die spannungslupe für den adc -- oder einfach ne eselei

[kolisson]

schon im november letzen jahres habe ich eine spannungslupe zur besseren ausnutzung der atmel adcs erfunden und getestet. da meine schaltung einen ladecontroller für bleibatterien darstellt, war es für mich wichtig, den spannungsbereich zwischen 10 und 15 volt zu erfassen.

nun wollte ich halt einfach 10 volt der eingangsspannung abschneiden, um nur den bereich zwischen 0 und 5 volt auf den adc-eingang zu geben.
(das erhöht die auflösung in dem für mich interessanten bereich).

ich benutze folgende schaltung:

[kolisson]

ich schreibe jetzt hier weiter, da ich immer noch nicht rausgefunden habe, wie man ein bild reinsetzt und nach dem bild weiterschreibt.

also... die o.g. schaltung funktioniert eigentlich perfekt. es werden 10 volt abgezogen und die messwerte des adc ... also die 1023 möglichen werte verteilen sich auf den bereich von 10 bis 15 volt.....

das ist genau der bereich, den zur kontrolle eines bleiakkus benötige.

nun ist es bei mir so, dass ich 6 identische schaltungen bauen muss und dies auch getan habe. (de fakto habe ich nun 3 stück und zwei davon auf dem tisch)

es zeigt sich auf jeden fall eine erhebliche diskrepanz in den messwerten, wenn man die einzelnen schaltkreise vergleicht. diese diskrepanz, zeigt sich vor allem bei kleinen eingangsspannungen.

bei 14,4 volt input ... dan 10 über die z-diode verloren arbeiten sie alle parallel.

bei 11 volt input sind die unterschiede schon bei 10 %
offenbar die exemplarstreuung der z-dioden.

lange rede ... kurzer sinn:

kennt jemand ne solide und lineare möglichkeit, ne spannungslupe zu bauen ?

könnte ein tl431 statt der zener helfen ?

gruss kolisson

[avion23]

Nur eine Idee, wenn du einen Atmel µC benutzt:
Differenziell zwischen zwei ADC Kanälen ohne gain messen (da gab's einen Namen für).
1. Kanal ist Bleiakku zwischen 10V - 15V
2. Kanal misst die Spannung nach der Zenerdiode, z.B. 10V

Dann erhältst du mit 7 oder 8 Bit Genauigkeit die Differenz zwischen den beiden Kanälen, schlag das mal im Datenblatt nach.
Die Zenerdiode ist nicht linear und auch nicht Temperaturstabilisiert IMHO.

Ach ja, für einen Bleiakku zählt eigentlich alles unter 12V als tief entladen, d.h. du musst es garnicht so genau wissen :)

[kolisson]

das mit dem differntiell messen nutzt ja auch nix. die z-diode bleibt nichtlinear und das macht sich durch die exemplarstreuung gerade im kleinen spannungsbereich extrem bemerkbar.

wenn man nur so 11 volt in die schaltung einspeist sinkt der querstrom durch die 10er auf 0,2 mA ..

ach ja mit der aussage ... alles unter 12 ist gleich "tief entladen" bin ich ja so nicht einverstanden. soweit ich das gelesen habe entspricht 11.8 volt etwa 50% und 10.8volt 25%. unter 10.8 sollte man laut hersteller nicht gehen (weil tiefentladen).

ich mache so meinen sicherheitsabstand darein und arbeite zwischen 14.4 und 11.5 volt.

gruss

[avion23]

Angenommen, alle deine z-dioden sind fest bei 10V, aber von dort aus nicht linear. Dann lässt sich meine Methode anwenden. Daraufhin erhältst du realistische Werte, weil der ADC wieder linear ist. Die Z-Dioden kannst du mit einem Multimeter überprüfen.

Zum Thema tief entladen: Kommt auf den Akku an. Je tiefer du entlädst, destso stärker schädigst du die schwächste Zelle im Verbund. Deine Informationen habe ich noch nirgendwo gefunden (und ich habe viel gelesen ;) ). Von welchen Bleiakkus sprichst du genau? Wenn du so eine Autobatterie behandelst, hält sie vielleich 5 Zyklen.
Ich habe meine Informationen von http://www.battery-university.com.

Figure 3: BCI standard for SoC estimation of a 12V flooded lead acid car battery. Test the battery at room temperature. Allow 4-8 hour of rest after charge or discharge.
Courtesy of BCI

Open circuit voltage State-of-Charge in %
12.65V 100%
12.45V 75%
12.24V 50%
12.06V 25%
11.89V or less Discharged

Den Rest von dir (Querstrom, einspeisen) habe ich nicht verstanden.

[kolisson]

hi avion...

zunächst mal ne ant wort auf die bleibatterien. ich rede hier über autobatterien oder die etwas teuereren solarbatterien. bei den solardingern ist es ja auch interessant, dass der höhere preis immer mit stärkeren bleiplatten gerechtfertigt wird.
leider sind die solarbatterien genauso gross wie die autobatterien... und auch keinen deut schwerer als die selbigen. (in den solarbatterien ist wohl ein wenig von dem schwerelosen blei drinne, was die russen erfunden haben)

deine tabelle mit den batteriespannungen habe ich zunächst mal gespeichert, da dies sehr interesante daten sind. leider beziehen sich diese werte auf batterien, die 4 bis 8 stunden nicht benutzt wurden. in einem haushalt, der komplett auf solarenergie und 12 volt hausnetz basiert, ist es aber nicht im sinne des betreibers, seine batterien 4-8 stunden nicht zu benutzen.

die von mir erwähnten spannungen beruhen auf daten, die ich mir im laufe der jahre im internet zusammengesucht habe.

14.4 als ladeschlussspannung bietet sich hier an, da es sich um stationäre batterien handelt. ( sie werden halt nicht im auto umhergefahren und geschüttelt). bei 14.4 tritt also die gasung ein, die die schwefelsäure in den zellen ein wenig umwälzt.

genauso kann ich mir vorstellen, dass eine batt, die unter last auf 11.8volt abfällt, nach 4-8 stunden ruhe, wieder auf 12,24 hochzieht. dann wären wir wieder auf 50%.

da ich mich seit 5 jahren mit der optimierung des 12 volt-haushaltes befasse und erst vor 8 monaten den atmel entdeckt habe, werde ich hier wohl noch weitere details rausfinden. ... und wenn ich die lösung habe und die seele der bleibatterie vor mir liegt... gibts garantiert nen grossen artikel hier im forum.


nun das andere ... nicht-lineare zenerdioden:

der querstrom ist der strom, der durch diode und vorwiderstand fliesst.
ich dachte, die nichtlinearität läge daran, dass dieser querstrom zu gering wird. das datenblatt der dioden lässt das vermuten.

einige tests, die ich dann am sonntag gemacht habe, zeigen aber, dass die streuung in den z-dioden wesentlich grösser ist, als die störung durch die nichtlinearität.

ich habe ca. 15 stück dioden durchgemessen. 8 stück aus einer lieferung (also aus einem klbestreifen) und 7 stück aus einem andren verbund.

keine 2 stück waren identisch.

der versuchsaufbau:

man nehme eine z-diode und einen vorwiderstand -- .
in meinem beispie eine z10 und sagen wir 1000 ohm. das ganze klemme man an ein regelnetzteil und speise 15 volt ein. dann klemme man sein multimeter direkt an die z-diode und messe die spannung.

die spannung ist bei 15 verschieden 15 mal verschieden. also eine paeltte zwischen 9.79 und 10,82.

wenn man dann alle messungen wiederholt und sein regelnetzteil mal auf 11 volt stellt. (bei immer noch 10 volt z-diode) wird auch wieder 15 mal was anderes messen.

schaden nur, dass diese werte nichts mehr mit den zuvor gemessenen abweichungen zu tun haben.

nun.. ich habe die idee der spannungslupe erstmal verworfen ... und traue keiner z-diode mehr.

gruss klaus

[Gento]

Sind 0,015V Auflösung ohne Lupe nicht gut genug ?
Mich verwundert die Zenerdiodenlupe sehr, da dort der Drift mehr unbekanntes anschwemmt wie direkt über Spannungsteiler.

Wichtiger erscheint mir eher die Temperatur der 'Batterie' zu erfassen.

Gento

[avion23]

ganz kurz nur:
Schade, dass die Z-dioden wirklich so unterschiedlich sind. Hätte ich auch nicht gedacht. Als Exacte Spannungsquelle könnte ich mir noch einen 78xx vorstellen. Damit könntest du den Bereich eingrenzen. Bleibt nur die Frage, wie genau die Spannungsregler sind. Wahrscheinlich in der selben größenordnung wie deine Spannungsteiler...

[kolisson]

hallo gento...
wie gesagt... zunächst ist das thema für mich vom tisch, da die dioden zu grosse streuung haben.

es ging mir ja darum, dass ich aus speicherplatzgründen nur 8bit adc werte benutze. wenn mich aber nur die spannungen zwischen 10 und 15 volt interessieren, bleiben 66% der 8 bit ungenutzt. das war für mich verschwendung.

vielleicht fällt mir ja irgendwann noch was ein. zunächst werde ich halt mit simplen spannungsteilern arbeiten.

gruss dann

[repi64]

Hi,
für eine genaue Messung kannst du ja nicht einfach eine Z-Diode nehmen.
Dafür gibt es ja Referenzdioden wie z.B. LM 336-Z5,0 . Davon evtl. zwei in Reihe. Diese ist bei Reichelt mit 0,28 auch nicht teuer.

[CharlyMai]

Die Zehnerspannung um 0,7V verringern und eine 1N4001 oder 1N4148 in Reihe zu der Zehnerdiode.

Damit wird eine Temperaturstabilisierung erreicht, da sich die beiden Temperaturkoeffizienten gegeneinander aufheben...

Grüße
Charly

[kolisson]

@repi64
das klingt ja interessant mit lm 336.. ist der tl431 nicht auch sowas ? den hätte ich nämlich vorrätig.

@charlymai:
danke für den tip, das beschriebene problem hat nix mit der temperatur zu zun, sondern mit ungleichheit verschiedener dioden. ich hatte das mit der 1n schon probiert, ohne das es mein problem änderte.

gruss

[CharlyMai]

Wenn Du eine LM 336-Z5,0 verwendest ist diese durch eine interne Beschaltung mit einer (oder zwei) in Reihe liegenden Diode schon Temperaturkompensiert ...

Natürlich ... es geht hier nicht um die primäre Temperaturstabilisierung jedoch sollte man, wenn man kann,
immer eine variable Größe bei der Messtechnik ausschließen =P~

viele Grüße
Charly

[kolisson]

na klar.... danke