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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messen von Spannung oder Strom mit demselben Eingang


Autor: Torben K. (torben)
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Hallo!

Für ein Projekt bin ich auf der Suche nach Hardware, die mir das Messen 
von Strom oder Spannung an denselben Klemmen ermöglicht. Angesteuert 
werden soll sie von einem µC. Da das für mich noch Neuland ist dachte 
ich ich frage mal hier, ob jemand so etwas schonmal realisiert hat. 
Gemessen werden sollen 0-20mA, 4-20mA oder 0-10V.

Vielen Dank!

Autor: Thomas S. (Gast)
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Servus Torben,

soll das ganze per Software umschaltbar sein ?
0-20 und 4-20 mA ist ja kein Unterschied....Einen entsprechenden 
Bürdewiderstand und für die Spannungsmessung entsprechenden Messbereich 
einstellen ...

Thomas

Autor: Stefan Gemmel (steg13)
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Mit Relais 2xUm

Autor: Torben K. (torben)
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Hallo,

das ganze soll per Software, also im Endeffekt über den Mikrocontroller, 
umschaltbar sein. Man hat mir schon gesagt, dass es entsprechende ICs 
gibt, aber konnte mir keine Typen nennen. Ich hatte gehofft hier ein 
paar Anregungen zu bekommen, damit ich nicht ganz bei Null anfangen 
muss.

Autor: Lupin (Gast)
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nimm ein multimeter mit rs232 schnittstelle :)

Ansonsten informier dich mal über analog schalter und analog multiplexer

Autor: srb (Gast)
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Oder z.B. ein Reed-Relais verwenden. Um Strom zu messen, musst Du ja den 
Spannungsabfall an einem Widerstand in Deiner Schaltung messen. Um 
Spannung zu messen, muss dieser Widerstand (da er ja meist sehr sehr 
klein ist (vom Widerstandswert)) raus. Also ein Reedrelais davor...

Autor: Torben K. (torben)
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Leider ist nicht das was ich brauche dabei. Im Endeffekt soll ein 
universeller analoger Messeingang entstehen, der über einen µC 
programmierbar ist (Strom oder Spannung und Messbereich). Das ganze soll 
aber nicht auf Relais basieren. Kennt vielleicht jemand etwas in der 
Art?

Autor: OlFi (Gast)
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Bin mir jetzt nicht ganz sicher ob das genau das ist was du suchst, weil 
intern ein Komparator arbeitet.

Aber such mal nach Datenblättern zu: Voltage Current detector

z.B. aus der Reihe NJU770

Autor: Günter R. (galileo14)
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Du bist Dir aber im klaren, daß die Umschaltung auf Strommessung, wie es 
schon "srb" geschrieben hat, für den Meßeingang praktisch einen 
Kurzschluß darstellt. Bei einem Multimeter muß man für die Strommessung 
oftmals die Meßstrippen in andere Buchsen einstecken, und das ist auch 
gut so! Hier würde ich einige Vorsicht investieren, sonst kann es ganz 
schnell Defekte geben.

Autor: Torben K. (torben)
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Das ist mir klar. Aber es gibt ja immer häufiger Geräte, die einen 
universellen Meßeingang zur Verfügung stellen, welcher dann per Software 
umgeschaltet werden kann, und diese Geräte beinhalten meist keine 
Relais. Und genau so etwas möchte ich mir nachbauen. Hätte nicht 
gedacht, das es so schwer ist, da zumindest nen Denkansatz zu finden.

Autor: Dennis (Gast)
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naja, hier ist ein ansatz mit relais...


      Instrumenten verstärker
                    +-----+----------------------+o
            /|      |     |                       __--o-  eingang A
           /+|------|    .-.    .-----------------o
        .-<  |           | |    |                   K1
        |  \-|------|    | |    |
        |   \|      |    '-'    |
        |           +-----|----------------------+o
        |              Shunt    |                 __--o-  eingang B
        |                       |           .-----o
      o-'                      .-.          |       K1
 -o--__                        | | Spannungs|
      o-. Impedanzwandler      | | teiler   |
  K1    |                      '-'          |               V+C
        |   /|                  |           |                |
        |  /+|------------------|           |     .---.      |
        '-<  |                  |           |-----|K1 |------+
        |  \-|--.              .-.          |     '---'
        |   \|  |              | |          |
        |       '              | |          |
        +-------'              '-'          '
                                |           |
                               ===         ===
                               GND         GND






(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Autor: Rahul Der trollige (rahul)
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Sehe ich mal wieder das Problem nicht?
Wenn man dem Eingang eine Widerstand verpasst, über den bei 20mA 10V 
abfallen, dann hat man doch einen universellen Eingang.
Dann hat man höchstens auf Seite der Quelle das Problem, dass ein 
0-10V-Eingang mit bis zu 20mA belastet wird.

Autor: Torben K. (torben)
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@Dennis:
Danke für die Mühe. Denke für Relais könnte das funktionieren. 
Allerdings benötige ich eine elektronische Umschaltung, also wird das 
nicht 1 zu 1 umsetzbar.

@Rahul:
Weder Strom noch Spannung können mit einem 500 Ohm Messwiderstand 
vernünftig gemessen werden. Man mißt zwar was, mehr aber auch nicht.

Autor: Günter R. (galileo14)
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Dann schalte doch für Betriebsart "Strommessung" den Meßwiderstand über 
einen Power-FET an die Meßklemmen; der Widerstand müßte nach GND führen, 
darüber den FET; am Widerstand wird die Meßspannung für DC-Ampere 
abgegriffen und zum Meßverstärker geführt. Die Plus-Klemme hängt am 
oberen FET-Anschluß, die Minus-Klemme an GND. Dazwischen liegt der 
Meßwiderstand. Kannst Du Dir's vorstellen? (Mag's jetzt nicht mit dem 
Editor zeichnen)

In Betriebsart DC-Volt ist der FET abgeschaltet, und ein weiterer 
Meßverstärker, diesmal für den Volt-Meßbereich, führt zu einem zweiten 
ADC-Eingang. Hier ist der obere FET-Anschluß, an dem die Klemme hängt, 
zum Meßverstärker geführt (vorher war's der untere FET-Anschluß).

Damit hast Du doch die Software-Umschaltung.

Günter

Autor: Philipp Burch (philipp_burch)
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Wäre evtl. ein FET als Relais-Ersatz eine Möglichkeit? Ich denke mal, 
wenn du den voll aufsteuerst und einen genauen Referenzwiderstand 
dahinter hängst (Bzw. die Messung kalibrierst, solltest du eh tun), wird 
die Genauigkeit ausreichend sein...
Ist aber alles mal nur so dahergeredet, ob es so wirklich gut umsetzbar 
ist kann ich nicht sagen.

Autor: Manfred (Gast)
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@Torben K.

Wo ist dein Problem, hast du ein neues Ohmsches Gesetz?

Autor: Torben K. (torben)
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@Manfred

Nein, wieso?

@Günter R. und Philipp Burch

Ich denke auch dass FETs die beste Möglichkeit sind aufgrund ihres 
geringen Innenwiderstandes.

@Günter R.
Ich denke eher an eine Variante, die nur einen ADC Eingang belegt. Dazu 
wäre so etwas wie ein elektronischer Umschalter nötig, der einen 
möglichst geringen Eingriff in die Messung darstellt.
Sehe ich das richtig dass Du bei Spannungsmessung über dem FET zum 
Verstärker gehen würdest damit Du den Spannungsfall in der Messung 
berücksichtigen kannst?

Autor: Günter R. (galileo14)
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Ich habe die Schaltung, an die ich denke, doch mal aufgerissen (so gut 
es eben mit Textzeichen geht):


  zum Messverstärker Spannung

    <-------------------O---------------    Messklemme Plus
                        |
                        |
                        |
       Umschaltung  |----
            --------|       FET
                    |----
                        |
    <-------------------O
  zum Messverstärker    |
     Strom             ---
                       | |
                       | |  Messwiderstand (z.B. 0.5 Ohm)
                       | |
                       ---
                        |
                        O---------------    Messklemme Minus
                        |
                       ---
                       GND

Hiermit ergibt sich ein hoher Eingangswiderstand bei Spannungsmessung 
und ein niedriger bei Strommessung, wobei der Durchlasswiderstand des 
FET nicht in die Messung eingeht und somit nicht kompenisert werden muß. 
Der "Messverstärker Strom" muß eine höhere Verstärkung haben als der 
"Messverstärker Spannung", da er ja Millivoltsignale auf z.B. 0 ... 5 V 
bringen muß für den ADC. Der "Messverstärker Spannung" ist im 
wesentlichen ein Impedanzwandler und Schutz des ADC; je nach Messbereich 
muß evt. noch ein Spannungsteiler dazu, der die Impedanz natürlich 
erniedrigt, und ggf. eine Schutzbeschaltung und evt. eine Sicherung für 
den Stromkreis (auch in die Plus-Leitung).

Man könnte natürlich die gezeichneten Zuführungen für die Messverstärker 
mit einem FET-Umschalter zu einem einzigen Messverstärker führen; aber 
das erhöht die Fehlerquellen, und ein uC hat doch normalerweise mehrere 
ADC-Eingänge (die AVR's haben i.d.R. 8 davon); und die Meßverstärker 
sind billige OPAMP's, da würde ich keinen FET-Umschalter nehmen.

Günter

Autor: Manfred (Gast)
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@Torben K.

Deine Aussage:

"Weder Strom noch Spannung können mit einem 500 Ohm Messwiderstand
vernünftig gemessen werden. Man mißt zwar was, mehr aber auch nicht."


erweckte in mir den Eindruck du hättest ein neues Ohmsches Gesetz.

Gruß

Manfred

Autor: Torben K. (torben)
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@Manfred

Wie kommst Du dadrauf?
Ich weiß ja nicht was Du mit messen meinst, aber ich möchte die Werte 
erfassen, die tatsächlich auftreten und nicht die, die durch meinen 
Messwiderstand unnötig verfälscht werden.

Autor: Torben K. (torben)
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@Günter

Danke für die Schaltung und Deine Erläuterungen.
Ich denke dass es schon sinnvoll ist, einen FET mit möglichst geringem 
Durchlasswiderstand zu wählen, um die Messung möglichst genau zu machen.
Eine Frage zu den Messverstärkern:
Kennst Du geeignete Typen für so etwas?

Autor: Dennis (Gast)
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ina 111

ina 114

lt 6100

vielleicht lt1037

ad 822

max 4080/81

d.

Autor: Dieter Werner (Gast)
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@Torben

Na klar hat der FET Einfluss auf die Messung, aber in welchem Verhältnis 
steht dieser zur Genauigkeit des A/D Wandlers ?
Beispiel: ein Stromausgang hat einen Ri von 1MOhm (ist schon ziemlich 
schlecht), der Fet hat 1 Ohm -> entstehender Fehler 1ppm !!

Eine Eisenbahnschiene biegt sich auch durch wenn sich 'ne Mücke 
draufsetzt.

Autor: Günter R. (galileo14)
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@Torben:

Die Genauigkeit der (Strom-)Messung hängt nicht vom Durchlaßwiderstand 
des FET's ab, wenn die von mir skizzierte Schaltung verwendet wird, denn 
dabei kommt es nur auf die Genauigkeit (und evt. Temperaturdrift) des 
Meßwiderstands an. Aber der FET sollte dennoch einen möglichst kleinen 
Durchlaßwiderstand haben, damit der Spannungsabfall an dieser 
Meßanordnung, die im Idealfall null sein sollte, nicht zu groß wird, 
denn dadurch wird das Verhalten der zu messenden Schaltung verändert. Da 
ja kein Gatestrom fließt, wird der zu messende Strom nicht verfälscht 
(anders wäre es, wenn man einen Bipolartransistor einsetzen würde ...).

@Dieter:

Torben hat ja nicht gesagt, daß er den Strom einer idealen Stromquelle 
mit einem Ri von 1 MOhm messen will; i.d.R. haben Schaltungen einen 
kleineren Ri, und daher verfälscht jede Einfügung eines Meßwiderstandes 
die Schaltung. Ich sage ja nicht, daß durch meine Schaltungsskizze die 
zu messende Schaltung nicht verfälscht wird. Ich sage nur: wenn man 
diese Meßanordnung in die zu messende Schaltung einfügt, dann kann man 
am Meßwiderstand den gerade fließenden Strom mit hoher Genauigkeit 
messen und der FET hat auf die Genauigkeit der Strommessung keinen 
Einfluß. Entfernt man dann aber diese Meßanordnung, so fließt ggf. ein 
anderer Strom in der zu messenden Schaltung. Aber das ist ja mit jedem 
Multimeter genauso.


Autor: Torben K. (torben)
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@Günter
Ich glaube wir haben uns da falsch verstanden. Mit der Genauigkeit 
meinte ich den gemessenen Strom im Verhältnis zum Strom der ohne die 
Meßanordnung fließen würde. Ich wollte nicht sagen, dass der Strom der 
über den Meßwiderstand fließt ungenau gemessen wird. Das wäre ja nur der 
Fall, wenn die Meßspannung über den FET mit abgreifen würde, so wie bei 
der Spannungsmessung.

@Dieter
Das stimmt wenn mann immer so hochohmige Schaltungen mißt.

Autor: Günter R. (galileo14)
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Okay, Torben, dann sind wir gedanklich auf dem gleichen Weg.

Autor: Dieter Werner (Gast)
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Nun, die in der Industrie üblichen 0...20 oder 4...20mA Stromausgänge 
sind i.d.R. von 0 bis 500 Ohm Bürde spezifiziert (Ausnahmen bestätigen 
die Regel).
Innerhalb dieser Werte hält der Ausgang seine Spezifikation, natürlich 
auch bei veränderlichem Widerstand.

Um z.B. eine Abhängigkeit von <0,1% zu bekommen muss der Ri der 
Stromquelle >= 500/0,001 = 500kOhm sein.

Die von mir (bisher immer diskret) aufgebauten Schaltungen bringen 
meistens >= 2 MOhm.

Autor: Günter R. (galileo14)
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@Torben und Dieter:

ich muß zurückstecken; Torben hat im ersten Beitrag des Threads durchaus 
von 0 - 20 mA gesprochen und (falls er die üblichen Meß-Sensoren meint) 
insofern (indirekt) von einer hochohmigen Stromquelle. Hatte diese 
Passage aus den Augen verloren.

Ändert trotzdem nichts am gesagten, und so könnte es wohl funktionieren; 
Meßwiderstand dann natürlich größer als den von mir notierten Wert von 
0.5 Ohm.

Autor: Torben K. (torben)
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@Dieter
Diese Spezifizierung kannte ich nicht. In dem Fall würde es dann, wie Du 
gesagt hast, nichts ausmachen einen FET mit höherem Innenwiderstand 
einzusetzen. Ich denke aber es kann nichts schaden einen FET mit 
möglichst niedrigem Innenwiderstand zu wählen, solange das die Kosten 
nicht horrend in die Höhe treibt.

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