Hi, ich messe an einem Shunt mit 0,001 Ohm einen Strom von 0,01A bis zu 60A. Nach meinen Berechnungen habe dann einen Spannungsabfall zwischen 100 nV und 60mV. Diese Spannung möchte ich an einem Atmega16 bei einer Referenzspannung von 5V messen. Welchen Operationsverstärker könnt ihr mir da empfehlen? Bzw. auf welche Werte muss ich beim Kauf achten? Ich habe bis jetzt noch nie mit Operationsverstärker gearbeitet und kenne mich damit nicht aus. Danke. Gruß Max
bitte sag´mir mal, in welcher praktischen Anwendung diese Anforderungen: 10 mA bis 10 A zu messen Sinn macht?
Max schrieb: > Hi, > > ich messe an einem Shunt mit 0,001 Ohm einen Strom von 0,01A bis zu 60A. 10mA zu 60A ist ein Verhältnis von 6000:1, der (10Bit) A/D Wandler des Mega16 hat aber nur 1024 Schritte Auflösung. > Nach meinen Berechnungen habe dann einen Spannungsabfall zwischen > 100 nV und 60mV. Das solltest du unbedingt nochmal nachrechnen, so stimmt es jedenfalls nicht.
Das wird ziemlich schwierig. Wenn Du 5 Volt Referenzspannung hast und der Wandler eine Auflösung von 1024, dann sind das pro Schritt knapp 4,9mV. Wenn Du die 100nV soweit "hebst", daß Du etwas sehen kannst, dann sind die 60mV schon weit über den Meßbereich drüberweg. Du müßtest dann die Verstärkung des OPV umschaltbar machen um mehrere Meßbereiche abdecken zu können. Was ist denn das für ein Gerät, resp. für eine Schaltung, wo solche enormen Stromunterschiede gemessen werden müssn? MfG Paul
Also ich möchte mir eine universelle Platine basteln, die entsprechend den Strom und Spannung von ein oder mehren LiPos misst und überwacht. Aber ich werde dann wohl zwei verschiedene Shunts einbauen die ich dann je nach Bedarf umschalte. Aber wenn ich nun einen Bereich von 0,1A bis 60A bei 0,001 Ohm messen möchte, dann habe ich bei - 0,1A eine Spannung von 0,0001V (0,1A*0,001Ohm) - 60A eine Spannung von 0,06V Die Genauigkeit liegt bei 60A / 1024 = 0,05 A Oder rechne ich da falsch? Die Frage nach einem Operationsverstärker besteht dann weiterhin ;-)
>0,001 Ohm
So einen Shunt willst Du umschalten? Mit welchem Schalter? Wie ist denn
er Widerstand dieses Schalters? Sag jetzt bitte aber nicht 0 Ohm.
mit 10 mA an 1 mOhm hat man immerhin noch 100 µVm nicht nV. Nur ein Verstärker bringt hier eher nichts, weil die Auflösung des AVR internen AD's da nicht ausreicht. Eine einfache, kleine Lösung wäre ein externer hochauflösender AD Wandler, der gleich mit der Spannung klar kommt. Als kleine Form so etwas wie ein MCP3421, oder besser LTC2410, ADS1210 oder ähnlich. Ich weiss, jetzt kommen wieder die Hinweise, dass es gar nicht so einfach ist die volle Auflösung eines so hoch auflösenden ADs wirklich zu nutze. Allerdings geht es hier auch nicht darum wirklich 22 der 24 Bit zu nutzen - es reichen auch schon etwa 14 Bit. Und da ist es mit dem 24 Bit AD eher einfacher diese Auflösung zu erreichen als wenn man versucht einen 14 Bit AD wirklich bis zum letzten Bit auszureizen.
Ulrich schrieb: > mit 10 mA an 1 mOhm hat man immerhin noch 100 µVm nicht nV. Auch knapp daneben, die Rechnung scheint schwierig zu sein. ;-)) Einigen wir uns auf 10mA mal 1mOhm ergibt 10µV.
Eins verstehe ich noch nicht. Wenn ich bei meinem Vorhaben einen Operationsverstärker mit Faktor 80 nehme, dann komme ich bei 0,06V auf 4,8V. Bei 0,0001V habe ich eine Spannung von 0,008V. Und diesen Bereich kann ich doch mit dem ADC vom Atemga16 mit einer brauchbaren Auflösung einlesen. Wenn ich die Referenzspannung verringere, dann ist noch eine bessere Auflösung möglich. Gibt es keinen Operationsverstärker, der mir so eine niedrige Spannung mit so einem Faktor zuverlässig verstärken kann, oder wo ist das Problem?
Ich würde es mit 0,01 Ohm, zwei OPs und dem ADC vom AVR versuchen. Der erste Verstärker macht Verstärkung x8 (für hohen Strombereich - bei 60A kommen dann 4,8 Volt raus). Der zweite Verstärker verstärkt das ganze nochmal x62,5 (für niedrigen Strombereich - bei 1A kommen dann 5 Volt raus). Andere Möglichkeit wäre einen Instrumentenverstärker wie AD623 zu verwenden und den Widerstand, welcher die Verstärkung einstellt, per Relais zwischen zwei Verstärkungen (z.B. also x8 und x500) um zu schalten. In der Software könnte man eine Messung bei 0mA zum Abgleich vorsehen, dann kann man den Offset des OPs raus rechnen.
Hallo, > Gibt es keinen Operationsverstärker, der mir so eine niedrige Spannung > mit so einem Faktor zuverlässig verstärken kann, oder wo ist das > Problem? das Problem sind die parasitären Eigenschaften des OPV (Temperaturdrift, Offsetspannungen). Schau Dir bei den üblichen Verdächtigen wie Analog Devices, Linear Technology, Texas Instruments unter den Stichwörtern "zero drift amplifier" bzw. "auto zero amplifier" oder "chopper amplifier" an, was es gibt. Alternativ kannst Du Dir - wie schon vorgeschlagen - einen 24-Bit-AD-Umsetzer mit integriertem Vorverstärker suchen. Dabei geht es weniger um die 24 Bit (Du erreichtst damit zwar eine 24-Bit-Auflösung, aber keine 24-Bit-Genauigkeit), als darum, daß solche AD-Umsetzer normalerweise brauchbare Vorverstärker für Zwecke wie Deine haben. Viele Grüße Michael
Danke für eure Tipps. Ich werde mir nun einen externen AD Wandler anschauen. Eines würde mich aber noch interessieren. Könnte man dies auch über den Atmega16 mit dem integrierten Gain Faktor von 200 messen? Wenn ich mit einem Spannungsteiler die gemessen Spannung noch ein weniger runterschraube, dann sollte ich mit dem Faktor auch an die 5V hinkommen. Haben ich dann dort auch die negativen Eigenschaften wie bei einem Operationsverstärker? Ich weiß das die Genauigkeit dabei stark abnimmt, deswegen würde ich jetzt doch primär einen externen Wandler bevorzugen. Aber würde es theoretisch gehen, wenn man die Auflösung ignoriert? @Marius Bei 0.01 Ohm hätte ich bei 60A einen Verlust von 36W. Ist das nicht ein wenig viel? Und welcher Shunt würde das mitmachen?
Max schrieb: > Wenn ich bei meinem Vorhaben einen Operationsverstärker mit Faktor 80 > nehme Die Verstärkung ist keine Eigenschaft deines Operationsverstärkers, sondern eine Eigenschaft der Beschaltung. Im Datenblatt des OP findest du das Verstärkungsbandbreitenprodukt. Sowohl für die Auslegung des Verstärkers als auch bei der Auswahl des ADC muss man die Bandbreite, i.e. die Maximalfrequenz der Signale wissen, damit man bei Pulsbelastungen keinen Unfug mißt bzw. über Aliasing hineininterpretiert.
Hallo Max, such Dir am besten jemand Erfahrenes, der bei Dir vor Ort ist und Dir bei Deinem Projekt helfen kann. Du brauchst jemanden, der ungefähr einschätzen kann, wo die praktischen Probleme bei Deinen Wunschprojekten liegen, der sehr viel Geduld hat und der Dir allzu unrealisistische Ideen ausreden kann. > Danke für eure Tipps. Ich werde mir nun einen externen AD Wandler > anschauen. Schau auch mal nach sog. "Current Sense Amplifiern". Bei der Datenblattlektüre dürftest Du einiges zu Deinem Problem lernen. http://www.analog.com/en/specialty-amplifiers/current-sense-amplifiers/products/index.html > Eines würde mich aber noch interessieren. > Könnte man dies auch über den Atmega16 mit dem integrierten Gain Faktor > von 200 messen? Ich denke, der integrierte Verstärker im ATMEGA ist dazu zu schlecht. Um das mit Sicherheit herauszufinden, solltest Du Dir im Datenblatt ansehen, wie die Gleichspannungseigenschaften des Vorverstärkers sind. Das Lesen von Datenblättern ist Deine Aufgabe - nicht die von Leuten in einem Forum. > Wenn ich mit einem Spannungsteiler die gemessen Spannung > noch ein weniger runterschraube, dann sollte ich mit dem Faktor auch an > die 5V hinkommen. Haben ich dann dort auch die negativen Eigenschaften > wie bei einem Operationsverstärker? Sind Dir die 0,001 Ohm noch nicht Kurzschluß genug? > Ich weiß das die Genauigkeit dabei > stark abnimmt, deswegen würde ich jetzt doch primär einen externen > Wandler bevorzugen. Aber würde es theoretisch gehen, wenn man die > Auflösung ignoriert? Theoretisch funktioniert die Schaltung wunderbar. Leider mußt Du in Deiner Theorie alles Entscheidende unberücksichtigt lassen. In der Theorie funktionieren sogar kaputte Fernseher noch ewig - wenn man von der fehlenden Funktionstüchtigkeit einmal absieht. Viele Grüße Michael
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