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Hi @ all,

ich muss für meine Diplomarbeit ein Messsystem zur Aufnahme von Ruheströmen am Fahrzeug entwickeln. Die Stromaufnahme soll indirekt durch den Spannungsabfall über den Sicherungen ermittelt werden. Wollte das ganze jetzt mittels Instrumentationsverstärker verstärken und dann über einen uController mit 14 Bit A/D Wandler auswerten.
Der Spannungsabfall über den Sicherungen liegt im Bereich von einigen uV bis hin zu einigen mV. In PSpice simuliert funktioniert das auch noch mit wenigen uV(bei Störungsfreier Eingangsspannung). Da ich leider nur sehr wenig praktische Erfahrung mit OP´s habe wollte ich fragen in wie weit das auch noch in der Realität machbar ist?
Hatte noch keine Möglichkeit Messungen am Fahrzeug durchzuführen um zu sehen wie es mit eventuellen Überlagerungen(Störsignalen von z.B Lichtmaschine etc. aussieht)
Mal angenommen man hat ein relativ sauberes Eingangssignal ist dann eine vernünftige Verstärkung(z.B. Faktor 2000) bei so kleinen Eingangsspannungen machbar?

PS: Die Messgenauigkeit steht nicht so sehr im Vordergrund da nur zwischen Ruhe-und Leckstrom unterschieden werden soll(Faktor 10^3 bis 10^4).Würde das ganze mit gemitteltem
Wert für die Übergangswiderstände der Sicherungen im uC berechnen.

Danke für Eure Mühe
MFG
Tobsen

» vernünftige Verstärkung(z.B. Faktor 2000) bei so kleinen
» Eingangsspannungen machbar?

ja

Viel Erfolg!

» Hi @ all,
»
» ich muss für meine Diplomarbeit ein Messsystem zur Aufnahme von
» Ruheströmen am Fahrzeug entwickeln. Die Stromaufnahme soll indirekt durch
» den Spannungsabfall über den Sicherungen ermittelt werden. Wollte das
» ganze jetzt mittels Instrumentationsverstärker verstärken und dann über
» einen uController mit 14 Bit A/D Wandler auswerten.
» Der Spannungsabfall über den Sicherungen liegt im Bereich von einigen uV
» bis hin zu einigen mV. In PSpice simuliert funktioniert das auch noch mit
» wenigen uV(bei Störungsfreier Eingangsspannung). Da ich leider nur sehr
» wenig praktische Erfahrung mit OP´s habe wollte ich fragen in wie weit das
» auch noch in der Realität machbar ist?
» Hatte noch keine Möglichkeit Messungen am Fahrzeug durchzuführen um zu
» sehen wie es mit eventuellen Überlagerungen(Störsignalen von z.B
» Lichtmaschine etc. aussieht)
» Mal angenommen man hat ein relativ sauberes Eingangssignal ist dann eine
» vernünftige Verstärkung(z.B. Faktor 2000) bei so kleinen
» Eingangsspannungen machbar?
»
» PS: Die Messgenauigkeit steht nicht so sehr im Vordergrund da nur zwischen
» Ruhe-und Leckstrom unterschieden werden soll(Faktor 10^3 bis 10^4).Würde
» das ganze mit gemitteltem
» Wert für die Übergangswiderstände der Sicherungen im uC berechnen.
»
» Danke für Eure Mühe
» MFG
» Tobsen

Hallo,
Du benötigst Operationsverstärker mit extrem geringer Offsetspannung. So etwas gibt es zB. von Linear Technology, Texas Instruments und Analog Devices.
Die Spannungsversorgung der OP's und des A/D-Wandlers sollten von der Fahrzeugmasse galvanisch getrennt sein.
Das Ausgangssignal des Wandlers kann dann über Optokoppler zum µC übertragen werden. Schau' doch mal bei Analog-Devices nach "ICoupler". Viel Erfolg!
Grüße
Altgeselle

Erstmal Danke für die schnellen Antworten,

Genau das mit dem möglichst geringen DC Offset war mir klar.
Wollte gleich einen uC mit integriertem A/D Wandler benutzen ,die gibts ja soweit ich weiß bis 16 Bit(ich benötige mindestens 14Bit),
dann spar ich mir die Übertragung Wandler -> uC.Oder siehst du da Probleme? Die Ausgangsspannung des OPV liegt bei einem Verstärkungsfaktor von 2000 zwischen 0V - 5V da hätt ich dann bei 14 Bit eine Auflösung von ca. 305uV was ausreichend wäre.
Ich denke man sollte bezüglich Gleichtaktunterdrückung/DC Offset Vorzugsweise einen integrierten Instrumentationsverstärker verwenden, oder meint Ihr man kann den OPV auch diskret aufbauen wenn man Widerstände mit einer Genauigkeit von 0.1% verwendet? Mein Prof meinte nämlich lieber diskret als integriert solange das noch machbar ist

Grüße
Tobsen

» meint Ihr man kann den OPV auch diskret aufbauen wenn man Widerstände mit
» einer Genauigkeit von 0.1% verwendet?

Kannst du knicken, bei deinen Anforderungen läuft das sogar auf chopperstabilisierte Opamps raus, und in jedem Fall monolithisch. Kann sogar gut sein, dass du die in einen Ofen einbauen musst, um Temperaturschwankungen klein zu halten.

» » meint Ihr man kann den OPV auch diskret aufbauen wenn man Widerstände
» mit
» » einer Genauigkeit von 0.1% verwendet?
»
» Kannst du knicken, bei deinen Anforderungen läuft das sogar auf
» chopperstabilisierte Opamps raus, und in jedem Fall monolithisch. Kann
» sogar gut sein, dass du die in einen Ofen einbauen musst, um
» Temperaturschwankungen klein zu halten.

schau mal bei www.isabellenhuette.de nach IHM-A-1500

» Erstmal Danke für die schnellen Antworten,
»
» Genau das mit dem möglichst geringen DC Offset war mir klar.
» Wollte gleich einen uC mit integriertem A/D Wandler benutzen ,die gibts ja
» soweit ich weiß bis 16 Bit(ich benötige mindestens 14Bit),
» dann spar ich mir die Übertragung Wandler -> uC.Oder siehst du da
» Probleme? Die Ausgangsspannung des OPV liegt bei einem Verstärkungsfaktor
» von 2000 zwischen 0V - 5V da hätt ich dann bei 14 Bit eine Auflösung von
» ca. 305uV was ausreichend wäre.
» Ich denke man sollte bezüglich Gleichtaktunterdrückung/DC Offset
» Vorzugsweise einen integrierten Instrumentationsverstärker verwenden, oder
» meint Ihr man kann den OPV auch diskret aufbauen wenn man Widerstände mit
» einer Genauigkeit von 0.1% verwendet? Mein Prof meinte nämlich lieber
» diskret als integriert solange das noch machbar ist
»
» Grüße
» Tobsen

Hallo,
Nach meinen Erfahrungen ist ein A/D-Wandler im µC mit mehr als 12Bit Auflösung kaum ruhig zu kriegen. Das LSB geht oft im Rauschen unter. Das ist hauptsächlich eine Sache des Leiterplatten-Layouts.
Dann ist noch zu bedenken was passiert, wenn die Sicherung mal hochohmig wird (soll ja vorkommen). Dann liegen ca. 12V am Meßeingang an. Einen OPV kann man besser schützen als einen µC mit A/D-Eingang.
Wenn OPV+Wandler galvanisch von µC getrennt werden, spielt die Gleichtaktunterdückung keine große Rolle und man kann einen "einfachen" OPV nehmen.
Grüße
Altgeselle

» » meint Ihr man kann den OPV auch diskret aufbauen wenn man Widerstände
» mit
» » einer Genauigkeit von 0.1% verwendet?
»
» Kannst du knicken, bei deinen Anforderungen läuft das sogar auf
» chopperstabilisierte Opamps raus, und in jedem Fall monolithisch. Kann
» sogar gut sein, dass du die in einen Ofen einbauen musst, um
» Temperaturschwankungen klein zu halten.

Hallo,
An den Sicherungen zu messen halte ich für keine gute Idee, ich würde bei den geringen Strömen auch mit Thermospannungen von den Kontakten rechnen, Luftfeuchtigkeit kann auch noch dazu kommen. Insofern war "Isabellenhütte" vielleicht kein schlechter tip, die bauen ja Meßshunts.
Grüsse
Hartwig

Hallo,
gut, schon wieder etwas das kein Mensch benutzt.
Keiner käme auf die Idee Leckströme über den Spannungsbfall (kein Shunt) einer Sicherung zu messen.
Nur für Diplomarbeiten wird solches verlangt.
Aber die Diplomanten sollen sich anstrengen und nicht was liefern was jeder kann.
Leicht wird das nicht, die Temperatur, Thermospannungen, Übergangswiderstände....

Auf ein Gutes Gelingen.
MfG
Scotty

--
Nur wer nichts macht, macht keine Fehler
wer keine Fehler macht, wird befördert.

» Hallo,
» gut, schon wieder etwas das kein Mensch benutzt.
» Keiner käme auf die Idee Leckströme über den Spannungsbfall (kein Shunt)
» einer Sicherung zu messen.
» Nur für Diplomarbeiten wird solches verlangt.
» Aber die Diplomanten sollen sich anstrengen und nicht was liefern was
» jeder kann.
» Leicht wird das nicht, die Temperatur, Thermospannungen,
» Übergangswiderstände....
»
» Auf ein Gutes Gelingen.
» MfG
» Scotty

So siehts aus,
mein erster Vorschlag war auch das ganze über einen Shunt zu realisieren,wie ja auch schon von Reinhold und Hartwig in diesem Thread vorgeschlagen wurde. Der Abteilungsleiter in der Firma für die ich das machen soll ist auch noch ein Informatiker(hat von E-Technik keinen Plan) meinte dann falls es nicht umsetzbar ist wird meine Diplomarbeit halt eine Machbarkeitsstudie was ich aber vermeiden möchte. Naja mal sehn vielleicht krieg ich da ja was einigermaßen brauchbares zustande.

An dieser Stelle nochmal ein dickes DANKE an alle für die tolle Unterstützung und schnellen Antworten. Echt 1A Forum
mit kompetenten Fachleuten."Daumen Hoch"

» Hallo,
» Nach meinen Erfahrungen ist ein A/D-Wandler im µC mit mehr als 12Bit
» Auflösung kaum ruhig zu kriegen. Das LSB geht oft im Rauschen unter. Das
» ist hauptsächlich eine Sache des Leiterplatten-Layouts.
» Dann ist noch zu bedenken was passiert, wenn die Sicherung mal hochohmig
» wird (soll ja vorkommen). Dann liegen ca. 12V am Meßeingang an. Einen OPV
» kann man besser schützen als einen µC mit A/D-Eingang.
» Wenn OPV+Wandler galvanisch von µC getrennt werden, spielt die
» Gleichtaktunterdückung keine große Rolle und man kann einen "einfachen"
» OPV nehmen.
» Grüße
» Altgeselle

Aha schon wieder was gelernt,
werd die ganze Sache jetzt mal wie von dir vorgeschlagen in Angriff nehmen.

Vielen Dank

Hi!

Die Spannungsversorgung der OP's und des A/D-Wandlers sollten von der
» Fahrzeugmasse galvanisch getrennt sein.

, wie soll das denn bitte funktionieren, wenn die OPV/INA-Masse keinen festen Bezug zu einem der beiden Shuntpotentiale hat (floatet). Die Common Mode Range von OPVs/INAs reicht nicht mal von +Ub bis -Ub. Wie stellst du sicher, dass das Messsignal da nicht rausschlägt?

lg

Hi!


» Erstmal Danke für die schnellen Antworten,
»
» Genau das mit dem möglichst geringen DC Offset war mir klar.
» Wollte gleich einen uC mit integriertem A/D Wandler benutzen ,die gibts ja
» soweit ich weiß bis 16 Bit(ich benötige mindestens 14Bit),

Eeeehm... du redest im Startposting davon, dass die Genauigkeit keine Rolle spielt und etzet willst du mit 14 Bit auflösen? Das entspricht einer Genauigkeit von 0,006 % ! Wenn da was sinnvolles rauskommen soll, muss der Fehler der ganzen restlichen Schaltung in der Grössenordnung oder drunter liegen.
Bist du dir sicher, dass 14 Bit wirklich notwendig sind, wenn du wirklich nur zwei Ströme unterscheiden willst, die um mehrere Zehnerpotenzen differieren. Man könnte meinen, da reicht im Endeffekt... 1 Bit.

Nur so als Denkanstoss:
Die Sicherung besteht sicher aus Zink und dessen spez. el. Leifähigkeit hat einen Temperaturkoeffizienten von ca. 4e-3 1/K und 2e-6 1/K². Die Sicherung brennt bei ca. 400 °C durch. Über den gesamten "Messbereich" deines "Strommessshunts" hast du also durch die prinzipbedingte Eigenerwärmung der Sicherung bei Stromfluss einen Fehler von fast 200 % . Und die Drift bedingt durch die Umgebungstemperatur beträgt > 0,4 %/K - macht einen Gesamtfehler über den gesamten automotiven Temperaturbereich von > 50 %. Wie gedenkst du, diese beiden Fehler zu kompensieren bzw. auf > 0,006 % zu senken?
Eine billige Lösung wäre ein Lookuptable im µC gegen die Eigenerwärmung und zusätzliche Messung der Umgebungstemperatur. Eine freakige Lösung wäre eine Art Kompensationsmethode: Man nehme eine zweite Sicherung und installiere sie unter den exakt gleich Umständen wie die erste. Dann misst man die Spannung über der ersten Sicherung und schickt genau so viel Strom duch die zweite Sicherung, bis da die gleiche Spannung drüber abfällt. Ist natürlich entsprechend umständlich - muss man u.U. auch nicht realisieren, aber man kanns theoretisch untersuchen und in der DA mehrere Seiten mit füllen .
Das nächste Problem ist, dass die Sicherung vermutlich keinen Vierleiter- oder Kelvin-Anschluss zulässt, oder? D.h. du misst immer den Spannungsabfall über irgendwelche undefnierten Kontaktstellen mit. Wie gross ist der maximal eingebrachte Fehler?

Warum muss die Sicherung als Shunt missbraucht werden? Kann man keine Alternativen anwenden? Kompensationsstromwandler, magnetoresistive Stromsensoren usw.? Ist das nur ne Kostenfrage, wollen die keine Kabel aufzwacken, wollen die den Messstrom nicht verfälschen?

Wenn du das wichtigste über reale Instrumentationsverstärker wissen und die meisten Datenblattangaben verstehen möchtest, dann empfehle ich dir das kostenlose Designers Guide von Analog Devices:
http://www.analog.com/analog_root/static/technology/amplifiersLinear/InstrumentationAmplifiers/designersGuide.html

lg