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!
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
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.
nimm ein multimeter mit rs232 schnittstelle :) Ansonsten informier dich mal über analog schalter und analog multiplexer
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...
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?
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
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.
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.
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)
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.
@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.
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
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.
@Torben K. Wo ist dein Problem, hast du ein neues Ohmsches Gesetz?
@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?
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
@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
@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.
@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?
ina 111 ina 114 lt 6100 vielleicht lt1037 ad 822 max 4080/81 d.
@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.
@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.
@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.
Okay, Torben, dann sind wir gedanklich auf dem gleichen Weg.
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.
@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.
@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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