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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Automatische Bereichsumschaltung


Autor: Max (Gast)
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Hi!
Mich interessiert wie in einem Voltmeter die automatische Umschaltung
realisiert wird.
Meine Vermutung ist, dass das mit MOSFETS oder ähnlichem passiert.
Wenn jemand genaueres weiß, dann hat er/sie hier die Möglichkeit das
auch loszuwerden.

Danke,
Max

Autor: Ratber (Gast)
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Eins vorweg:
Ich hab mich zwar auch hin und wieder gefragt wie se es denn nun
wirklich und genau machen aber es ist immer nur bei Gedankenspielen und
den überall im Web verstreuten Teilinformationen geblieben da mich das
bisher nie richtig interessiert hat.
Meine Multis kaufe ich fertig und se funktionieren.;)

Zum thema:

Naja,die simpelste methode wäre mit dem größten Breich anzufangen und
je nach signal einmal von Gleich auf wechslspannung umzuschalten und
dann je nach Wert immer solange runterschalten bis eine vernünftige
auflösung erreicht ist.

Die Sache hat natürlich den haken das bei nem plötlichen Anstieg der
Spannungoder des Stroms das Gerät schlagartig überlastet wird.

Also scheidet das in dieser einfachen Form bis auf den
Widerstandbereich aus.

Alle Bereich müssen bis zum Maximum des Gerätes Überlastfest sein.

Dh. im 200mV Bereich dürfen auch 1000V= keinen Schaden anrichten.
Das gleiche für die Strombereiche.

Jetzt gehts darum wie man das anstellt ohne die Genauigkeit allzusehr
in mitleidenschasft zu ziehen.

Eine Möglichkeit ist eine Mischung aus hochauflösenden AD-Wandlern und
recht genauen Meßverstärkern zu nehmen um den ganzen bereich in
genügender Auflösung und Genauigkeit abzudecken.

Eine andere ist das ich ja die größte Spanne bei der Spannung habe und
ich zur Spannungsmessung gut mit Hochohmigen Meßverstärkern arbeiten
kann.
Wenn die Hochohmig sind kann ich se auch gut absichern (Es wird ja fast
keine Energie verbraten also ist der Einsatz von Spannungsfesten
Widerständen und ner Begrnzung duch Z-Dioden oder ähnlichem gut machbar
da ich im Zweifelsfall nur wenig verbraten muß.Damit wirds auch recht
kompakt)also steht einem "Schalten" (Elektronisch natürlich) der
Bereiche dann nichst im Wege.

---------------------------------
Da ich das jetzt nicht so plastisch hinbekomme mach ich noch ein
Prinzipielles Beispiel was ich meine:

Nimm nen 200mV LCD Modul.(Meßbereich 200mV aber max 500mV möglich ohne
Schäden)
Eingangswiderstand 40Mohm.
Ich will mit meinem Meßgerät max. 1000V messen.(Sicherheitszugaben lase
ich jetzt einfach mal weg)


Vor dem eingang hänge ich zwei antiparallel geschaltete Z-Diodem
mit 0.4V (Is nur nen Spielwert) und 0.4W.
Damit begrenze ich die Maximale Spannung (Egal ob Gleich oder
Wechsel.Deswegen 2 Antiparalele.) auf max 400mV um das Modul
("Meßwerk") zu schützen.

Natürlich würde der Strom dann schnell ansteigen und die beiden Dioden
und damit auch das Modul im nu zerstören.
Also hänge ich noch nen Widerstand davor der den Strom begrenzt.

Jetzt kommt der Spagat:

Der widerstand darf natürlich nicht zu groß sein sonst wird der
Messwert zu stark verfälscht(Spannungsteiler).
Er muß aber so hoch sein das die Z-Dioden bei max 1000V noch gerade die
anfalende Leistung abführen können damit se heile bleiben und das Modul
schützen können.

Hsbe ich den Optimalen Wert gefunden dann funktioniert die Sache
wunderbar und ich kann für weitere Messbereiche (200mV ist ja nu nicht
gerade üppig)entsprechend die weiteren Bereiche zb. über Eingangsteiler
erweitern die dann Softwaremäßig umgeschaltet werden wenn
erforderlich.

Damit wäre ein Grundmodell erklärt.
Der Rest ist die Erweiterung um weitere Messfunktionen
(Strom,Frequenz,Kapazität,Induktivität,Dodentest,Transistortest,Schwiege 
rmuttercheck
 usw.Was das Herz begehrt.)
-------------------------------------------------


Öfters wird aber der 10/20A Bereich nochmal extra ausgekoppelt dam na
damit den 1/2A bereich einfacher und genauer hinbekommt (Abgesichert
natürlich)und es bei 10/20A nun wirklich nicht so aufs mA ankommt.
Auch kann die Gleich oder Wechselspannungsumschaltung auch manuell
geschehen.
Is ne Frage des Preises und der Genauigkeit der einzelnen Bereiche.






Das was ich da so hingekritzelt habe ist nur ne Spontane Idee die ich
mir gerade so aus den Fingern gesaugt habe aber vieleicht bringt es dir
Informationen oder regt zu weiteren ideen an.

Autor: edi (Gast)
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Max
.
da die relais die gemueter in diesem forum besonders bewegen...ja, man
kann kleine relais zur bereichsumschaltung einsetzen.
.
moritz

Autor: Max (Gast)
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Auch mich bewegen Relais und setze sie nur ungern ein.
@Ratber:
Also meine Gedanken gingen in die selbe Richtung, was die Sicherung
gegen Überlastung betrifft.
Man muss den U-Teiler so bauen, das auch bei Verpolung nichts passiert.

Bsp: Ich will 250V Messbereichsende haben.
Da nehm ich einen Uteiler von 100k als Vorwiderstand und 100 Ohm als
Meßwiderstand. Das würde bei 250V Gesamteingangsspannung 0,24975V am
Meßverstärker ausmachen. Das ganze nun für verschiedene Meßbereiche und
wie besprochen schützen.
Muß ich da auch die beiden Massen (Meßobjekt mit Gerätemasse)
verbinden, oder leite ich die Meßspannung nur über den U-teiler und
greife es mit meinem Diff.Verstärker hochohmig ab (Differenz über meine
100Ohm). Es wäre dann egal, obs verpolt ist oder nicht, da sowieso kein
Kontakt zur Gerätemasse besteht.
Wenn ich aber einen Transi schalten will, brauch ich einen Bezug zu
meiner Gerätemasse. Dann ist aber Verpolung wieder gefährlich.
Obwohl ich oft mit Elektronik zu tun hab, steh ich hier irgendwie im
Regen. Ich will mir nämlich ein Meßgerät bauen, mit dem ich die Daten
per RS232 an den PC sende und somit aufzeichnen kann. Von der µC-Seite
ist es ja kein Debakel. Jetzt möcht ich mir eben noch einen
ordentlichen Eingangsteil bauen.
Zu dieser Frage hab nicht wirklich was gefunden im Netz.
Wenn ihr dazu auch nichts mehr wisst, bleibt mir nur noch das
Experiment, weil mit meiner Logik schaff ichs am Papier nicht mehr.

Danke
Max

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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Hallo Max,

wegen diverser Probleme mit Temperaturdrift und extrem hohen Spannungen
durch statische Aufladung oder Erdschleifen rate ich Dir zum Kauf eines
gebrauchten (z.B. Keithley über Ebay) fertigen Gerätes mit RS232. Falls
Du es aber selbst bauen möchtest kannst Du einen Differenzverstärker
mit integrierter Mehrfachverstärkung (digital schaltbar) einsetzen. Auf
Relais würde ich hier deshalb verzichten, (ist heutzutage ja möglich)
weil sie beim Platinenentwurf durch zusätzliche Leiterbahnzüge einem
größeren Störeinfluß unterliegen (kommt aber darauf an welche
Ganauigkeit Du anstrebst). Die Über- und Fehlspannungs- Begrenzung muß
mehrstufig sein. KEINE Z-dioden einsetzen, die sind viel zu langsam.
Besser Schottkydioden benutzen und mit der maximalen Ue unter deren
Schwelle bleiben. Ebenfalls sind Varistoren geeignet gegen Überspannung
zu schützen.
Alles in allem (bei einigermaßen anzustrebender Genauigkeit) ist das
für den analogen Bereich nich mehr trivial. Der AD- Bereich dagen ist
recht einfach, denn durch Bereichsumschaltung kann die Auflösung klein
gehalten werden (min. 12 Bit würde ich nehmen, 16 Bit währen
anzustreben, Schaltung kann ich Dir bei Bedarf mailen).

MfG  Manfred Glahe

Autor: Max (Gast)
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http://www.elexs.de/messen1.html
Hab was gefunden.

Also an der Schaltung wäre ich schon interessiert.

An die Genauigkeit hab ich nicht so hohe Ansprüche, aber ich will es
selber bauen. Bei so einem ganzen Projekt kann ich mehr lernen als wenn
ich immer nur Teilprobleme löse und das unlösbare hinten lasse
(man siehts ja grad hier)

Danke
Max

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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Hallo Max,

ich habe mich Da wohl etwas mißverständlich ausgedrückt. Ich meinte mit
Schaltung nicht den ganzen Entwurf, den zu erstellen ist ein
ordentlicher Zeitaufwand. Von mir gibt es fertige Schaltungen die ich
mal für eine Anwendung entwickelt habe (das macht mir ja jetzt keine
Arbeit mehr). Die kann man ändern und benutzen und eine
Schaltungsbeschreibung liefere ich auch dazu.
Im Anhang mal soetwas mit 16 Bit Auflösung, damit Du mal einen Eindruck
bekommst welcher Aufwand dort nötig ist um entsprechende
Genauigkeit/Reproduzierbarkeit und Abtastrate zu erreichen.
Für 12 Bit ist es schon wesentlich einfacher zu erreichen. Aber auch
dazu nur eine fertige Schaltung (ohne die Multimeter
Eingangsbeschaltung) da normalerweise nur ein eingegrenzter Meßbereich
erforderlich ist. Fertige Schaltungen für ein Multimeter hat wohl kaum
jemand rumliegen, da solche Anwendungen in der Regel nicht gefordert
sind.

MfG  Manfred Glahe

Autor: Max (Gast)
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Bin mit 10bit die mir mein AVR liefert vollkommen zufrieden. 16 bit ohne
entsprechenden Eingangsteil sind ja auch unnötig. Meine eigentliche
Frage war ja MBumschaltung und Verpolungssicherheit sowie grundlegende
Eingangsschutzmöglichkeiten.
Die Umschaltung wäre mit dieser HP (http://www.elexs.de/messen1.html)
geklärt.
Und wenn mich nicht alles täuscht, kann man z.B. 250V auch verkehrt
anschließen >> Massepotential wird halt angehoben >> stimmt das ??

Max

Autor: Manfred Glahe (Gast)
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@Max,

habe mir die Seite mal angesehen. Ist recht gut für Einsteiger gemacht.


"Und wenn mich nicht alles täuscht, kann man z.B. 250V auch verkehrt
                  anschließen >> Massepotential wird halt angehoben >>
stimmt das ??"

Mit verkehrt anschließen meinst du sicher verpolen. Das kann u.U. ein
Drehspulmeßwerk zerstören (zeiger verbiegen oder ganz zerstören), das
es gegen den linken Anschlag arbeitet.
Gemessen wird im einfachsten Fall gegen Masse des Prüflings. Das
Multimeter ist in der Regel Potentialfrei und es kann sowohl der
negative Eingang an Masse gelegt werden als auch der positive. Bei
einem Digitalen Gerät wird mit MINUS angezeigt das der positive Eingang
auf Masse (oder besser dem nagativeren Potential) liegt. Bei einem
Drehspulgerät würde das zum Linksauschlag führen (und je nach der Höhe
der Übersteuerung auch zu einem Defekt).
Das Massepotential wird NICHT angehoben, da ändert sich wirklich
nichts. Es wird ja 1:1 verbunden.
Da Du einen Analogeingang vom µP benutzt solltest Du Einen Verstärker
(mit massebezogenem Ausgang)davorschalten und mit dem den
Eingangsschutz (des µP) vornehmen.

MfG  Manfred Glahe

Autor: Rahul (Gast)
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Moin!
Hat von Euch schon mal jemand etwas von Transorb- oder
Suppressor(?)-Dioden gehört?
Die haben eine ähnliche Funktion wie Z-Dioden, sind in der Kennlinie
aber wesentlich steiler, ausserdem sind sie wesentlich schneller.
Die habe ich mal in einem Messverstärker für Piezo-Keramiken (Piezos
können enorme Spannungen liefern...) parallel zum Messwiderstand
verbaut, und zwei 2 Stück antiparallel.
Die genauen Daten weiß ich leider nicht mehr, da das ganze Projekt
schon etwas her ist.

Ich bin mir nicht ganz sicher, wann es war, aber höchstwahrscheinlich
in der Winterprüfung 1998/1999 zum Kommunikationselektroniker der
Fachrichtung Informationstechnik, war das Gesellenstück ein Multimeter
mit automatischer Bereichsumschaltung. Allerdings funktionierte das mit
Relais'...
Aber wenn man die Eingangstufe mit einem Spannungsteiler und einem
Verstärker mit fester Verstärkung realisiert, könnte man die
Messbereichsumschaltung doch dahinter mit einem Multiplexer oder
Analogschaltern realisieren.

Gruß Rahul

Autor: Sven (Gast)
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Zum Thema Vorteiler: Es gibt bei MAXIM elektronische Potis mit 4 bis 5
Stufen im Verhältnis 1:10:100... Die werden per uC über TWI oder SPI
umgeschalten und sind genau für sowas gedacht.

Nein, Bezeichnung habe ich keine, findet man aber unter
Digitalpotentiometer. Und MAXIM rückt auch mal problemlos 2 Muster
raus.

Sven

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