsteiler messen und den Strom über einen Low Side Shunt. Ich möchte weite bereiche für den Strom messen und daher sehe ich eine Bereichsauswahl über einen Ayrton Shunt vor. Nun habe ich das Problem, dass der Strom durch den Spannungsteiler über den Shunt mitgemessen wird und die Messung beinflusst. Die Masse für den Spannungsteiler auf die Masse der Quelle zu setzen würde das Problem ja nur verschieben und die Spannung über dem Shunt würde mitgemessen werden. Meine Frage ist nun wie das moderne Geräte lösen. Also Sourcemeter von diversen namhaften Herstellern. Meine Ideen hierzu: 1) Entweder man lebt mit dem Problem und subtrahiert eben den Strom durch den Spannungsteiler vom gemessenen Strom. Das ist möglich wenn man den Widerstand kennt. 2) Meiner Ansicht nach könnte man eine Isolierte Spannungsquelle benutzen, deren Sekundärseitige Masse man mit der Ausgangsspannung verbindet. Man hat also eine schwebende Spannungsquelle, die einen Operationsverstärker versorgt, der als Spannungsfolger für die schwebende Masse dient. Diesen verbindet man an den Spannungsteiler.
David schrieb: > Nun habe ich das Problem, dass der Strom durch den Spannungsteiler über > den Shunt mitgemessen wird und die Messung beinflusst. Die Masse für den > Spannungsteiler auf die Masse der Quelle zu setzen würde das Problem ja > nur verschieben und die Spannung über dem Shunt würde mitgemessen > werden. Du hast gerade die Konzepte und Probleme von spannungsrichtigem Messen und stromrichtigem Messen gefunden ... David schrieb: > 1) Entweder man lebt mit dem Problem und subtrahiert eben den Strom > durch den Spannungsteiler vom gemessenen Strom. Das ist möglich wenn man > den Widerstand kennt. Eben, man lebt eben damit, zumal Spannungsteiler und Shunt idR. in einem ziemlich großen Verhältnis zueinander stehen, so dass der Fehler idR. vernachlässigbar ist. Und Meßgeräte haben ja auch keine unendliche Genauigkeit, so dass der Zusatzfehler eher nicht juckt ...
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David schrieb: > dass der Strom durch den Spannungsteiler über > den Shunt mitgemessen wird und die Messung beinflusst. Bei 5 MOhm? Um welche Ströme handelt es sich denn? µA od. 100A?
David schrieb: > Das ist möglich wenn man > den Widerstand kennt. Wieso eigentlich die Einschränkung "wenn man den Widerstand kennt". Wieso willst Du den nicht kennen können? Wenn Du den nicht kennst, könntest Du sowieso keine Messwerte ermitteln ...
Jens G. schrieb: > Wieso eigentlich die Einschränkung "wenn man den Widerstand kennt". > Wieso willst Du den nicht kennen können? Wenn Du den nicht kennst, > könntest Du sowieso keine Messwerte ermitteln ... Den kenne ich natürlich ohne den kann man den Strom dann nicht korrigieren.
Lu schrieb: > Bei 5 MOhm? Um welche Ströme handelt es sich denn? µA od. 100A? Es geht schon darum µA messen zu können. Deswegen die Idee das mit der isolierten Quelle zu machen. Ich meine das auch mal irgendwo in einem Service Manual Schaltplan gesehen zu haben aber kann mich nicht mehr genau daran erinnern wo.
Hochohmiges Zeug ohne STöreinflüsse zu messen ist nicht so einfach.
Es gibt Strommessverfahren ohne (störenden) Spannungsabfall, bei dem anstelle eines Shunts der Ausgang eines komplett gegengekoppelten OPV (also V=1) und dessen Masse-Potential eingeschleift wird. Der braucht seine eigene "schwebende" symmetrische Stromversorgung. Der hält also die "Shunt"-Spannung zw. OPV-Ausgang und seiner Masse auf Null, weil seine Referenz ebenfalls 0V gegen seine Masse hat. Der Strom fließt damit durch dessen Ausgang und dessen Masse und dessen Betriebsspannungen (letzteres je nach Stromrichtung), und man kann sein Strommessgerät in seine Ausgangsleitung (noch vor dem Rückkopplungs-Punkt) oder in seine Masseleitung (vor Referenzpunkt des OPV) einschleifen, ohne dass das auf die 0V-Shuntspannung Einfluss hätte. Bei nur µA müssen natürlich Rückkopplung und Referenzabgriff entsprechend hochohmig ausgeführt werden (bei FET-Eingängen kein Problem). Damit kann man das Voltmeter spannungsrichtig vor diesem "Shunt" ansetzen, und die gemessene Spannung stimmt dann auch noch nach dem "Shunt" (natürlich nur im Rahmen der Genauigkeit, die die OPV-Schaltung liefern kann). Ich weiß nicht, ob dieses Prinzip einen speziellen Namen hat, findet sich aber sicherlich auch im Internet was dazu, wobei dieses Prinzip heute vielleicht eh nicht mehr nötig ist, da es ja andere tolle Prinzipien, basierend auf dem Hall-Effekt, gibt, die den Spannungsabfall niedrig halten (naja, für den µA-Bereich vielleicht noch nicht so sehr). Für einen Schaltplan habe ich jetzt keine Lust, finde auf die Schnelle aber auch gerade nix dazu ...
David schrieb: > Nun habe ich das Problem, dass der Strom durch den Spannungsteiler über > den Shunt mitgemessen wird und die Messung beinflusst. Im Zeitalter von Analogmessgeräten war "stromrichtiges" und "spannungsrichtiges" Messen und die Korrektur typischer Stoff der Ausbildung. Im Zeitalter von billiger 1MOhm bei 0.2V DVM (also seit 40 Jahren) spielt das meist keine Rolle mehr. Wenn Du "Spannungsteiler 5MOhm" schreibst für 120V, dann ist das für heutige Verhältnisse ungewöhnlich und deutet auf ungewöhnliche Werte hin. Kannst Du den näher beschreiben? Eigentlich würde man erwarten, dass Dein resultierender Innenwiderstand des Voltmeters im 1G-Ohm-Bereich liegt und der Messstrom entsprechend bei ~0,12µA liegt. Bei Strömen ab 120µA wäre Dein Fehler Spannungsrichtig < 1 Promille. Bei 200V und 40 Jahre altem DMM wäre Dein Fehler Stromrichtig ~ 1/2 Promille. Es ist sehr aufwändig, das mit OP-Schaltungen zu verbessern, rechnerisch oder per Korrektur-Widerstand korrigiert, für den Heimgebrauch unmöglich.
Jens G. schrieb: > Es gibt Strommessverfahren ohne (störenden) Spannungsabfall, bei dem > anstelle eines Shunts der Ausgang eines komplett gegengekoppelten OPV > (also V=1) und dessen Masse-Potential eingeschleift wird. Der braucht > seine eigene "schwebende" symmetrische Stromversorgung. Der hält also > die "Shunt"-Spannung zw. OPV-Ausgang und seiner Masse auf Null, weil > seine Referenz ebenfalls 0V gegen seine Masse hat. Der Strom fließt > damit durch dessen Ausgang und dessen Masse und dessen > Betriebsspannungen (letzteres je nach Stromrichtung), und man kann sein > Strommessgerät in seine Ausgangsleitung (noch vor dem > Rückkopplungs-Punkt) oder in seine Masseleitung (vor Referenzpunkt des > OPV) einschleifen, ohne dass das auf die 0V-Shuntspannung Einfluss > hätte. Bei nur µA müssen natürlich Rückkopplung und Referenzabgriff > entsprechend hochohmig ausgeführt werden (bei FET-Eingängen kein > Problem). das ist swoeit nicht korreklt das diese verfahren keinen Spannungsabfall haben. Der Spannungsabfall hängt von der Verstärkung ab die nicht unendlich ist. Mit Verstärkung V=1 würde es gar nicht funktionieren. Das prinzip ist ja, das die beiden Eingänge in der Theorie keine Spannungsdifferenz aufweisen, gibt man an - einen pos Strom/Spannung dann koppelt der Ausgang gegen, der Strom fließt dann durch den Rückkopplungszweig und verursacht gemäße U=RxI den Spannungshub. Dieser Sapnnungshub fällt nicht als Spannungsabfall über dem Strommessgerät ab, ab wenn ich 1V Ausgangsspannung haben und Gain ist 100.000 dann ist delta U 10uV Weiterhin kommen dann noch Offset Spannung und Offsetstrom als witer Fehlerquelle hinzu. Es gibt keine Unversallösung, auch heute nicht. Aber das was früher mal schwierig war, näclich die fehler im mA und mV Bereich zu verm,eiden ist heute einfacher, es hat sich um ein paar Dekaden verschoben. > Damit kann man das Voltmeter spannungsrichtig vor diesem "Shunt" > ansetzen, und die gemessene Spannung stimmt dann auch noch nach dem > "Shunt" (natürlich nur im Rahmen der Genauigkeit, die die OPV-Schaltung > liefern kann). > Ich weiß nicht, ob dieses Prinzip einen speziellen Namen hat, findet > sich aber sicherlich auch im Internet was dazu, wobei dieses Prinzip > heute vielleicht eh nicht mehr nötig ist, da es ja andere tolle > Prinzipien, basierend auf dem Hall-Effekt, gibt, die den Spannungsabfall > niedrig halten (naja, für den µA-Bereich vielleicht noch nicht so sehr). > Für einen Schaltplan habe ich jetzt keine Lust, finde auf die Schnelle > aber auch gerade nix dazu ... Hall Effekt ist bei kleinen Strömen für genaus Messungen nocj nicht reif, größeres Problem als die Sensitivität ist da aber auch der Offset
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Bruno V. schrieb: > Im Zeitalter von billiger 1MOhm bei 0.2V DVM (also seit 40 Jahren) > spielt das meist keine Rolle mehr. Ob es hier um "meist" geht, ist nicht klar. Erstmal muss man sich über Messbereiche und Genauigkeitsanforderungen klar werden. David schrieb: > Ich möchte weite bereiche für den Strom messen ... Lässt sich das auch in Zahlen ausdrücken? > ... und daher sehe ich eine Bereichsauswahl über einen Ayrton Shunt vor. Die Ayrton Shunt Schaltung wurde für Drehspulinstrumente entwickelt. Bei Digitalmultimeter gibt es so etwas wie Dämpfungsverhalten gar nicht, weil ein Digitalmultimeter kein schwingfähiges System darstellt.
Rainer W. schrieb: > Erstmal muss man sich über Messbereiche und Genauigkeitsanforderungen > klar werden. Der 5MOhm "Spannungsteiler" an 120V ist jedenfalls nicht zeitgemäß. Und höchstwahrscheinlich ein Indiz für ein begrenztes Verständnis der Aufgabe durch den TO.
Bruno V. schrieb: > Rainer W. schrieb: >> Erstmal muss man sich über Messbereiche und Genauigkeitsanforderungen >> klar werden. > > Der 5MOhm "Spannungsteiler" an 120V ist jedenfalls nicht zeitgemäß. Und > höchstwahrscheinlich ein Indiz für ein begrenztes Verständnis der > Aufgabe durch den TO. Was ist denn heute zeitgemäß?
Poste doch mal einen Schaltplan. Dann kann man den Fehler ausrechnen. Mit dem ganzen Geschwurbel (Ayrton Shunt!) kennt sich doch keiner aus. David schrieb: > Meine Frage ist nun wie das moderne Geräte lösen. Also Sourcemeter von > diversen namhaften Herstellern. Die verwenden einen hochohmigen Buffer, der den Strom durch den Spannungsmesswiderstand liefert. Subtrahieren kannst du bei hoher Genauigkeitsanforderung vergessen. David schrieb: > Die Spannung möchte ich über einen 5MOhm Spannungsteiler messen > und den Strom über einen Low Side Shunt. Low Side Shunt ist ein No-Go für Messung kleiner Ströme. Damit handelst du dir relativ hohe Common Mode Ströme ein, da du keine ruhige Masse hast. Die Masse wackelt mit dem Strom mit und verursacht Verschiebungsströme über die parasitären Kapazitäten vom Netzteil.
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David schrieb: > Was ist denn heute zeitgemäß? 10 MOhm für ein DVM ist zwar üblich, aber nur, um die Störungen ohne Anschluss im Zaum zu halten. Die 10 MOhm gelten auch für 200mV. Bei 200V Messbereich ist also ohne weiteres > 1 GOhm mit billigsten Modulen möglich, also Ströme << 0,1µA wenn das wichtig ist (z.B. um batteriebetriebene Geiger-Müller-Dosimeter zu vermessen, dann aber >= 600V)
Bruno V. schrieb: > 10 MOhm für ein DVM ist zwar üblich, aber nur, um die Störungen ohne > Anschluss im Zaum zu halten. 10 MOhm ist notwendig für den DMM internen Spannungsteiler. Den hohen Innenwiderstand haben DMM nur ohne den Spannungsteiler, für < 1-20 Volt.
Udo K. schrieb: > Low Side Shunt ist ein No-Go für Messung kleiner Ströme. Damit handelst > du dir relativ hohe Common Mode Ströme ein, da du keine ruhige Masse > hast. Die Masse wackelt mit dem Strom mit und verursacht > Verschiebungsströme über die parasitären Kapazitäten vom Netzteil. Also high side shunt nur ist dann der Aufwand deutlich höher das zu isolieren wenn man höhere Spannungen messen will. Dann muss ja die ganze Strommessung auf der Ausgangsspannung floatend sein.
Ob High-Side Messung notwendig ist hängt von den Anforderungen ab, die du nicht rausrückst.
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David schrieb: > Also high side shunt nur ist dann der Aufwand deutlich höher das zu > isolieren wenn man höhere Spannungen messen will. Dann muss ja die ganze > Strommessung auf der Ausgangsspannung floatend sein. Hier: Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern" habe ich mal gezeigt wie man das einfach machen kann. Beide Strompolaritäten misst man, indem Dual-AC-Optokoppler oder ein 4-fach DC-OK verwendet werden. Die Stromrichtung zeigt dann die unabhängige Low-Side-Spannungsmessung an. Bei sehr kleinen Strömen müssen ggfs. die NPN durch NFets ersetzt werden.
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Arno R. schrieb: > habe ich mal gezeigt wie man das einfach machen kann. Beide > Strompolaritäten misst man, indem Dual-AC-Optokoppler oder ein 4-fach > DC-OK verwendet werden. Die Stromrichtung zeigt dann die unabhängige > Low-Side-Spannungsmessung an. > > Bei sehr kleinen Strömen müssen ggfs. die NPN durch NFets ersetzt > werden. War das Resultat dort nicht, dass alles super Temperaturabhängig ist?
David schrieb: > War das Resultat dort nicht, dass alles super Temperaturabhängig ist? Im Gegenteil, die Schaltung ist super stabil. Die beiden Koppler im gleichen Gehäuse und mit genau gleichen Betriebsbedingungen haben auch immer praktisch die gleiche Temperatur.
Arno R. schrieb: > Im Gegenteil, die Schaltung ist super stabil. Die beiden Koppler im > gleichen Gehäuse und mit genau gleichen Betriebsbedingungen haben auch > immer praktisch die gleiche Temperatur. Aber wie bekommt man diese Schaltung dann umgebaut auch bis in den, sagen wir 10µA Bereich zu messen und dort den Bereich des ADC noch weitgehend auszunutzen indem man die 10µA eben weit genug verstärkt?
Und vor allem wie erweitert man das auch negative Ströme messen zu können?
David schrieb: > Und vor allem wie erweitert man das auch negative Ströme messen zu > können? Habe ich doch oben schon gesagt: Arno R. schrieb: > Beide > Strompolaritäten misst man, indem Dual-AC-Optokoppler oder ein 4-fach > DC-OK verwendet werden. Die Stromrichtung zeigt dann die unabhängige > Low-Side-Spannungsmessung an. David schrieb: > Aber wie bekommt man diese Schaltung dann umgebaut auch bis in den, > sagen wir 10µA Bereich zu messen und dort den Bereich des ADC noch > weitgehend auszunutzen indem man die 10µA eben weit genug verstärkt? Da braucht man gar nichts umbauen, die macht das einfach. Man schaltet nur den 10R-Widerstand entsprechend um, denn die Spannung über ihm ist U=R*I(highside). Versuch doch mal zu verstehen wie die Schaltung funktioniert. Das steht in allen Einzelheiten dort: Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern"
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Arno R. schrieb: > Da braucht man gar nichts umbauen, die macht das einfach. Man schaltet > nur den 10R-Widerstand entsprechend um, denn die Spannung über ihm ist > U=R*I(highside) Bitte erkläre mir wie diese Schaltung negative Ströme messen kann wenn die Photodiode auf der High Side nur in einer Richtung funktioniert.
Udo K. schrieb: > Mit dem ganzen Geschwurbel (Ayrton Shunt!) kennt sich doch keiner aus. Sind wir hier im Kindergarten? Der William Edward Ayrton und die nach ihm benannte Verschaltungsart von Shunt Widerständen sollte einem Elektroniker eigentlich schon einmal über den Weg gelaufen sein.
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Angehängte Dateien:
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LTV824.png
31 KB
David schrieb: > Bitte erkläre mir wie diese Schaltung negative Ströme messen kann wenn > die Photodiode auf der High Side nur in einer Richtung funktioniert. Ein AC-Optokoppler hat zwei antiparallele Photodioden, die auf den Ausgangstransistor strahlen. Damit sind beide Stromrichtungen erledigt. Siehe Anhang. Wenn man einen 4-fach-DC-Optokoppler nimmt, werden auf der High-Side 2 Optokoppler zusammengeschaltet. Die beiden Photodioden antiparallel und die Phototransistoren gleichartig parallel. Dann ist jeweils ein OK aktiv. Ein dritter Optokoppler dann lowseitig.
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Lutz K. schrieb: > das ist swoeit nicht korreklt das diese verfahren keinen Spannungsabfall > haben. Der Spannungsabfall hängt von der Verstärkung ab die nicht Ja, deswegen habe ich in Klammern etwas von "störend" geschrieben. Eben um anzudeuten, dass die Welt nicht ideal ist ... > unendlich ist. Mit Verstärkung V=1 würde es gar nicht funktionieren. Wie das? > Das prinzip ist ja, das die beiden Eingänge in der Theorie keine > Spannungsdifferenz aufweisen, gibt man an - einen pos Strom/Spannung > dann koppelt der Ausgang gegen, der Strom fließt dann durch den > Rückkopplungszweig und verursacht gemäße U=RxI den Spannungshub. Dieser Du redest wohl über was anderes, denn in meiner Schaltung fließt kein Strom übers Rückkopplungs-Netzwerk. > Weiterhin kommen dann noch Offset Spannung und Offsetstrom als witer > Fehlerquelle hinzu. Auch hier wieder - man nimmt Teile, die gut genug sind, um den Messfehler nicht störend werden zu lassen.
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David schrieb: > Es geht schon darum µA messen zu können. Deswegen die Idee das mit der > isolierten Quelle zu machen. Was ist denn das eigentliche Problem, das du lösen möchtest?
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