Strom bis 1A digitalisieren

[flo1]

Ich möchte ein System bauen das 4 Spannung ausgibt und den Strom an den 4 Leitungen messen kann, wie man einen DA Wandler baut ist mir klar...
... auch weiß ich wie man einen AD Wandler in einem ATmega benutzt, aber wie kann ich einen Strom bis 1 A messen?
Ich hatte schon eine (aus meiner Sicht) merkwürdige Lösung voraugen, in der ich einen Differenzversterker aus einem OP geschaltet hab. Insgesammt waren das dann pro Kanal 6 Wiederstände, würde das funktionieren?
als DA Wandler würde ich dann einen TLC548 schalten, geht das?, also das mit dem Differenzverstärker

lg flo1

[ikarus_177]

Hi,

oder du nimmst einen Shunt, misst den (verstärkten) Spannungsabfall und rechnest so zurück auf den Strom.

Viele Grüße

[daniel.weber]

ich habe bis heute noch nicht verstanden, wie genau das mit einem Shunt funktioniert. Das ist doch eigentlich nur ein Widerstand der gegen Masse geschaltet und dann an dem AD Wandler eines Kontrollers angeschlossen wird. Aber was bringt mir das? Wie kann ich da den Strom messen? Ich kenne das Ohmsche Gesetz, allerdings steige ich einfach nicht dahinter wie das funktioniert mit diese Shunt.

Bsp. einer einfachen Schaltung im Anhang. "Strom" kommt an den AD-Wandler eines µC.

[Felix G]

Also die Schaltung macht natürlich keinen Sinn...

der Strom muss durch den Shunt fließen, also VCC->Last->Shunt->GND

dann fällt am Shunt eine Spannung ab, die proportional zum Srom ist (Ohmsches Gesetz), und diese Spannung kann man mit einem ADC messen

[kalletronic]

Hi flo,

sieh dir mal diesen Beitrag an:
https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=37578
Dort ist in der 2. Version meiner Schaltung (etwas weiter unten auch ein shunt zur Strommessung verbaut (R4), vllt hilfts dir weiter

Gruß Kalle

[Olle_Filzlaus]

R=U/I

Du misst die Spannung vor dem Widerstand gegen Masse und nach dem Widerstand gegen Masse. Damit hast du den Spannungsabfall und damit kannst du den Strom berechnen.

Du leitest über ein Kabel eine Spannung von 5V zu dem Verbraucher.
Wenn du jetzt einen Widerstand von 1Ohm hast und dort fallen z.b. 20mV ab hast du eine Strom von 250mA.

Ist eigentlich ganz einfach. Je nach dem zu erwartenden Strom gibts auch speziellen Widerstanddraht. Der hat dann mOhm. Da kannst paar A messen. Musst also den Widerstand dem Strom anpassen.

cu Arno

[Rofo88]

@daniel.weber

Diese Schaltung kommt mir bekannt vor. Mikrokopter?

[flo1]

Ja ja, das mit Spannung gegen Masse messen ist ja alles schon klar...
Aber bei mir können spannungen zwischen -36V und 36V liegen also hatte ich vor einen Wiederstand einzubauen an dem zwischen -0,1V und +0,1V anfällt, da wollte ich dann einen eine 0,1V offset anlegen und dann den OPV so schalten das der zwischen 0V und 5V, gehts das?

edit die Widerstände sind nicht 100% ich hab einfach mal schnell nur so ungefäre werte eingetragen /edit

[daniel.weber]

Hallo,

so langsam blick ich da durch, hab das in dem Schaltplan oben nicht verstanden. Das verwirrt mich auch noch ein bisschen.

Also wenn ich den Strom eines einfachen Motors messen will, dann schalte ich einen Shunt an die Masse des Motors auf Masse. Dort messe ich dann die Spannung und schau wieviel von der Eingangsspannung (vor dem Shunt) übergeblieben ist?

@Rofo88: Ja gut erkannt, der ist von Mikrokopter aus der Brushless Controll Schaltung.
@flo1: Sorry, dass ich einen Thread ein wenig für meine Unklarheiten mißbrauche. Die Frage beschäftigt mich schon eine ganze Weile und ich wollte jetzt nicht noch ein extra Thread eröffnen.

[PICture]

Hallo!

@ flo1

Deine Schaltung ist richtig, muss nur noch entsprechend deinem Bedarf dimensioniert werden. :)

Weil die Stromrichtumg und der Zeichen (+/-) der Ausgangsspannungs nicht bestimmt ist, müssten eventuell die Anschlüsse des OpAmps am Shunt (R1) umgetauscht werden.

MfG

[flo1]

aber ist es nicht problematisch das wenn die 36 Volt eine gemeinsame Masse mit den +-18 Volt die der TL074 verträgt hat?

dann ist die spannung zwischen + und - zwar nur 0,01V aber da hängen ja trotzdem 36 volt dran - griltt das das ganze nicht dann?

[locked]

Hallo,

eine common mode Spannung von 36V wird der OPV vermutlich nicht vertragen. Eventuell kannst du ja den Strom im Massezweig messen. Hierfür müsstest du allerdings für jeden Spannungsausgang einen eigenen Masseanschluss vorsehen, und die Last immer exakt zwischen Versorgung und entsprechender Masse anschließen.

Alternativ wäre es denkbar, die abfallende Spannung vor und nach dem Shunt mittels Spannungsteiler herabzusetzen, allerdings mit dem Nachteil, dass die Messspannung ebenfalls kleiner wird. Weiters dürfe es Problemtisch sein, die beiden Spannungsteiler exakt gleich zu dimensionieren, weshalb es nötig sein dürfte, zusätzlich eine Offsetspannung zu überlagern, um die Unsymmetrie der Teiler zu kompensieren.

MfG

[PICture]

Hallo!

Sorry, aber ich habe die ziemlich hoche Spannungen übersehen. :oops:

Der TL074 ist für Versorgungsspannungen bis +/- 18 V vorgesehen und eignet sich für diese Schaltung nicht.

Optimal wäre ein OPV aus der Familie HCPL75XX, der manchmal bei eBay zu kaufen ist.

MfG

[flo1]

so dann hab ich nochmal ein bischen rumm gebastelt, würde das so gehen?

[locked]

Hallo,

das Prinzip sieht schon Gut aus, die Ausführung sollte jedoch noch geändert werden.

Der Spannungsteiler R30/R32 sollte sich ebenfalls auf GND beziehen, da sonst nur eine unnötig hohe Differenzspannung (welche ja der Nutzspannung entspricht) auftritt. Auch das Teilerverhältnis von 100Ohm zu 20kOhm wird so keine nennenswerte Spannungsminderung zu folge haben.

Weiteres bringen die OPVs IC3 und IC4 so, wie sie beschalten sind, nichts, da die lediglich als Spannungsfolger arbeiten, und können somit weggelassen werden.
Der Spannungsteiler R29/R31 könnte gegebenenfalls sogar eingespart werden, und durch den ohnedies vorhanden Teiler RX1 (unleserlich; Widerstand oberhalb von R35) /R38 ersetzt werden. Weiteres ist zu beachten, dass der Teiler R32/R30 nicht zu hochohmig dimensioniert wird, da dieser sonst durch den Subtrahierverstärker (IC5) beeinflusst wird. Sollte das nicht möglich sein, müsste der Spannungsfolger IC4 beibehalten werden, allerdings ohne RX2 (ebenfalls unleserlich; widerstand unter R33) da dieser überflüssig ist.
Irgendeinen Widerstand (R30, R32, R38, RX1) sollte jedoch als Potentiometer ausgeführt werden, um den Nullpunkt abgleichen zu können.

Beste Grüße.

[PICture]

Hallo!

Bei an dem R28 möglichen Spannungen +/- 36V bringt die Änderung nichts, da die Eingangspannungen nicht die Versorgungspannungen überschritten dürfen. So wie der locked schon früher gesagt habe, ohne Senkung der Eingangsspannungen können die OpAmps beschädigt werden.

Ich würde noch einen änlichen Tread zum anschauen empfehlen:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=40385&postdays=0&postorder=asc&start=0

MfG

[flo1]

könnte es denn vielleicht funktionieren wenn ich das ganze vorher gleichrichte? oder ist dann die Genauigkeit durch die dioden tolleranz komplet futsch?

[locked]

Hallo,

ein normaler Gleichrichter funktioniert definitiv nicht. Ein Messgleichrichter (aktiv) hingegen, solle sich hierfür eignen, allerdings verlierst du die Stromrichtungsinformation, und das Problem der zu großen CCM Spannung besteht weiterhin. Wenn du das Ganze einfacher, ohne Dimensionierung von Verstärkern, realisieren möchtest, kann ich dir nur empfehlen einen Strommessverstärker (current sens amplifier; z.B. MAX4081) zu verwenden, welche auch zum Teil CCM Spannungen von bis zu 75V vertragen und bidirektional messen.

MfG

[PICture]

Durch Gleichrichtung werden die Spannungen auf Eingängen des OpAmps nicht sinken.

Am einfachsten wäre, so wie der locked vorgeschlagen hat, die Spannungen auf den Eingängen des OpAmps durch Widerstandsteiler unter Versorgungsspannungen zu sinken (siehe Code). Wenn Widerstände gleicher Art mit nötiger Toleranz verwendet werden, dann ist es sehr genau und stabil. Die Widerstände R2 des Teilers sollen mindestens 10-fach kleiner als an Eingängen des OpAmps (R3 und R5) sein. Die Teilung der Eingangsspannungen lässt sich durch entsprechende Erhöhung der Verstärkung des OpAmp (Ku = R4 / R3) kompensieren.

MfG

R1
___
+/-36V ----+-|___|-+---- R4
| | ___
.-. .-. +-|___|-+
2R2| | 2R2| | | |
| | | | | +18V |
'-' '-' R3 | o |
| | ___ | |\| |
+/-12V->+---------|___|-+-|+\ |
| | ___ | >--+-->
| +-|___|-+-|-/
| | R5 | |/|
.-. .-. .-. o
R2| | R2| | R6| | -18V
| | | | | |
'-' '-' '-'
| | |
=== === ===
GND GND GND

[locked]

Hallo,
exakt, nur der Teiler R5/R6 ist überflüssig, da durch geeignete Dimensionierung dieser, durch den Hauptteiler, ersetzt werden kann. Die Schaltung gleicht so wie gezeichnet eine Kettenschaltung zweier Spannungsteiler ist.

Beste Grüße.

[PICture]

Du hast völlig Recht, aber ich bin mir nicht sicher, ob der flo1 es kann. :)

MfG

[flo1]

Macht der Spannungsteiler bei 0,1% Toleranz nicht das komplete Messen sinnlos? bei 36V * 0,1% = 0,036V ist das schon ein ganzschönes Stück Ungenauigkeit bei dem Messbereich von 0V bis 0,1V

[locked]

Ja, und genau darum habe ich schon exakt zwei Mal geschrieben, dass ein Abgleichelement (Potentiometer) in die Schaltung gehört, um den Offset – also die Unsymmetrie der beiden Teiler, sowie die generelle Offsetspannung des OPV - abzugleichen.

Um dir jedoch den Aufwand zu ersparen, würde ich sagen, du verwendest einfach einen der besagten Strommesschips und ersparst dir zugleich die symmetrische Versorgung.

MfG

[PICture]

Nein, weil sich nicht die Spannung, sondern der Widerstand um +/-0,1 % vom seinem Wert untescheidet. Wenn mann ein Spannungsteiler als zwei solchen Widerständen baut, dann im schlimstem Fall, wenn der erste Widerstand um 0,1 % kleiner und der zweite um 0,1 % größer ist, ist die Ausgangspannung nur um 0,05 % grösser als für identische Widerstände.

Ausserdem, bei Widerständen gleicher Art, kompensieren sich (fast) vollständig z.B. Widerstandsänderungen mit der Temperatur.

Deine Hausaufgabe wäre das zu überprüfen für z.B. nominal 1000 Ohm +/- 0,1 %, also 1001 und 999 Ohm. :)

MfG

[locked]

Klar, aber es beeinflusst die Messung dennoch mehr als beachtlich.
Geht man nun von einem Teilerverhältnis von 1:3 aus, und nimmt weiters den schlimmsten Fall an, dass der obere Widerstand des ersten Teilers die maximale positive Toleranz, der untere Widerstand die maximale negative Toleranz aufweißt, und sich der zweite Teiler genau gegenteilig verhält, kommt man auf eine Differenzspannung ohne Strom von 32mV.
Da durch den Spannungsteiler ja auch der Nutzbereich auf 33mV geteilt wird, beträgt der Fehler also maximal knapp 100%

Sollte ich mich nun zur späten Zeit nicht völlig irreführen haben lassen, führt also kein Weg an einem Abgleich vorbei.

Beste Grüße.

[PICture]

Natürlich! Bei Messschaltungen geht es ohne Abgleich nicht, aber es sicher auch andere Fehlerquellen z.B. Schwankungen der Temperatur, Älterung der Bauteile usw. gibt, und wenn man alle eliminieren will...

In der Praxis sollte man nicht zu viel streben und nicht ohne Grund sind prezise Messgeräte so teuer und so oft kalibriert. :)

MfG