Genauigkeit beim Messen von Spannung und Strom

[Dane]

Hallo,

ich will in meinem Labornetzteil mit einem AVR mehrere Gleichspannungen und Ströme messen und über ein LCD ausgeben.
Das Problem dabei ist die Genauigkeit. Wenn ich 5V messen würde, dann hätte ich einen Schrittwert von 5V/1023=0,00489V. Das würde mir passen, denn auf 0,01V genau würd ich schon gern messen.
Wenn ich aber einen Spannungsteiler für 30V so auslege, dass bei 30V 5V auf den Eingang kommen, dann habe ich nur noch eine Genauigkeit von 0,0293V. Das wäre auch noch verkraftbar, allerdings wäre es dann für höhere Spannungen, die ich auch messen will, z.B. die 0-400V DC (für Röhrenverstärker-Versuchsaufbauten) zu ungenau. Dazu kommen ja noch die ganzen Toleranzen vom Spannungsteiler, AD-Wandler, usw.

Kann man die Analog-Eingänge irgendwie ändern, dass 200mV 1023 entspricht? Dann könnte ich auch gängige Messwiderstände und Shunts für normale Digitalpanelmeter verwenden.

Bitte helft mir weiter!

[DerWarze]

Hallo

Man kann den AVR auf eine externe Referenzspannung legen (bis max 5V !!) die dann als obere Eingangsspannung gilt. Nicht vergessen das auch dem AVR im Programm mittzuteilen. Diese Spannung kommt dann an Aref.
Für genaue Messungen ist das auch nötig da die interne Refernz zu starke Streuungen hat und nur manchmal die 2,56V hat. 200mV würd ich aber nicht empfehlen da hat man zusehr mit Stärungen zu rechnen, nimm doch 2V und entspechend die Teiler anpassen.
Aus meine Zeiten als 'Röhrenbastler' weiss ich allerdings das es da nicht auf genaue Anodenspannungen im Promillebereich ankommt, damals hatten wir ja auch nur Zeigerinstrumente und es ging auch. Und auch handelsübliche DVM haben (wenn man nicht gerade richtig viel Geld ausgegeben hat) auch Fehler von mindestens 1%. Den Verstärker stört es nicht so sehr ob die Spannung nun zB. 380 oder 385V ist, auch wenn man ein Gerät bauen will nach der Rubrik "meine Anlage ist so gut ich hör mir nur noch Messtöne an".
Immerhin ist zu Bedenken das die Atmels eben 10 Bit Auflösung haben was einen 3Digit Panelmeter entspricht. Mit einer automatischen Breichsumschaltung könnte man 3 1/2 Stellen erreichen, für mehr brauchts halt externe A/D Wandler oder einen anderen Controller.
Nicht zu vergessen, genaue Messungen erfordern ausgeklügelte Schaltungstechnik und Boardlayout und genaue, kalibrierte Referenzmessgeräte zum Abgleich (Das DMM aus dem Baumarkt ist da denkbar ungeeignet) - sonst misst mann nur Mist.
Beachte auch das der Eingang des AVM nicht sehr hochohmig ist und einen Gewissen Eingangstrom braucht um richtig zu arbeiten ( genaues steht im Datenblatt) macht also in jedem Fall Sinn eine Impedanzwandler vorzuschalten.

[Dane]

Danke für Deine Antwort.

Ich glaube, ich werde doch fertige Panelmeter nehmen, die bau ich ein, Spannungsteiler bzw. Shunt ran und fertig.

MfG, Dane

[DerWarze]

Wenn Du mit dem Controller die interen Funktionen des Netzteils steuerst würde trozdem nichts gegen dem Controller als Strom / Spannungs-Anzeiger sprechen da ja da ohnehin mit dem Teil auch gemessen wird und die Genauigkeit des Gesamtsystems damit bestimmt wird.
Als nur Anzeige tuns die Panelmeter auch aber auch die sind nicht so genau wie Du es gerne hättest ( ich benutze mitunter die HED281 die es wenn man Glück hat schon für 6€ gibt) wenn man die nicht kalibriert.
Wenn Du schon ein Netzeil hast oder baust das man auf 10mV genau stellen kann solltest Du an Anzeigen nicht sparen.
Viel Erfolg

[Marco78]

Eine Interessante Idee!
Aber wie willst du die automatische Bereichswahl bauen?
Um in einen kleineren Bereich zu schalten muss man ja nur ab einem bestimmten Schwellwert umschalten. Aber wie soll ein größerer Bereich gewählt werden? Wenn auf einmal 30V anliegen kann der ADC schon hin sein :(
Am besten wäre es wohl die Spannung mit dem AVR zu regeln?!

Hast du dir auch schon Gedanken zur Strommessung gemacht? Um brauchbare Werte zu bekommen brauchst du ja einen relativ großen Spannungsfall. Und die Spannung fehlt zum einen und zum anderen ändert sich ja dann die Ausgangsspannung stärker bei schwankender Last.

Das wäre ja mal ein interessantes Projekt. Ein µC-gesteuertes NT. Aber ich glaube nicht, das sich sowas hier auf die Beine stellen lässt :(

[Ratber]

@Dane


.........allerdings wäre es dann für höhere Spannungen, die ich auch messen will, z.B. die 0-400V DC (für Röhrenverstärker-Versuchsaufbauten) zu ungenau.....

Warum ?

400V würden dann auf ca. 391mV genau aufgelöst.

Ob die Anodenspannung nun 380 oder 380.4V beträgt ist vollig unerheblich solange sie halbwegs konstant bleibt.

Wenn dir die Auflösung sooo wichtig ist dann hält dich keiner ab einen 12/14/16/ 20 oder gar 24 Bit ADC zu nutzen
Dann haste bei 400V eine auflösung von ca. 98/24/6.1mV /381 bzw. sagenhafte 24 µV

Der Preis steigt natürlich mit der Auflösung und die Anforderung an die Referenz und die Scirmung ebenfalls.

Ein gutes Multimeter löst 400V auch nur mit 0.1V auf also sollte ein 12 Bit.Wandler völlig ausreichen.

Überleg mal was nötig ist und was nicht.

[DerWarze]

Hallo


Aber wie willst du die automatische Bereichswahl bauen?

Meinte das so das beim Überschreiten des Endwertes (zb bei 1V ) von 1000 mit einen Port über eine Schaltung mit OPV und Analogschaltern ( kann das jetzt nicht in allen Details aufzeichnen ist nur die Grundidee) der Bereich über dieser Spannung Herabgezogen auf 0V wird und so der Bereich von 1-2V gemessen wird. Das Umschaltsignal kann dann auch die Anzeige des zusätzlichen Digits übernehmen man hätte so eine Auflösung von maximal 2048 Bit.
Eine Automatische Bereichunmschaltung wie bei moderneren DVM kann man natürlich auch ähnlich lösen. Vor Überspannungen schützt man den Eingang dann zB mit antiparalellen Z-Dioden. Da aber bei einer solchen Schaltung ja Sinnvollerweise hinter dem Spannungsteiler umgeschalten wird (wegen dessen Hochohmigkeit ist ja sowiso ein Impedanzwandler dahinter) ist die Gefahr für den Controller ADC gering (meiner hat schon mal unfeiwillig 18V ausgehalten-sollte man aber nicht nachmachen).


Hast du dir auch schon Gedanken zur Strommessung gemacht?

Ja, da gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Der Widerstand (Shunt) für die Strommessung solte so klein wie möglich sein. Also zB 10mOhm, damit der Messkreis möglichst wenig verfälscht wird und die abfallende Verlustleistung gering bleibt. Zur Not geht Widerstandsdraht nur ist da die Temperaturdrift recht groß Besser einen ordentlichen Messwiderstand nehmen ( Isabellenhütte http://www.isabellenhuette.de/inhalt/produkte/prodci.htm stellt ein großes Spektrum dieser Teile her, die gibts zu vernünftigen Preisen zB bei Bürklin).
Klar die Messspannungen sind im mV bereich so das man einen Messverstärker (mit Offsetkompensation!) dazu bauen muß. Das geht , wenn der Shunt an der LowSide (Masseleitung) ist recht einfach mit einem OPV. Ist der Shunt in der High Side kommt man mit einen OPV ohne spezielle Schaltungstricks nur bis etwa 30V Spannung hin.
Mitlerweile gibt es auch eine ganze Reihe von StrommessIC die meist den Shunt schon integriert haben( bei diesen ist aber die Strombelstbarkeit meist nicht über 2-3A). So gibt es zB den LTC6101HV http://www.linear.com/6101HV der In der Highside bis 105V verträgt und mit externem Shunt arbeiten kann.

Ein µC gesteuertes Netzteil ist jedenfalls Programmtechnisch sicher nicht so sehr kopliziert. Die Elekrtonik drum herum schon eher wenn's nicht nur was einfaches werden soll. Wie so was einfach zu machen wäre sieht man ja im Schaltplan vom STK500, PWM mit aktivem Filter auf Spannung glätten und damit einen LM317 ansteuern - ferdsch.
Aber die Details wären im 'Elektronik' Forum sicher besser aufgehoben.

Habt Verständnis das ich nicht komplette Schaltungen liefern kann, hab dazu einfach keine Zeit neben meinem eigenen Entwicklungen , aber selber machen macht mehr Spass und man lernt noch was.