Hallo Leute, ich habe folgendes Problem, ich möchte mit meinem Arduino Uno den Strom über einen Shunt 10mOhm berechnen. Da der Spannungsabfall aber zu niedrig ist um ihn direkt an den Analog Eingang zu hängen, habe ich einen OPV LM358 als Differenzverstärker geschaltet. Die Spannung an der der Shunt hängt soll einstellbar sein. Die Versorgungsspannung für den LM358 ist 12V. raus kommen soll eine Spannung von 5V, wenn die Spannung am Spannungsteiler 4,2V ist. VccTest->5 Ohm-|-10mOhm shunt -> GND V OPV Nun kommt mein Problem, ich weiß nicht wie ich die Verstärkung mit berechnen soll. 5/1024 = 4,883mV / 10 Bit Auflösung. Wie kann ich jetzt den Strom berechnen, da der OPV ja eine Verstärkung hat, ich aber nicht weiß wie ich diese anwenden soll :( Hier ist das Schaltbild mit LT Spice Danke Edit. mir war bei dem Schatbild ein kleiner Fehler unterlaufen, der ist nun korrigiert
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bring erst mal etwas Ordnung in den Shuntwert. Im Schaltbild sind es 100mOhm, im Text mal Petr t. schrieb: > über einen Shunt 10mOhm berechnen. und mal Petr t. schrieb: > VccTest->5 Ohm-|-1mOhm shunt -> GND Die Umrechnung *5V/1024 gibt dir an, welche Spannung der ADC sieht (sofern du als Referenzspannung wirklich 5V verwendest). Diese Spannung ergibt sich aus Strom mal Shuntwiderstand mal Spannungsverstärkung des OPV. (zumindest idealerweise: um die Fehler kümmern wir uns, sobald die prinzipielle Funktion verstanden ist).
Die Verstärkung ist 1+R_3/R_4. Den Strom berechnest du so: V_out=(1+R_3/R_4)*V_shunt, V_shunt=I*R_shunt. Das formst du dann auf I um...
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Achim S. schrieb: > bring erst mal etwas Ordnung in den Shuntwert. Im Schaltbild sind es > 100mOhm, im Text mal > > Petr t. schrieb: >> über einen Shunt 10mOhm berechnen. > > und mal > > Petr t. schrieb: >> VccTest->5 Ohm-|-1mOhm shunt -> GND Korriegiert ;)
Max H. schrieb: > Den Strom berechnest du so: V_out=(1+R_3/R_4)*V_shunt, > V_shunt=I*R_shunt. Das formst du dann auf I um... Was bringt mir aber dann V_out ? I=V_shunt/R_shunt 0,84 A= 8,4mV / 10mOhm Muss ich die Verstärkung des OPV nicht mit berücksichtigen???
Petr t. schrieb: > Muss ich die Verstärkung des OPV nicht mit berücksichtigen??? Doch: die gemessene Spannung ist ja nicht V_Shunt sondern V_Out. Der Umrechenfaktor zwischen beiden ist die Verstärkung des OPV.
> Muss ich die Verstärkung des OPV nicht mit berücksichtigen??? Ich verstehe nicht so ganz, wo genau da Dein Verständnisproblem liegt!? Den Zweck des OP hast Du ja schon richtig erkennt: Petr t. schrieb: > Da der Spannungsabfall aber zu niedrig ist um ihn direkt an den Analog > Eingang zu hängen, habe ich einen OPV LM358 als Differenzverstärker > geschaltet. Und das Ziel hast Du auch schon definiert: > raus kommen soll eine Spannung von 5V, wenn die Spannung am > Spannungsteiler 4,2V ist. Nach Adam Riese ist der Strom 4,2V/5Ohm = 0.84A (- ein bisschen durch den Shunt - vernachlässigt), * 10mOhm = 8,4mV -> diese willst Du auf 5V verstärken, also muss Dein OP eine Verstärkung von 5V/8,4mV = 595 haben. Danach legst Du die Widerstände aus.
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Achim S. schrieb: > Doch: die gemessene Spannung ist ja nicht V_Shunt sondern V_Out. Der > Umrechenfaktor zwischen beiden ist die Verstärkung des OPV. Kannst du mir das bitte erklären ? Ich habe, nach dem Schaltbild 4,99V (~5V) am Ausgang des OPV´s. Die Spannung die ich am Shunt messe ist 8,4mV. Die Formel zum berechnen der Verstärung ist ja V= 1 + R3/R4 V= 1 + 473kOhm/1kOhm V= 474 Aber wie rechne ich damit weiter ?
Thomas E. schrieb: > 10mOhm = 8,4mV -> diese willst Du auf 5V verstärken, also muss Dein > OP eine Verstärkung von 5V/8,4mV = 595 haben. > Danach legst Du die Widerstände aus. Wie kommst du auf diese Formel ? Und was muss ich dann mit den 595 rechnen ? Ich möchte ja im Arduino den Strom berechnen. Also I=5/10mOhm geht so ja nicht, weil der OPV ja dazwischen hängt.
Hallo, so ein OPV von Typ LM358 ist nicht optimal er 'macht' Fehler: Offsetspannung, Offesetdrift usw. Er kann nicht bis auf 0 / Vcc Messen, bzw. Verstärken Es lohnt sich also einen Rail-to-Rail Inp/Outp präzisions OPV zu wählen. Stell dir bitte vor, was passiert wenn ein Offsetfehler von 3mV um den Faktor 595 Verstärkt wird. Dann ist da eine um 1,785V Differenz-Fehlerspannung am Ausgang, die man nicht haben will ! Wenn der OPV nur 500µV Offsetfehler aufweisen sollte, dann liegt der Differenz-Fehlerspannung bei 0,2975V. So oder so muss man eine Offsetspannungkorrektur durchführen !
Petr t. schrieb: > Also I=5/10mOhm geht so ja nicht, weil der OPV ja dazwischen hängt Nein, aber 5/595 geht, dann hast Du die Spannung am Shunt (Ausgangsspannung des OPV geteilt dutch die Verstärkung). Das dann geteilt durch 0,01Ohm gibt Dir den Strom, der durch den Shunt fließt.
Der Fehler des OP ist aber ein ganz neues Problem. Solange das Grundproblem nicht verstanden ist verwirrt es eher. Ich würde es auf die Liste für später setzen. Wenn Du am Ausgang 5V zum Messen mit dem AVR haben willst bei ca. 8,4mV am Eingang sollte der OP welche Verstärkung haben? (595) Das bedeutet die Auslegung der Widerstände anzupassen. Der Strom im Shunt berechnet sich dann zu I = Ushunt * Verstärkung / Rshunt
Petr t. schrieb: > Nun kommt mein Problem, ich weiß nicht wie ich die Verstärkung mit > berechnen soll. 4.2V/5.1Ohm=823mA 823mA*0.01Ohm = 82.3mV 5V/82.3mV=60.1 als Verstärkungsfaktor Petr t. schrieb: > da der OPV ja eine Verstärkung > hat, ich aber nicht weiß wie ich diese anwenden soll :( R3 beliebig festlegen, z.B. nach Eingangsimpedanz des anderen Eingangs auf 10kOhm. R4 = (60.1-1)*R3 = 591k. Aber: Auflösung 823mA/1024 = 803uA 82.3mV für 1024 = 80.37uV für 1 Digit Offsetfehler LM358 7mV -> Messfehler 87 Digits der 1024 = 70mA. Dein 10mOhm shunt ist also absolut fehldimensioniert für den absolut billigen OpAmp LM358, du erzeugst eher Messfehler als Messwerte. Nimm wenigstens 25 mOhm und einen LT1013 als OpAmp. 82.5*25 = 206.25mV, Verstärkung 24.27, R4= 233kOhm (0.1%) R3=10k (0.1%) Fehler 1 von 1024.
OP schrieb: > Der Strom im Shunt berechnet sich dann zu I = Ushunt * Verstärkung / > Rshunt Das kommt irgendwie nicht hin: 8,4mV @ 5V OPV out I = Ushunt * Verstärkung / Rshunt I = 8,4mV * 595 / 10mOhm I = 4,998V / 10mOhm I = 499,8mA ??? Das geht nicht auf, bei 5V habe ich einen Strom von 838 mA nach LT Spice Ich denke dann müsste in deiner Formel noch ein x 1,66 rein, damit die Werte sich annähren. I = Ushunt Verstärkung 1,66 / Rshunt I = 8,4mV 595 1,66 / 10mOhm I = 8,34 V / 10mOhm I = 829,6mA Teiler schrieb: > Nein, aber 5/595 geht, dann hast Du die Spannung am Shunt > (Ausgangsspannung des OPV geteilt dutch die Verstärkung). Das dann > geteilt durch 0,01Ohm gibt Dir den Strom, der durch den Shunt fließt. Das klappt ganz gut^^ 5V OPV Ausgangsspannung, bei 4,2V Spannung an V1 im Schaltbild 5V / 595 = 8,4mV U_shunt I= 8,4mV / 10mOhm = 840mA
MaWin schrieb: > 4.2V/5.1Ohm=823mA > 823mA*0.01Ohm = 82.3mV > 5V/82.3mV=60.1 als Verstärkungsfaktor Entschuldige, das ich deine ganze berechnung über den Tisch werfen muss, aber du hast mit 100mOhm gerechnet, nicht mit 10mOhm
MaWin schrieb: > 82.3mV für 1024 = 80.37uV für 1 Digit > Offsetfehler LM358 7mV -> Messfehler 87 Digits der 1024 = 70mA. Wie kommst du auf die 7mV ?
Petr t. schrieb: > Teiler schrieb: >> Nein, aber 5/595 geht, dann hast Du die Spannung am Shunt >> (Ausgangsspannung des OPV geteilt dutch die Verstärkung). Das dann >> geteilt durch 0,01Ohm gibt Dir den Strom, der durch den Shunt fließt. > > Das klappt ganz gut^^ Das klappt nicht nur ganz gut, sondern ist absolut richtig, wenn der Verstärkungsfaktor genau bekannt ist. Offsetfehler des OPV werden natürlich das Ergebnis verfälschen, und darum ist ein LM358 für diese Anwendung auch nicht geeignet.
Petr t. schrieb: > ....mit 100mOhm gerechnet, nicht mit 10mOhm Wenn Du es schaffst, reproduzierbar 10 Milliohm als Shunt einzusetzen, dann ist es ja gut... MfG Paul
Petr t. schrieb: > Entschuldige, das ich deine ganze berechnung über den Tisch werfen muss, > aber du hast mit 100mOhm gerechnet, nicht mit 10mOhm Oh, also Fehler eher 70% als 7% mit dem bililgsten alle billigen AOpAmp und einen gnadenlos zu klein gewähltem shunt. Petr t. schrieb: > Wie kommst du auf die 7mV ? http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm158-n.pdf LM358 MAX Input Offset Voltage See(2) , TA = 25°C: 7 mV
Teiler schrieb: > und > darum ist ein LM358 für diese Anwendung auch nicht geeignet. MaWin schrieb: > Nimm wenigstens 25 mOhm und einen LT1013 als OpAmp. Das mit 25mOhm wird nicht gehen. Ich habe mir den LT1013 mal angeschaut, von der Pinbelegung ist er genauso wie der LM358. Könnte ich den LM358 einfach durch den LT1013 ersetzen ? Natürlich müsste ich dann noch die Widerstände entsprechend anpassen.
MaWin schrieb: > Oh, also Fehler eher 70% als 7% mit dem bililgsten alle billigen AOpAmp > und einen gnadenlos zu klein gewähltem shunt. der klein gewählte Shunt erfüllt seinen Zweck ;) Also denkst du der LT1013 wäre die bessere Alternative ? Muss ich da etwas beachten ? Pinbelegung ist beim DIP package genau die gleiche wie bei meinem LM358 und die widerstände müsste entsprechend anpassen.
Petr t. schrieb: > und die widerstände müsste entsprechend anpassen. Wieso willst du beim LT1013 andere Widerstände wählen. Braucht der deiner Meinung nach einen anderen Verstärkungsfaktor? Petr t. schrieb: > Also denkst du der LT1013 wäre die bessere Alternative ? er hat einen wesentlich kleineren Offsetfehler (gut) und er funktioniert ebenfalls mit dem Eingang nahe an der negativen Versorgung (auch gut). Ob die Messung damit genau genug wird, hängt von deinen Anforderungen ab. Willst du 1% Fehlergrenze oder 10% oder 100%? Hst du schon mal abgeschätzt, um wie viel der gemessene Spannungsabfall durch die Widerstände deiner Leiterbahn oder Übergangswiderstände der Lötstellen verfälscht wird?
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Achim S. schrieb: > Wieso willst du beim LT1013 andere Widerstände wählen. Braucht der > deiner Meinung nach einen anderen Verstärkungsfaktor? Weil ich mir dachte das er, wenn so genau ist, auch intern anders ist und tatsache, mit LT Spice hätten die Widerstände nicht funktioniert. Ich musste sie entsprechend anpassen, aber rest der Schaltung ist gleich geblieben.
Petr t. schrieb: > Weil ich mir dachte das er, wenn so genau ist, auch intern anders ist > und tatsache, Natürlich ist er intern anders, aber das spielt für die Festlegung des Verstärkungsfaktors erst mal keine Rolle. Petr t. schrieb: > mit LT Spice hätten die Widerstände nicht funktioniert. > Ich musste sie entsprechend anpassen, aber rest der Schaltung ist gleich > geblieben. Falsche Schlussfolgerung: du mischst in deiner Betrachtung die Auswirkungen von Offsetfehler und Verstärkungsfehler und versuchst, den einen durch den anderen auszugleichen. Berechne_ dir die _benötigte Verstärkung und stell die ein. Versuch nicht, so lange mit Widerstandswerten in LTSpice rumzuspielen, bis du am Ausgang zufällig 5V siehst. LTSpice ist ein tolles Programm, aber wenn du es so einsetzt, dann schadet es mehr, als dass es nutzt. Die richtige Rechnung, hat dir Thomas schon vorgeführt (und diverse andere auch, nur nicht so detailliert) Beitrag "Re: Strom mit Arduino über OPV LM358 berechnen" Sei dir auch darüber im Klaren, dass LTSpice höchstens mit einem Beispielswert für den Offsetfehler rechnet. Der Offsetfehler in der Simulation und der Offsetfehler des OPVs, den du einbaust, sind unterschiedlich.
Achim S. schrieb: > Berechne_ dir die _benötigte > Verstärkung und stell die ein. Versuch nicht, so lange mit > Widerstandswerten in LTSpice rumzuspielen, bis du am Ausgang zufällig 5V > siehst. ok, da hast du recht, ich habe nicht berechnet. Also V = 1 + R3/R4 595 = 1 + 594kOhm/1kOhm richtig ? Kann ich so rechnen ?
Petr t. schrieb: > Das mit 25mOhm wird nicht gehen. Richtig, ich habe mich ja auch um den Faktor 10 verhauen wie du herausgefunden hast. > Ich habe mir den LT1013 mal angeschaut, von der Pinbelegung ist er > genauso wie der LM358. > Könnte ich den LM358 einfach durch den LT1013 ersetzen ? Er ist ein genauerer LM358, mit 0.15mV statt 7mV Offsetspannung. Er passte gut zum von dir vorgesehenen shunt. Wenn man aber um deen Faktor 10 besser sein muss, muss man einen LMP2021, MCP6V11 oder TSZ121 sein. Die sind netterweise Rail-To-Rail, brauchen also bloss 5V Versorgung um 5V ausgeebeenzu können, sind also nicht mehr "identsich nur besser " als der LM358, sondern "viel besser". Allerdings sind die so gut, daß du ihre Leistung gar nicht nutzen können wirst: Unter 10uV sind so wenig, daß bereits Thermospannungen zwischen Kupfer und Lötzinn und IC-Anschlussbeinchen höher sind, daß Biegungen der Leiterplatte mehr Offset reinbringen, daß deine Widerstände sowieso ungenauer sind und mehr rauschen, und jede allerkleinste Störung vonaussen grösser ist als das 1 bit. Dein shunt ist also einfach viel zu klein gewählt, nimm 0.1 Ohm oder 0.25 Ohm.
MaWin schrieb: > Wenn man aber um deen Faktor 10 besser sein muss, muss man einen > LMP2021, MCP6V11 oder TSZ121 sein. > > Die sind netterweise Rail-To-Rail, brauchen also bloss 5V Versorgung um > 5V ausgeebeenzu können, sind also nicht mehr "identsich nur besser " als > der LM358, sondern "viel besser". > > Allerdings sind die so gut, daß du ihre Leistung gar nicht nutzen können > wirst: Unter 10uV sind so wenig, daß bereits Thermospannungen zwischen > Kupfer und Lötzinn und IC-Anschlussbeinchen höher sind, daß Biegungen > der Leiterplatte mehr Offset reinbringen, daß deine Widerstände sowieso > ungenauer sind und mehr rauschen, und jede allerkleinste Störung > vonaussen grösser ist als das 1 bit. Ich danke dir für die ganzen detaillierten Hinweise und Vorschläge, aber ich denke ich werde mit dem LT1013 gut bedient sein^^
Petr t. schrieb: > Kann ich so rechnen ? Ja: überlegst du, welche Verstärkung du benötigst (595). Dann rechnest du daraus das Widerstandsverhältnis aus und kommst z.B. auf 594k und 1k.
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