Spannungsteiler dimensionieren

[forty]

Hi,

ich bin gerade etwas ratlos. Ich schaffs inzwischen, am AVR mit dem ADC Spannungen zu messen, aber den Dreh um einen Spannungsteiler perfekt zu dimensionieren hab ich noch nicht raus.

Ich will einen Widerstand von 14-180 Ohm messen. Welchen Widerstand würdet ihr für den Teiler nehmen, um den Meßbereich möglichst breit über die 5V des ADC zu strecken, um eine gute Auflösung zu bekommen?

Wenn ich den Widerstand gleich dem höchsten zu erwartenden Widerstand setze, bekomme ich ja höchstens die Hälfte von 5V als Bereich. Ich könnte natürlich die Versorgungsspannung auf 5V setzen, und die Referenz des ADC auf 2,5.
Wenn jetzt der Widerstand aber kurzgeschlossen wird (kann ja mal passieren), bekomm ich volle 5V auf meinen 2,5V-ADC. Das kann dem ja auch nicht gut tun.

Wie macht ihr sowas für sinnvolle Ergebnise? An irgendwelche Extra-Schaltungen hab ich natürlich nicht gedacht, wollte ich aber auch nicht unbedingt da ich alles auf einer Streifenplatine zusammenbasteln muss..

Danke

42

[shaun]

Solange der AVR mit 5V betrieben wird, machen ihm 5V am ADC-Eingang nichts aus. Bei 2,5V Referenz wird dann aber von 2,5 bis 5V nur noch der Maximalwert gemessen (also 1023 beim 10bit-ADC).
Wenn der Sensort "oben" liegt, wie es aus Deiner Beschreibung hervorgeht, müsste der Vorwiderstand 14 Ohm haben, damit der Spannungsabfall maximal 2,5V (eben bei 14 Ohm Sensorwiderstand beträgt) - das heisst, es würden fast 200mA fliessen, ziemliche Verschwendung und vor allem vielleicht ein Problem für den Sensor?!
Legst Du den Sensor nach unten, würde ein 180 Ohm Vorwiderstand bei 180 Ohm Sensorwiderstand den Maximalwert bewirken - besser. Aber das Ganze ist total nichtlinear, das heisst, Du musst noch etwas rechnen. Es wird umso linearer, je größer Du den Vorwiderstand wählst - allerdings wird dann die Ausgangsspannung auch immer kleiner und Du brauchst evtl einen Verstärker, handelst Dir damit auch neue Fehlerquellen ein.
Wenn Du eine Vorstellung der Kurve brauchst, musst Du Dir einfach mal den Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von Rs (Sensor) und Rv (Vorwiderstand) plotten lassen, Formel ist klar, oder?
Uaus=5V*Rs/(Rs+Rv)
bei unten liegendem Sensor.

[PICture]

Hallo!

Um proportionale zu Widerstand Spannung zu haben, muss man eine Konstantstromquelle anwenden. Z.B. bei I = 25 mA ergibt sich für R = 14 Ohm U = 0,35V und für R = 180 Ohm U = 4,5 V. Eine Konstantstromquelle kann man am einfachsten mit einem FET und einem Widerstand realisieren.

MfG

[forty]

Doofe Frage, aber in dem Link zu "Konstantstromquelle", steht dass sich er LM317K auf 1,25V regelt. Können dann an meinem Messwiderstand noch 4,5V abfallen?

[Besserwessi]

Wenn es ein einfacher Teiler sein soll, dann ist es wohl besser den Sensor gegen Masse zu schalten und eine kleine Referenzspannung von etwa 1-2 V zu benutzten. Wie klein die Referenzspannung sein darf hängt vom Typ ab. Die Referenzspannung sollte dann auch durch einen Teiler von den 5 V abgeleitet werden. Bei einem 3:1 Teiler für die Referenz dann also 3*180 Ohm als Vorwiderstand. So wird die Kennlinie einigermaßen linear und der Strom bleibt bei 14 Ohm noch im Rahmen. Eine extra Stromquelle ist eher weniger zu empfehlen. Wenn schon sollte die dann selbe Referenzspannung wie der AD Wandler benutzen.

Eine andere Alternative ist es keinen AD Wandler zu nehmen, sondern den Widerstandswert in eine Zeit umzuwandeln. 14 Ohm Sensorwiederstand sind allerdings ziehmlich klein dafür. Als einfachste Realisierung einen Kondensator parallel zum Sensor, den analogem Comperator Eingang zum Messen und einen Port um den Kondensator zu laden. Bei 14 Ohm Widerstand bräuchte man da aber eher zu viel strom.

[forty]

Meinst du, die Referenz auf den Maximalwert des Teilers zu drücken, also den Teiler mit 5V zu betreiben, der Maximalwert geht auf 2,5V (angenommen), also mach ich dem ADC eine Referenz in der Größe?

[PICture]

Hallo!

@ forty

Es war kein link, das macht Roboternetz für einige Wörter und Abkürzungen automatisch.

Der Strom 25 mA ist nur Beispielswert. Du kannst jeden Wert annehmen. Der LM317 braucht noch 3V mehr am Eingang als am Augang, also um 4,25 V mehr als die max. Spannungsabfall auf dem Widerstand, der gemessen wird. Das geht mit 5 V nicht.

Es bleibt nur eine Konstantstromquelle mit einem Transistor (bipolar, FET bzw. MOSFET) übrig. Es sollte sich mit 20 mA realisieren lassen, da bei 20 mA auf 180 Ohm fallen 3,6 V ab und für die Stromquelle bleiben noch 5 V - 3,6 V = 1,4 V was ausreichen sollte.

MfG

[Besserwessi]

Das mit dem Teilen der Referenzspannung war genau so gemeint. Je nach Typ kann die Referenzspannung bis 1 V runtergehen. Dann braucht man nicht ganz so viel Strom und es wird etwas linearer.
Wenn man die Referenzspannung und den Teiler mit dem Sensor aus der gleichen Spannung betreibt, fallen die Ungenauigkeiten der Spannung gerade herraus und es kommt nur noch auf die Widerstände an. Wenn man Strom sparen muss, z.B. wegen Batteriebetrieb oder eigenerwärmung des Sensors, kann man die Spaunng auch über einen Port Schalten und für jede Messung nur für ca. 10 ms einschalten.

[Dirk]

Hi forty,

ich könnte noch folgendes bieten:

Spannungsteiler:
+5V - 150 Ohm -+- Messwiderstand (14..180 Ohm) - 150 Ohm - GND

Abgriff des ADC bei -+-

Werte:
Messpannung 14 Ohm: 2,61146 V
Messpannung 180 Ohm: 3,4375 V
Delta Messpannung: 0,82604 V
Messschritte bei ADC (Uref 5V): ~169

Somit ist eine Auflösung von ca. 1 Ohm möglich.

Der Längsstrom beträgt max. 16 mA.

Wär das was?

Gruß Dirk

[forty]

Das mit dem Teilen der Referenzspannung war genau so gemeint. Je nach Typ kann die Referenzspannung bis 1 V runtergehen.

Und wenn ich dann aus irgendeinem Grund trotzdem 5v am ADC liegen hab, z.b. weil mein Sensor kurzgeschlossen ist? Verkraftet der das?

[Besserwessi]

Solange die Spannung am AD Eingang nicht um mehr als 0,3 V größer als AVCC ist, macht das nichts. Das Ergebnis der AD Wandlung ist dann halt 1023, wenn die Spannung größer als die Referenzspanung ist.

[shaun]

@forty: auch mal lesen, die Frage nach den 5V habe ich längst beantwortet.
Für diese Reihenschaltung würde ich mir aber erstmal einen Graphen plotten, um zu schauen, wie linear das Ganze nachher wird bzw. wie Du deine Messwerte aus den Daten ziehst.

[forty]

oh, danke. Hatte etwas den Überblick verloren ;-) Habe dank euch denke ich passende Werte gefunden.