Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie kleinen Strom bei hoher Spannung messen?


von Hans H. (hans_h)


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Habe mal eine Frage. Ich möchte mir gern ein Nixie-Testgerät bauen. 
Idealerweise sollen Strom und Spannung(en) mit Hilfe eines AVRs gemessen 
und auf einem Display angezeigt werden. Bei der Spannung sehe ich kein 
Problem, aber wie kann ich den Strom messen?

Es handelt sich hier um einen Strom im Bereich von 1 bis 20mA bei einer 
Spannung von 140 bis 200V. Die Auflösung sollte bei etwa 1mA liegen. Ich 
frage mich, ob man das über einen Shunt und einen Operationsverstärker 
bewerkstelligen kann, da ja eine recht hohe Spannung anliegt.

Ein einfaches Einbaumessgerät wäre notfalls auch recht, aber z.B. das 
günstige Modell von reichelt kann auch nur bis etwa 35V den Strom über 
einen Shunt messen.

Habt jemand einen Vorschlag? Vielen Dank schon einmal.

: Verschoben durch Admin
von Jonathan S. (joni-st) Benutzerseite


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Hans H. schrieb:
> Ich
> frage mich, ob man das über einen Shunt und einen Operationsverstärker
> bewerkstelligen kann, da ja eine recht hohe Spannung anliegt.

Die Spannung kümmert den Shunt recht wenig. Wenn Du in die GND-Leitung 
einen Shunt mit 100 Ohm machst, fallen darüber bei 1mA 0,1V ab und bei 
20mA 2V. Die hohe Spannung fällt ja nur über der Nixie-Röhre ab, der 
Shunt bekommt davon nichts zu sehen.


Gruß
Jonathan

von Hans H. (hans_h)


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Vielen Dank für Deine Antwort.
Ich hätte jetzt eher an eine Messung vor der Anode gedacht, da die 
Kathoden ja die Ziffern darstellen. Wenn ich diese z.B mit einem 74141 
steuere, wo könnte ich da den Shunt einbauen? Stehe auf dem Schlauch.

von Troll (Gast)


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Hans H. schrieb:
> Ich hätte jetzt eher an eine Messung vor der Anode gedacht,

Ob ich vorne messe was rein geht, oder hinten was raus ist egal

OK: außer du hast so asoziale kollegen die mitten drin dir Elektronen 
unterm Arsch wegklauen

von auchtroll (Gast)


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Hans H. schrieb:
> Vielen Dank für Deine Antwort.
> Ich hätte jetzt eher an eine Messung vor der Anode gedacht, da die
> Kathoden ja die Ziffern darstellen. Wenn ich diese z.B mit einem 74141
> steuere, wo könnte ich da den Shunt einbauen? Stehe auf dem Schlauch.

Du kannst auch Highside messen, dann muss der OPV/ADC/wasauchimmer der 
am Shunt hängt aber eine eigene Versorgung haben oder die hohe Spannung 
gegen GND aushalten.

von Hans H. (hans_h)


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Ja, das Ohmsche Gesetz ist auf meiner Seite. Irgendwie verwirrte mich 
die maximale Spannungsangabe bei dem käuflichen Modul.

von auchtroll (Gast)


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auchtroll schrieb:
> eine eigene Versorgung haben
(mit den diversen Problemen am Ausgang)

von Marek N. (Gast)


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Du kannst ja auch die Anode als Bezugspotenzial nehmen und versorgst die 
Kathoden mit einer negativen Spannung.

von Hans H. (hans_h)


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auchtroll schrieb:
> Du kannst auch Highside messen, dann muss der OPV/ADC/wasauchimmer der
> am Shunt hängt aber eine eigene Versorgung haben oder die hohe Spannung
> gegen GND aushalten.

Das ist wohl mein Problem bzw. die Lösung.

auchtroll schrieb:
> (mit den diversen Problemen am Ausgang)

Das wohl auch.

Marek N. schrieb:
> Du kannst ja auch die Anode als Bezugspotenzial nehmen und versorgst die
> Kathoden mit einer negativen Spannung.

Das würde mein bisheriges Konzept der Spannungsversorgung über den 
Haufen werfen, aber es wäre eine Möglichkeit.

Vielen Dank für Eure Antworten. Wie wird das denn in einfachen 
Multimetern realisiert (wahrscheinlich wie schon beantwortet)? Ich werfe 
mal Google an.

von auchtroll (Gast)


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Hans H. schrieb:
> Wie wird das denn in einfachen
> Multimetern realisiert (wahrscheinlich wie schon beantwortet)?
Multimeter haben eine eigene unabhängige Spannungsversorgung, da stellt 
sich das Problem nicht.

von auchtroll (Gast)


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Das ist übrigens auch der Grund warum man Handmultimeter auch bei 
Strommessung nie per Netzteil betreiben sollte: nach außen verschleppte 
Spannungen wenn man Highside an einem Gerät misst.

von Hans H. (hans_h)


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Also ich denke, ich weiß, wie ich es machen kann.

Gesamtspannung messen = Uges
Anodenspannung messen = Ua (nach Anodenwiderstand Ra)

Anodenwiderstand Ra ist bekannt.

Dann komme ich auf folgenden Kathodenstrom Ik:

Uges = 196.9 V
Ua = 144.2 V
Ra = 26.8 kOhm

Ik = (Uges - Ua)/Ra = 1.966 mA

gemessen wurden 1.96 mA.

Die Spannungen vor und nach dem Widerstand Ra soll über einen 
Spannungsteiler auf ein µC-freundliches Niveau abgesenkt werden.

Nachteil ist natürlich, dass Ra bekannt sein muss.

von Jonathan S. (joni-st) Benutzerseite


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Hans H. schrieb:
> Die Spannungen vor und nach dem Widerstand Ra soll über einen
> Spannungsteiler auf ein µC-freundliches Niveau abgesenkt werden.

Nimm dafür besser einen Differenzverstärker. Dann kannst Du auch einen 
definierten Widerstand von z.B. 100 Ohm in die Anodenleitung legen und 
brauchst dann den Anodenwiderstand nicht mehr zu wissen.


Gruß
Jonathan

von Lupin (Gast)


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Schau dir mal den HV7800 an, der holt dir deine Shunt-Spannung runter.

Spannungen messen und Differenz messen kannst du vergessen, weil durch 
das Teilen der Spannung hast du keine Auflösung mehr.

von Werner (Gast)


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Lupin schrieb:
> Spannungen messen und Differenz messen kannst du vergessen, weil durch
> das Teilen der Spannung hast du keine Auflösung mehr.

Dann rechne mal nach. Da bei 2mA ein viertel der Spannung am "Shunt" 
abfällt, kostet das gerade mal 2 zwei Bit, d.h. bei einem 10 Bit Wandler 
bleibt eine Auflösung von 10µA.

von Hans H. (hans_h)


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Vielen Dank für Eure Antworten.

Lupin schrieb:
> Schau dir mal den HV7800 an, der holt dir deine Shunt-Spannung runter.

Ja, wenn es die Dinger für Normalsterbliche zu kaufen gäbe

Ich bin bei meinen Recherchen auch auf diesen Sensor hier gestoßen:

http://www.watterott.com/de/ACS712-Low-Current-Sensor-Breakout

Die Auflösung (185 mV/A) erscheint mir trotz der nachträglichen 
Verstärkung (bis 47x) etwas grob.

Am einfachsten wird es sein, ich baue High-Side seinen Shunt ein und 
messe die Spannung mit einem Einbaumultimeter (eigene 
Spannungsversorgung über Batterie).

http://www.reichelt.de/?ARTICLE=36412;PROVID=1024

Mit einem normalen Multimeter habe ich es gerade ausprobiert. Mit einem 
100 Ohm Widerstand aus der Bastelkiste messe ich 386 mV. Mit dem 
gleichen Multimeter messe ich 3.9 mA.

von Jobst M. (jobstens-de)


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Werner schrieb:
>> Spannungen messen und Differenz messen kannst du vergessen, weil durch
>> das Teilen der Spannung hast du keine Auflösung mehr.
>
> Dann rechne mal nach. Da bei 2mA ein viertel der Spannung am "Shunt"
> abfällt, kostet das gerade mal 2 zwei Bit, d.h. bei einem 10 Bit Wandler
> bleibt eine Auflösung von 10µA.

Dafür nimmt man natürlich einen ADC mit differenziellem Eingang.



Alternativ kann man auch auf der High-Side (oder potenzialfrei) mit 
einem kleinen µC messen und das Ergebnis mit einem Optokoppler 
übermitteln.


Gruß

Jobst

von Werner (Gast)


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Jobst M. schrieb:
> Dafür nimmt man natürlich einen ADC mit differenziellem Eingang.

Sofern der ADC einen hat, würde man den natürlich nehmen. Für die 
geforderte Auflösung von 1mA bei einem Meßbereich von 1..20mA wäre jedes 
zusätzliche, vermeidbare, externe Bauelement aber übertriebener Aufwand.

Und bei den 4,3 Bit solche Aussagen zu treffen, zeugt schon von einer 
gewissen Fehleinschätzung.
Lupin schrieb:
> Spannungen messen und Differenz messen kannst du vergessen

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