Lieber Besucher, herzlich willkommen bei: RCLine Forum. Falls dies Ihr erster Besuch auf dieser Seite ist, lesen Sie sich bitte die Hilfe durch. Dort wird Ihnen die Bedienung dieser Seite näher erläutert. Darüber hinaus sollten Sie sich registrieren, um alle Funktionen dieser Seite nutzen zu können. Benutzen Sie das Registrierungsformular, um sich zu registrieren oder informieren Sie sich ausführlich über den Registrierungsvorgang. Falls Sie sich bereits zu einem früheren Zeitpunkt registriert haben, können Sie sich hier anmelden.

maximum

RCLine User

  • »maximum« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Oberösterreich

Beruf: Student

  • Nachricht senden

1

Freitag, 3. Februar 2006, 13:02

Strommessung mittels OPV - Grundlagen

Hallo!

Ich möchte mich etwas näher mit Operationsverstärkern befassen. Vorallem wäre es für mich interessant, einen Strom zu messen, und diesen mittels Microcontroller auszuwerten. Ich weiß, dass es zu diesem Thema schon sehr viele Beiträge gibt, jedoch wären die Grundlagen äußerst interessant, damit es dann nicht nur irgendwie funktioniert, sondern damit man auch weiß wie und warum es funktioniert. Ich denke, dass dieses Thema für viele Personen interessant ist. Ich wäre äußerst dankbar, wenn mir vielleicht jemand bei einigen meiner Fragen weiterhelfen könnte.

Die Stromessung mittels OPV erfolgt ja mittels Differenzverstärker, und ich möchte meine Fragen auf dieses Bild beziehen.


Mir ist folgendes klar:

Der Verstärkungsfaktor ist vom Verhältnis der Widerstände R1:R3 und R3:R4 abhängig. Die verstärkte Spannungsdifferenz ergibt sich aus Ue2 - Ue1

Folgendes ist unklar:

- Auf welches Potential beziehen sich die Spannungen Ue1, Ue2, Ue3 ?
- Die Ausgangsspannung errechnet sich aus folgender Formel:
Ua = (R3/R1)*(Ue2-Ue1)
Wie sind in diesem Fall die Widerstandswerte zu wählen, da es hier ja nur auf das Verhältnis ankommt, und nicht auf den Absolutwert?
- Brauche ich eine symmetrische Spannungsversorgung für den OPV? - wenn ich z.B. den Strom an einem Shunt in Serie zu einem Akku - Motor messen will?

Das wäre es fürs erste Mal. Ich wäre äußerst dankbar, wenn jemand einem Laien wir mir hier etwas weiterhelfen würde.

Danke für Eure Bemühungen

Grüße Max

2

Freitag, 3. Februar 2006, 18:43

RE: Strommessung mittels OPV - Grundlagen

Hallo!

Der Differenzverstärker verstärkt die Spannungsdiffernz und bezieht sie auf das Potential, auf dem der Widerstand R4 sitzt. Wo die Potentiale des Einganges liegen, ist erst mal egal, die fällt ja auch bei der Rechnung 'raus (allerdings gibt es da das Thema CMRR= common mode rejection ratio = Gleichtaktunterdrückung). Da ist sogar eine Spannung außerhalb des Betriebsspannungsbereiches erlaubt, solange die Eingangsspannungen des OP im Arbeitsbereich bleiben. Da gibt es erhebliche Unterschiede. Bei manchen muß man von beiden Versorgungen Abstand halten, manche können bis zur einen oder beiden Versorgungen, manche können sogar ein kleines Stück darüber hinaus, selbst wenn das nicht spezifiziert ist (Da lohnt ein Blick auf die Eingangsstruktur...) Da-Da-Da... sch.. deutsch

Die Wahl der Widerstandswerte hängt von vielen Faktoren ab: Die Quellimpedanz, Eingangsstrom des OP, Treibermöglichkeit des OP, Anforderungen an's Rauschen, erlaubte Stromaufnahme, Umwelteinflüsse... im Bereich 10k..100K macht man selten etwas falsch.

Symmetrische Versorgung, mein Lieblingsthema. Mir fällt jetzt kein OP ein, der 3 Versorgungsanschlüsse hat. Bei 2 Versorgungsanschlüssen findet man immer einen zu den beiden Versorgungsanschlüssen symmetrischen Punkt... also: ja.. oder doch nein?

Ein Shunt ist oft in der Masseleitung. Die Versorgung des OP kann 'vor' oder 'nach' dem Shunt abgegriffen werden. Dynamisch können aber immer beide Anschlüsse des Shunts unter das Versorgungspotential rutschen. Daher braucht man eine der folgenden Maßnahmen:
-> Wenn man den Strom auf 'Masse' beziehen möche, braucht man einen OP, der ein wenig unter null kann.
-> Man kann den Strom einfach auf eine kleine positive Spannung beziehen, so daß die OP-Eingänge über der negativen Versorgung liegen.
-> man braucht eine leicht negative, untere Versorgung.

servus,
Martin

3

Freitag, 3. Februar 2006, 18:45

hi,
die spannungen beziehen sich auf den massepol vom R4.
bei den eingangspannungen ist es praktisch egal, worauf die sich beziehen, da ja nur die differenz genommen wird.

bei der ausgangsspannung ist es aber nicht unwichtig.
deshalb sollte massepol von R4 nahe der masse vom ADC sein.

wenn der shunt 10mOhm hat, dann fält an ihm 100mV ab, bei 10A.
wenn der ADC eine max eingangsspannung von 5V hat dann brauchst du eine spannungsverstärkung von 5V/0,1V = 50

für höhstpräzise messungen braucht man OPs die symetrische versorgungsspanung haben.
die höhste präzision braucht man im modellbau nicht, bzw erreicht man überhaupt nicht.
deshalb nimmst du einfach unsymetrische spannung und machst eine eingangsoffset korrektur am OP und noch eine offset korrekt per Software im µP.
hierbei must du aber unbedingt darauf achten, das du eine RAIL-TO-RAIL OPs nimmst, zb MAX 495, 492, 494 usw.
grüße
Klang ?

Car Hifi ?

Sound pur im Auto ?

besser gehts immer !

hier bist du richtig :D


[SIZE=4][/SIZE]

4

Freitag, 3. Februar 2006, 18:48

RE: Strommessung mittels OPV - Grundlagen

Zitat

Original von MaGo
..-> man braucht eine leicht negative, untere Versorgung.
...


moin,

wenn man Rail-to-Rail nimmt und dann einen einfachen spannungsteiler ins + vom OP einfügt, dann reicht das als offsetkorrektur aus.
grüße
Klang ?

Car Hifi ?

Sound pur im Auto ?

besser gehts immer !

hier bist du richtig :D


[SIZE=4][/SIZE]

5

Freitag, 3. Februar 2006, 19:04

RE: Strommessung mittels OPV - Grundlagen

Hallo!

Die meisten Rail to Rail können ja minimal unter null, 0.1 V reicht ja aus. Damit greift

-> ...braucht man einen OP, der ein wenig unter null kann

und ich sagte ja ...eine der folgenden Maßnahmen...

wir sind also gleicher Meinung, wenn ich ...einen einfachen spannungsteiler ins + vom OP einfügt... richtig interpretiere.

servus,
Martin

maximum

RCLine User

  • »maximum« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Oberösterreich

Beruf: Student

  • Nachricht senden

6

Freitag, 3. Februar 2006, 21:17

Hallo!

Vielen Dank, für die Hilfe!
Ihr habt mir schon sehr viel weitergeholfen. Ein paar kleine Fragen hätte ich noch:

Ich stehe jetzt sicherlich auf der Leitung, aber wie funktioniert das mit dem Spannungsteiler zur Eingangsoffsetkorrektur?

Martin hat folgendes geschrieben: "Die Versorgung des OP kann 'vor' oder 'nach' dem Shunt abgegriffen werden"
Wenn der Shunt in der Masseleitung liegt, dann ist die Versorgungsspannung ja 0 oder wenn nach dem Shunt beinahe 0. Wenn die Ausgangsspannung des OPV verstärkt werden soll, z.B 5V, dann muss positive Versorgungsspannung ja darüber liegen oder? Irgendetwas habe ich hier falsch verstanden.


Grüße Max

7

Freitag, 3. Februar 2006, 22:37

Hallo Max!

Der Abgriff betrifft nur die negative Versorgung des OP, die positive ist natürlich entsprechend höher, z.B. von einem Spannungsregler.

Wenn man den Massepunkt vor den Shunt legt (auf der Accu-Seite), dann sind beide Shuntanschlüsse statisch immer positiv oder null. R2 kommt dann an den lastseitigen Anschluß, R1 an den accuuseitigen Anschluß. Wenn dann R4 noch nahe beim ADC-Anschluß ist (wenn du einen µC mit ADC nimmst), kannst du Fehler durch unterschiedliche Bezugspunkte minimieren, und die Funktion, die ein Differenzverstärker bietet, ausnützen, wie ja schon MeisterEIT geschrieben hat.

Wäre der Abgriff auf der Lastseite, dann wäre das andere Ende negativ.
Theoretisch könnte dann ein einfacher invertierender Verstärker reichen, wobei man die Masseführung schon genau bedenken müßte.

servus,
Martin

landebahnpflug

RCLine Neu User

Wohnort: von hier

  • Nachricht senden

8

Freitag, 3. Februar 2006, 23:01

Tietze Schenk kaufen ein relativ gut verständliches Buch... :D
oder auch die Serie von Holowitz.... genial und unterhaltsam geschreiben, aber präziese und gute vergleiche zum alltäglichen leben.... leider sind alle drei (oder vier) Bände zusammen etwas teurerer als der gute alte tietze ...

Aber wenn du mit ein µC strom messen willst reicht bei den meiste µC intergrierten AD wandlern auch der gut alte Shunt. Je nach strom und dann die bewärten rauscharmen widerstandsschaltungen..

Bei spannungsmessungen macht der Op schon ehr sinn... sei denn du möchtest mit einer potentiostaten schaltung nA oder pA messen .. aber davon gehe ich mal nicht aus...

bei der Dimensionierung ist natürlich die Signal qualität die entscheidende frage... und ob du eventuelle noch messen und filtern willst, was auch durchaus sinn macht...


8)
Der Dialog mit Andersdenkenden ist oft schwierig;
mit Nichtdenkenden ist er stets unmöglich.
(Walter Ludin)


maximum

RCLine User

  • »maximum« ist der Autor dieses Themas

Wohnort: Oberösterreich

Beruf: Student

  • Nachricht senden

9

Samstag, 4. Februar 2006, 18:22

Hallo!

landebahnpflug schrieb:

"Aber wenn du mit ein µC strom messen willst reicht bei den meiste µC intergrierten AD wandlern auch der gut alte Shunt. Je nach strom und dann die bewärten rauscharmen widerstandsschaltungen.."

Wenn ich am Shunt jedoch nur einen Spannungsabfall von einigen bis einige hundert Millivolt habe, dann brauche ich einen OPV um das mit dem uC auswerten zu können.
Wie meinst du das mit den bewährten Widerstandsschaltungen?

Bitte um Entschuldigung für die vielleicht blöden Fragen, bin leider noch am Anfang der Materie.

Grüße Max

10

Sonntag, 5. Februar 2006, 01:01

Hallo Max!

Du hast mit dem OP für's Verstärken der Shuntspannung schon recht. Nur bei Spannungsmessung reicht ein einfacher Widerstandsteiler, wenn du z.B. die Accuspannung messen willst.

Und immer 'drann denken: es gibt mehr blöde Antworten als blöde Fragen ;)

servus,
Martin

wurpfel1

RCLine User

Wohnort: CH-rheintal

  • Nachricht senden

11

Sonntag, 5. Februar 2006, 08:15

Hi Leutz

der häufig verwendete ATtiny26 hat integrierte OPs. leider sind die "untenrum" nicht so genau.. für die strommessung beim minilogger reicht es.

OT :angel:
wenn man nur die akkuspannung messen will gibts die ganz praktische 1wire- käfer von DALLAS. die habe das ganze analogzeugs drin! per BASCOM fragt man dann den sensor nach spannung/kapazität/max. strom/temperatur/seriennummer usw..
wenn man diesen 3€ käfer in jeden akku einbaut erlaubt das den bau eines superbequemen und idiotensicheres ladegerätes
:evil:

das ist für mich als analog-laie sehr praktisch! sonst muss jede schaltung im fachbuch nachschlagen ;(




eine von mir häufig benutzte schaltung ist ein instrumentenverstärker mit vier OPs. sowas kann dank dem LM324 mit einem käfer erschlagen werden. der aufwand ist klein, die genauigkeit hoch. diese schaltung erlaubt die kompensation/unterdrückung von offset und gleichtakt..

ein OP erlaubt die aufbereitung des messignals zur vollen ausnutzung des ADC. nebenbei wird die messerei hochohmig gemacht, das erhöht die störsicherheit/relevanz der messung ungemein.
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

12

Sonntag, 5. Februar 2006, 10:41

Hallo wurpfel!

...eine von mir häufig benutzte schaltung ist ein instrumentenverstärker mit vier OPs. sowas kann dank dem LM324 mit einem käfer erschlagen werden. der aufwand ist klein, die genauigkeit hoch. diese schaltung erlaubt die kompensation/unterdrückung von offset und gleichtakt..

Schau dir doch mal den INA126U an. Hat der nicht alles, um deine 4 OP im 14-Pin Gehäuse zu ersetzen? Und man braucht nur noch einen Widerstand, um den Gain einzustellen, und verdammt rauscharm ist das Teil auch (kommt bei meinem nächsten Tiefenregler 'rein)

servus,
Martin