Ich möchte einen Strom und eine Spannung gleichzeitig messen für Spannungen bis 300V und Ströme bis 0,5A. Die Anwendung ist ziemlich störanfällig, für eingestrahlte Störungen und diese möchte ich vermeiden.
Nun kann ich das per Low Side Shunt (Ayrton) machen, aber dann entsteht eine große Loop zwischen Quelle und Messobjekt. Die Messung kann nicht floatend geschehen daher dachte ich an das angehängte Design.
Die Idee: Spannung kann man für beide Spannunsgteiler messen und hat damit den Strom über den Shunt. Damit man den Strom durch das Messobject kenn muss man aber noch den Strom durch den rechten Spannungsteiler addieren, den man auch kennt. Die Frage ist nun ob das eine gute Lösung ist. Zunächst haben die Spannunsgteiler natürlich Toleranz und man müsse das irgendwie kalibrieren.
Ich will damit auch später sehr kleine Ströme bis in den nA Bereich messen können.
Ich will damit auch später sehr kleine Ströme bis in den nA Bereich
messen können.
Der Witz ist gut:-) Rechne das ganze einfach mal mit konkreten Werten für die Widerstände, Spannungen und Ströme durch und ermittle so wie groß die Spannungsdifferenz ist die du da messen willst.
Ich möchte einen Strom und eine Spannung gleichzeitig messen für
Spannungen bis 300V und Ströme bis 0,5A.
Spannungen misst man mit einem Spannungsteiler. Die Ströme mit einem Shunt und passenden Stromverstärker. Die gibt es fertig als high side current sense amplifier. NEIN, mit einfachen Spannungsteilern geht das nicht.
Nun kann ich das per Low Side Shunt (Ayrton) machen, aber dann entsteht
eine große Loop zwischen Quelle und Messobjekt. Die Messung kann nicht
floatend geschehen daher dachte ich an das angehängte Design.
Mumpitz.
addieren, den man auch kennt. Die Frage ist nun ob das eine gute Lösung
ist.
Nö.
Ich will damit auch später sehr kleine Ströme bis in den nA Bereich
messen können.
Jaja, dream on. Das kann man bestenfalls mit vielen Meßbereichen, so wie es Multimeter machen.
Spannungen misst man mit einem Spannungsteiler. Die Ströme mit einem
Shunt und passenden Stromverstärker. Die gibt es fertig als high side
current sense amplifier. NEIN, mit einfachen Spannungsteilern geht das
nicht.
Gibt es so nicht fertig. Ich brauche High Side Shunt Messung bis einige Huntert Volt. Das Prinzip von Spannungsteilern ist mir klar.
Du scheinst nicht verstanden zu haben. Mit zwei Spannungsteilern misst man Spannungen. Einmal vor den Shunt und einmal hinter dem Shunt. Die Spannungsteiler dienen nur dazu die hohen Spannungen zu handhaben.
Also braucht man einen 1:60 Teiler um mit einem 5V AD zu arbeiten. Wenn der 16bit kann, hat man 78µV Auflösung, 4,7mV am Shunt.
Mit 5R Shunt hat man mit 0,5A 2,5V, aber auch >1W Verlust. So bleiben zumindest 9bit Auflösung die vielleicht auf 8bit genau sind. Reicht das?
Du scheinst nicht verstanden zu haben. Mit zwei Spannungsteilern misst
man Spannungen. Einmal vor den Shunt und einmal hinter dem Shunt. Die
Spannungsteiler dienen nur dazu die hohen Spannungen zu handhaben.
Süß.... da fragt einer und läßt dann solche Töne von sich...
Wenn wer was nicht verstanden hat dann bist Du das, aber /das/ hast Du auch noch nicht verstanden.
Egal. Lies Dir am Anfang Deiner analogen Reise in die Messung von Strömen auf der Highside doch einfach mal die sogar in deutsch vorhandene Fachliteratur dazu durch... egal ob Du - Deinem Wissensstand nach - bei elektor oder der elrad-Sammel-DVD (beides für auch für Anfänger geeignet weil in einfachem Deutsch geschrieben) anfängst oder Dich in die Tiefen vom Tietze/Schenk oder AoE III (in Englisch) einarbeitest... oder ob Du Dir die Videos vom eevblog hineinziehst... egal, jede dieser Quellen füllt Deine diesbezüglichen mehr als offensichtlichen Wissenslücken mit Leichtigkeit.
Damit Du nicht ganz planlos suchen mußt such mal nach Differenzverstärker, INA117 (und dessen Nachfolger) und dann bemühe Dich auch die Fehlerberechungen dazu verstehen....
und /dann/ erst ist es sinnvoll hier weiter zu schreiben. Also - meld Dich in 2 Monaten wieder.
Damit Du nicht ganz planlos suchen mußt such mal nach
Differenzverstärker, INA117 (und dessen Nachfolger) und dann bemühe Dich
auch die Fehlerberechungen dazu verstehen....
Auch du scheinst nicht verstanden zu haben warum eben INA und konsorten in diesem Fall nicht direkt funktionieren. Die Common Mode Spannung ist zu hoch.
Damit Du nicht ganz planlos suchen mußt such mal nach
Differenzverstärker, INA117 (und dessen Nachfolger) und dann bemühe Dich
auch die Fehlerberechungen dazu verstehen....
Auch du scheinst nicht verstanden zu haben warum eben INA und konsorten
in diesem Fall nicht direkt funktionieren. Die Common Mode Spannung ist
zu hoch.
Ach nö? Echt? Hab ich das tatsächlich übersehen? Aber sowas....
Naja. Selbst mein Hinweis an Dich noch was dazuzu lernen und am besten dort anzufangen wo andere das schon vor Jahren bis zum Abwinken durchgekaut haben scheint an Dir irgendwie spurlos vorbeizugehen... was soll`s
Viele Wege führen nach Rom, daher noch viel Vergnügen und viel Erkenntnisgewinn mit den Spannungsteilern.....
Naja. Selbst mein Hinweis an Dich noch was dazuzu lernen und am besten
dort anzufangen wo andere das schon vor Jahren bis zum Abwinken
durchgekaut haben scheint an Dir irgendwie spurlos vorbeizugehen... was
soll`s
Tietze Schenk und Art of Elektroniks bin ich schon durchgegangen. Ein kurzes nachschlagen hat gerade ergeben, dass der INA117 im grunde diese Idee von mir auch so umsetzt. Spannung über den High side Shunt messen und eben herunterteilen nur reicht mir dort der Common Mode Range eben nicht.
Spannungen misst man mit einem Spannungsteiler. Die Ströme mit einem
Shunt und passenden Stromverstärker. Die gibt es fertig als high side
current sense amplifier. NEIN, mit einfachen Spannungsteilern geht das
nicht.
Gibt es so nicht fertig.
Doch.
Ich brauche High Side Shunt Messung bis einige
Huntert Volt. Das Prinzip von Spannungsteilern ist mir klar.
Auch du scheinst nicht verstanden zu haben warum eben INA und konsorten
in diesem Fall nicht direkt funktionieren. Die Common Mode Spannung ist
zu hoch.
Geht es nur um Gleichspannung oder kommt da noch eine ...MHz
Salamischeibe nach?
Es geht bis einige kHz aber über einen Shunt will ich positive und auch negative Ströme bei Positiver und negativer Common Mode Spannung messen können.
Einige also...
Viel einige oder wenig einige oder eher so mittel einige?
Also max 0,5A, min wenige nA, sagen wir mal 10nA pro Bit.
Das wären dann ohne Messbereichsumschaltung 26Bit ENOB.
Genauigkeit wohlgemerkt, nicht Auflösung.
Okay, nun haben wir alle herzlich gelacht.
Nun kommen wir doch mal in die Phase wo man sich ganz erntshaft die Frage stellt welchen Weg man gehen möchte.
Dieses Ergebnis muss um jeden Preis erreicht werden.
Kein Aufwand zu hoch, kein Budget zu klein.
Okay, war nur Spaß.
1mA Auflösung mit reicht auch und 1kHz ist okay.
Auch bei 2. gilt:
Der Spannungsteiler müsste extrem präzise sein und sehr wenig Temperaturdrift haben, damit das noch geht.
Also die ganze Chose auf Highside verlagern, mit eigener Spannungsversorgung und per optischer Trennung digital auf LS übertragen.
Auch da mit Messbereichsumschaltung.
D.H. einen hohen Pegel kann man nicht bis nA auflösen und ein auf nA aufgelöster Pegel darf nicht hoch sein.
Wir haben 'damals' mit Goldstaub Bauteilen, Vishay Spezialwiderständen für 30€ das Stück, feinstem OP gedöhns und 24Bit SD ADC 19Bit Enob hinbekommen.
Reine Wandlung am ADC Eingang.
Der Messwert aus einem PT1000 Umformer mit wirklich aufwendiger Kalibrierung über mehrere Tage, war dann 0,001°C für das Gesammtgerät, bei einem Bereich von -5 bis 35°C.
Also eher 15,5bit Genauigkeit.
Auch das nicht stabil über das angegeben Kalibierintervall im realen Einsatz, aber darüber haben wir nur hinter vorgehaltener Hand geredet, weil damit schliesslich Kimamodelle erstellt werden wie sich 0,127°C Wassertemperaturerhöhung in zwei Jahren auf 2,54°C Erhöhung in 20J aufsummieren.
Es könnte also sein das die Klimamodelle ein klein wenig übertrieben sind.
Sorry, aber die Konkurrenz machte das auch und zwar noch viel doller.
Und da es keiner Nachmessen kann, weil alleine die Laboreinrichtung um sowas zu messen hundsgemein teuer ist...
Das wären dann ohne Messbereichsumschaltung 26Bit ENOB.
Genauigkeit wohlgemerkt, nicht Auflösung.
Okay, nun haben wir alle herzlich gelacht.
Ich auch, aber eher über Dich. Daß er das nicht ohne Meßbereichsumschaltung machen will, hat er ja weiter oben bei entsprechendem Hinweis bereits angemerkt.
Das wären dann ohne Messbereichsumschaltung 26Bit ENOB.
Genauigkeit wohlgemerkt, nicht Auflösung.
Okay, nun haben wir alle herzlich gelacht.
Ich auch, aber eher über Dich. Daß er das nicht ohne
Meßbereichsumschaltung machen will, hat er ja weiter oben bei
entsprechendem Hinweis bereits angemerkt.
Um in einem Bereich von nA bis 0,5A zu messen reicht keine einfache Meßbereichsumschaltung, bestehend aus einigen Widerständen und einem Umschalter. Schaue Dir einfach nur mal Messgeräte an die dass können, und was sie kosten. Das geht auch schon in Richtung Tischmultimeter.
Allenfalls mal das Datenblatt zu der Family der Energy metering chips reinziehen. Falls AC, besser ohne shunt.
Beginne bei ADE7758, falls es den noch gibt
Gustav, ich entschuldige mich in aller Form für die üblichen Maulhelden hier! Sie wissen es keinen Deut besser, müssen nur ständig händeringend ihr Halbwissen zur Schau stellen, andere schlecht reden, usw.. Wie so oft hast du dich als TO bereits deutlich besser in die Materie eingearbeitet, aber das hält diese Ekelpakete nicht davon ab, deinen Thread zu ihrer Profilierung zu missbrauchen. Es ist seit Jahrzehnten die reinste Katastrophe auf MC.net, und Mods/Admin trauen sich nicht, da mal durchzugreifen. Sie haben nämlich fast nur noch sowas hier, die echten Fachleute sind längst vergrault worden...
Dein Vorhaben geht, natürlich nur, wenn du präzise Widerstände mit z.B. 0,1% und TK15 nimmst. Und natürlich muss der Shunt für 0,5A vs. nA drastisch geändert werden, aber das weißt du ja selbst. In letzterem Fall wird auch der hinter dem Shunt liegende Spannungsteiler extrem hochohmig werden müssen. Das ist normalerweise aber kein Problem, wenn du diesen für etwas Bandbreite mit ein paar winzigen Kondensatoren mit z.B. 1pF oder weniger "stützt". Einen fA-CMOS-OP oder ähnlich als Auswertung natürlich sowieso vorausgesetzt...
Dir muss natürlich auch klar sein, daß ein so hohes Verhältnis der Spannungen der wahrscheinlich ungenaueste Weg zur Strommessung ist. Aber manche Vorhaben erlauben einfach nichts anderes, und falls es doch nicht ausreichend gut wird, so lernt man zumindest jede Menge dabei, steht hinterher allemal besser da, als die Theoretiker, die ständig alles besser wussten...
Sie wissen es keinen Deut besser, müssen nur ständig händeringend
ihr Halbwissen zur Schau stellen, andere schlecht reden, usw.. Wie so
oft hast du dich als TO bereits deutlich besser in die Materie
eingearbeitet, aber das hält diese Ekelpakete nicht davon ab, deinen
Thread zu ihrer Profilierung zu missbrauchen. Es ist seit Jahrzehnten
die reinste Katastrophe auf MC.net, und Mods/Admin trauen sich nicht, da
mal durchzugreifen. Sie haben nämlich fast nur noch sowas hier, die
echten Fachleute sind längst vergrault worden...
Du beschreibst dich hervorragend selbst.
Was hält dich hier im Forum..wenn du es doch so scheiße findest?
Mit ADC misst man Spannungen. Alles unterhalb von 1 mV ist problematisch, weil es im Rauschen unter geht. Also lass uns mal davon ausgehen, dass 1 mV das kleinste Intervall ist, das wir messen können/wollen.
Um die hohe Spannung von 300 Volt zu reduzieren willst du Spannungsteiler verwenden, zum Beispiel mit Faktor 1:100 (für zeitgemäße 3,3V ADC). Leider reduzieren sie aber auch die Spannungsdifferenz am Shunt um den selben Faktor. Damit der ADC 1 mV sieht, müssen am Shunt 100 mV abfallen.
Du wolltest nA messen. Damit bei einem nA 100 mV am Shunt abfallen, muss der Shunt 100 MΩ haben. Damit bewegst du dich im Grenzbereich des Machbaren. Alles muss super gut isoliert und abgeschirmt werden, damit ein Lufthauch nicht zu einer massiven Veränderung des Messwertes führt.
Also reduzieren wir die Auflösung von 1 nA auf 100 nA. Dann genügt ein Shunt mit 1 MΩ, den kann man in einer sauberen Umgebung ohne große Probleme einsetzen.
Aber: Du willst auch 0,5 A messen können. Bei 0,5 A fallen am 1 MΩ Widerstand satte 100.000 (hundert-tausend) Volt ab. Das ist wieder unrealistisch.
Die Anforderung muss also erneut geändert werden. Sagen wir mal, dir würden 0,1 mA genügen (damit sind wir um Faktor 100.000 von deiner ursprünglichen Idee entfernt). Damit bei 0,1 mA die benötigten 100 mV am Shunt abfallen, muss dieser 1 kΩ haben. Bei 0,5 A fallen an dem Widerstand aber 500 Volt ab. Das ist immer noch völlig inakzeptabel.
Merkst du, worauf das hinaus läuft? Dein Lösungsansatz versucht mit einem Chinaböller zum Mars zu fliegen. Unmöglicher geht es gar nicht.
Da ist wohl ein entsprechend schneller Trennverstärker die bessere Wahl.
Denn die vorgeschlagenen 0,1% Widerstände können bei einem 100:1 Teiler schon 10% Gleichtaktsignal produzieren.
Bei DC lässt sich das über die Spannungsmessung wieder rausrechnen, bei AC kommt es auf die nachfolgende Signalverarbeitung an.
Ich habe verstanden die Präzision der Widerstände ist sehr kritisch und der Spannungsabfall über den Shunt wird eben auch heruntergeteilt. Ich denke das werde ich doch per Low-Side Ayrton Shunt machen wo ich dann eben mehrere Bereiche habe.
Mal aus reinem interesse, was machen denn die teuren Tischmultimeter um das mit hoher Common Mode Spannung zu messen?
Wo ist der Fehler in der Aussage? Natürlich sind die Spanungsmesseingänge eines Multimeters nicht auf die Masse der jeweiligen zu messenden Schaltung bezogen.
Und ich kann im Bereich, für das die Isolation des Netzteils ausgelegt ist, auch "hohe" Spannungen wie hier diese 300V an die Eingänge des Messgeräts anlegen.
Nun kann ich das per Low Side Shunt (Ayrton) machen, aber dann entsteht
eine große Loop zwischen Quelle und Messobjekt.
Nicht, wenn du den Messverstärker dort hinpackst, wo es vom Laststromverlauf am günstigsten wäre und die Daten von dort dann z.B. digital, seriell zur Auswertung weiterleitest. Diese serielle Verbindung kann dann auch ganz ohne störende Signalbeeinflussung ganz einfach galvanisch getrennt werden.
Ich habe verstanden die Präzision der Widerstände ist sehr kritisch und
der Spannungsabfall über den Shunt wird eben auch heruntergeteilt. Ich
denke das werde ich doch per Low-Side Ayrton Shunt machen wo ich dann
eben mehrere Bereiche habe.
Na immerhin, das erste Erkenntnislein.
Was hindert Dich daran - wenn Highside so wichtig ist - die Messung nach allen Regeln der Kunst dort oben zu machen (DCDC-Wandler sind bereits erfunden um da oben eine lokale Spannungsversorgung zu haben) und den Messwert "nach unten" zu übertragen? Stromquellen (ja, auch bei 300V kein Vodoozauber) als Ausgangssignal Deines Messverstärkers sind Dein Freund wenn es galvanisch nicht getrennt sein muß, wenn doch isoliert dann sind Sigma-Deltawandler für so langsamen Signale ausreichend und mehr als spannungsfest und ausgesprochen einfach zu verarbeiten.
Ich hab schon mit einem 20 Euro Multimeter den Strom auf 100kV Potential gemessen. Batteriebetrieb und optische Mesßwertübertragung (Ablesen aus 2m Entfernung) wirken Wunder! ;-)
Mal aus reinem interesse, was machen denn die teuren Tischmultimeter um
das mit hoher Common Mode Spannung zu messen?
Die sind potentialfrei
davon wußte mein Fluke 8860a nichts als ich mit den auf 5kV hochgelegten GND messen wollte. Es ging einfach kaputt, hätte es deinen Hinweis doch mal vorher gelesen.
davon wußte mein Fluke 8860a nichts als ich mit den auf 5kV hochgelegten
GND messen wollte. Es ging einfach kaputt, hätte es deinen Hinweis doch
mal vorher gelesen.
Hättest du mal die Anleitung gelesen. Vor allem bei 45 Jahre altem Equipment konnte es öfter mal vor, dass sie nicht dem aktuellen Standard entsprechen.
Offenbar hattest du aber erwartet, dass es potentialfrei ist, weil das normalerweise so ist, richtig? Damit verpufft deine Kritik an meiner Antwort.
Offenbar hattest du aber erwartet, dass es potentialfrei ist, weil das
normalerweise so ist, richtig? Damit verpufft deine Kritik an meiner
Antwort.
Mal eine Frage bezüglich des Guards, den man bei sehr kleinen Strömen vermutlich braucht. Wie erzeugt man die Guard Spannung sehr leckstromfrei wenn man mit einem Low Side Shunt misst?
Ich will damit auch später sehr kleine Ströme bis in den nA Bereich
messen können.
Man liest sehr häufig solche Sachen hier. Woher kommt das?
Erfordert es die Anwendung? Wenn ja, ist man der Anwendung dann überhaupt schon gewachsen? Oder ist es einfach nur der Drang danach, dass man etwas so Winziges messen kann.
Ein Beispiel: Wenn ich ein Haus bauen möchte und die Bodenplatte einmesse, dann reicht die Hypotenuse, auf zwei Stellen hinterm Komma, sicher mehr als genug aus, um die Rechtwinkligkeit des Hauses sicher zu stellen.
Bohre ich einen Tunnel durch einen Berg, das von zwei Seiten, sollten es vielleicht doch besser vier oder fünf Stellen hinterm Komma sein.
Welchen Nutzen hat es also, wenn man die Batterielebensdauer des Spielzeugautos auf eine nW/h genau ausrechnen kann? Der Knirps wird schon kommen, wenn das Auto nicht mehr fährt.
Offenbar hattest du aber erwartet, dass es potentialfrei ist, weil das
normalerweise so ist, richtig? Damit verpufft deine Kritik an meiner
Antwort.
Ein Tischmultimeter, ebenso wie ein Handmultimeter, IST potentialfrei. Der Meßkreis ist galvanisch vom der Anzeige/Bedienung/Schnittstelle getrennt. Aber diese Schnittstelle hat eine endliche Spannungsfestigkeit! Potentialfreiheit ist keine Wundereigenschaft, die alle Probleme löst!
Ein Handmultimeter hätte mit 5kV bei der Strommessung auch ein Problem, denn das Gehäuse hat eine endliche Spannungsfestigkeit. Aber wenn man es auf einen passenden Isolator, im einfachsten Fall eine große Plastikkiste stellt, geht das.
Hättest du mal die Anleitung gelesen. Vor allem bei 45 Jahre altem
Equipment konnte es öfter mal vor, dass sie nicht dem aktuellen Standard
entsprechen.
ich vertraute auf Fluke Qualität, schließlich kam in den Mitte der '70er Jahre ein Fluke Vertreter in die Fernsehwerkstatt und bewarb seine DMM mit unkaputtbar, er nahm einen Anodenclip vom Farb TV und feuerte knapp 30kV in das Fluke welches keinen Schaden nahm.
Wie konnte ich also ahnen daß 10 Jahre später 5kV das DMM killen.
Wie konnte ich also ahnen daß 10 Jahre später 5kV das DMM killen.
Ja ist blöd gelaufen. Doch so eine unglückliche Ausnahme taugt nicht als Argument, einen Ratschlag für den Regelfall zu widerlegen. Du hättest sagen können "Vorsicht, nicht alle Multimeter sind potentialfrei", dagegen hätte ich nichts gehabt.
Alle batteriebetriebenen Multimeter, wo kein Kabel für ein Netzteil oder Datenverbindung weggeht, alles berührungssicher isoliert ist, also nur die zwei Meßstrippen weggehen, sind potentialfrei.
Zumindest bis der Nächste um die Ecke kommt, wenn Du Dir aber die andere Strippe in den Hintern steckst, ist das nicht mehr potentialfrei.
shunt.png
(3,3 KB)
