Discussion in 'Sensoren & Abgleichen' started by Thomas, Dec 13, 2005.

  1. Thomas

    Thomas New Member

    Hi zusammen,
    ich bin jetzt endlich mal dazu gekommen einen Strom- und Spannungssensor zu testen. Der Messbereich beträgt ca. 0-60V und -15A (Laden) bis 85A (Entladen). Auflösung ist ca. 100mA.
    Durch anpassen des Shunts sind andere Messbereich kein grösseres Problem.
    Zum Test habe ich einen Allegro-Stromsensor auf Hallbasis zum Vergleich genommen - die gewonnenen Kurven sind praktisch deckungsgleich.
    Die Vorteile gegenüber dem Allegro-Sensor sind a) Beschaffbarkeit und b) Anforderungen an Spannungsversorgung (Der Sensor braucht eine recht genaue Versorgungspannung)

    Gruss
    Thomas

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  2. Dominik

    Dominik Administrator Staff Member

    Moin Thomas!

    Der Strom / Spannungsbereich ist ja gut, aber 100mA ... Hmm, wäre es denkbar auch 10 hinzubekommen? Weil gerade wenn man diese Schaltung dann nicht nur im Flieger, sondern z.B. auch bei Ladern ihne Schnittstelle verwenden möchte, wäre etwas mehr Genauogkeit nicht übel.
    Was begrenzt denn hier die Auflösung? Der AD Wandler?

    Ansonsten ist das sicher ne gute Lösung. Bleibt halt nur die Frage wie z.B. Regler mit dem 1mOhm Shunt in der Versorgungsleitung klar kommen. War da nicht mal was das es da mitunter zu Problemen kommen kann?

    Den Logger werde ich morgen mal mit neuer Firmware testen. Musste heute erst nen Akkumatik aufbauen.
  3. Dominik

    Dominik Administrator Staff Member

  4. Thomas

    Thomas New Member

    Die Auflösung wird im Wesentlichen vom AD-Wandler bestimmt. Und 100mA ist immerhin 1 tausendstel des gesamten Messbereichs!
    Um auf 10mA auflösen zu können (bei gleichem Messbereich) wäre ein AD-Wandler mit 13 oder 14Bit nötig, mit all den Schwierigkeiten die damit verbunden sind.
    Mal ehrlich, spielt es eine Rolle ob der Akku mit 2,1 - 2,2 oder 2,3A geladen wird? (Kleiner Tipp: Vergleiche mal an einem gängigem Lader den angezeigten Wert mit dem tatsächlichen)

    Gruss Thomas
  5. Heinzi

    Heinzi Member

    bin zwar nicht so auf er logger welle..... :D
    getraue mir doch meinen senf beizutragen:

    da liegt wohl ein zielkonflikt vor, den ihr so nur für beide seiten unbefriegend lösen könnt.
    beim laden kleiner akkus sind durchaus auflösungen von 10mA sinvoll. (und 85A Entladen ist doch auch schon für die akkuselektierer bereits doppelt zu hoch?)
    motorströme (dazu ist er logger ja wohl auch gedacht) gehen ja wohl schon mal deutlich über 100A! da spielt dann auch 1A auflösung nicht die eine rolle :D
    also: vorschlag: messbereichsumschaltung? (aber nicht im leistungspfad! )



    und dann achtet auch auf die genauigkeit : :teach: bei einer gesammtgenaugkeit (messshunt, ad-wandler; spannungsreferenz, tempdrift ) von, sagen wir mal, 3%, macht das bei einem messbereich von 100A ganze 3A aus. da macht selbst eine auflösung auf 100mA fast keinen sinn.
    ergo: bevor ihr um die auflösung streitet, einigt euch zuerst mal auf die "genauigkeit". :love: :beer:
  6. Anonymous

    Anonymous New Member

    @Heinzi

    Die statischen Fehler wie Offset, Verstärkungsfaktoren usw. lassen sich in der Software wunderbar rausrechnen. Da ist mit entsprechendem Abgleich (genaues Amperemeter) einiges zu holen.
    Schwieriger ist das Ganze natürlich bei sich änderden und nichtlinearen Faktoren wie Temperaturdrift, Nichtlinearitäten, Wandlerfehlern.
    Wenn man tatsächlich so kleine Ströme (um die 10mA) messen will kann man jederzeit den Shunt x10 vergrößern und kommt somit Automatisch zu einer um den Faktor 10 besseren Auflösung bei gleichzeitig kleinerem Meßbereich.
    Einen Strommessbereich von 10mA bis 200A ohne entsprechenden Shuntaustausch sehe ich als äusserst schwierig an (Rauschen, Fremdeinflüsse, Wandlergenauigkeit).
  7. Anonymous

    Anonymous New Member

    @Heinzi

    Die statischen Fehler wie Offset, Verstärkungsfaktoren usw. lassen sich in der Software wunderbar rausrechnen. Da ist mit entsprechendem Abgleich (genaues Amperemeter) einiges zu holen.
    Schwieriger ist das Ganze natürlich bei sich änderden und nichtlinearen Faktoren wie Temperaturdrift, Nichtlinearitäten, Wandlerfehlern.
    Wenn man tatsächlich so kleine Ströme (um die 10mA) messen will kann man jederzeit den Shunt x10 vergrößern und kommt somit Automatisch zu einer um den Faktor 10 besseren Auflösung bei gleichzeitig kleinerem Meßbereich.
    Einen Strommessbereich von 10mA bis 200A ohne entsprechenden Shuntaustausch sehe ich als äusserst schwierig an (Rauschen, Fremdeinflüsse, Wandlergenauigkeit).
  8. Thomas

    Thomas New Member

    Also wer Anwendungen mit Strömen über 100A hat sollte den Shunt auf 0.5mOhm verkleinern.
    Um die Auflösung bei der Messung des Ladestroms zu verbessern gibts nach meiner Meinung zwei Möglichkeiten:

    1) Ein extra Verstärker dessen Ausgang an einen weiteren AD-Wandler angeschlossen ist. (sozusagen je ein Verstäker für den Ladestrom und für den Entladestrom)

    2) Den Verstärkungsfaktor umschaltbar gestalten, dazu ist ein Pin vom Controller zur Umschaltung erforderlich.

    Gruss
    Thomas
  9. Holger

    Holger LogView Team

    Hallo Thomas,

    Deine Schaltung gefällt mir sehr gut! :)

    Ich hatte bei meinem eigenen Logger ja auch einen 1mOhm-Shunt verwendet (5x1mOhm parallel), dann allerdings einen reinen Differenzenverstärker mit LMC6482AIM und nur für Ströme > 0 aufgebaut. Und das hat nach Softwareabgleich (bei 20A, mehr konnte mein DVM nicht) sehr gut funktioniert.
    Ich habe allerdings die Bandbreite nicht so stark eingebremst wie Du und das dann per Software erledigt. Mein Ziel war, evtl. auch kurzzeitige Spitzenströme zu erfassen. Habe ich dann aber nicht wirklich gebraucht.

    Wie hast Du die Ankopplung der Leitungen an den Shunt gelöst? Haste mal 'n Foto?

    Gruß, Holger
  10. Thomas

    Thomas New Member

    Danke. Ich wollte halt beide Stromrichtungen mit einen AD-Pin erschlagen und eine negative Versorgungsspannung für den OPV vermeiden.

    Einen richtigen Shunt in der Grösse hatte ich nicht zur Hand, für die ersten Tests habe ich daher 14cm Kabel mit 2.5qmm genommen. Der Widerstand ist zwar nicht exakt 1mOhm, das gleicht die Software aber aus. Der einzig echte Nachteil gegenüber einem echten Shunt ist eigentlich das Temperaturverhalten, oder?

    :confused: Meinst Du die RC-Kombination am Ausgang? Die habe ich mehr so nach Gefühl ausgewählt (so weit reichen meine Kentnisse dann doch nicht) - was wäre denn günstig für eine max. Bandbreite von 4kHz?

    Gruss
    Thomas
  11. Heinzi

    Heinzi Member

    hallo willi

    woher weisst du dass ich nicht von der signlelektronikfakultät komme (dass du mir die sache gleich zweimal erklärst? ;)

    danke ohnehin. ich wollt nur nochmal darauf hinweisen dass die auflösung alleine nichts aussagt über die genauigkeit.

    zum messbereichsumschalten dachte ich mir dass das gerätchen ohne umbauarbeiten (schhunt austauschen) universell einsetzbar sein solle. und das dann schon gewisse zielkonflikte resultieren. ich stelle mir vor, dass die 100A abteilung nicht so gerne umschaltungen auf einer kleinen platine sehen. zumal diese ja auch immer mit gewissen spannungsverlusten behaftet sind.
    die lösung wäre dann vermutlich in die richtung zu suchen, dass das gerätchen bereits zwei shunts implantiert kriegt mit entsprechenden separaten (hoch)stromeingängen.
    wie gesagt: ihr seits die spezialisten


    und tschüss

    ps: an dominik
    wie gehts "logview", schon lange keinen newsletter mehr gekriegt.
  12. Holger

    Holger LogView Team

    Hallo Thomas,

    Ja, sehe ich auch so. Wobei der Temperatureinfluß da nicht zu unterschätzen ist und unser ganzes Streben nach präziser Messung unnötig kompliziert macht.
    Ebenso muß man beim TK der Widerstände für die Spannungsteiler (Offsetspannungserzeugung und Gegenkopplung) etwas aufpassen, sonst taugt die Messung nicht viel. Wir wollen ja nicht nur bei Zimmertemperatur messen.

    Zum einen ist da die Tiefpaß-Kombination R9, C2. Hatte ich auch, aber mit kleineren Werten. Aber vor allem die starke Gegenkopplung mit C1 bremst die Signaländerungen am Ausgang des OPV. Auch hier hatte ich einen viel kleineren C.

    Für die genaue Dimensionierung müßte ich mal einen Simulator anwerfen. Aber ich glaube nicht, daß das so exakt hier wirklich notwendig ist. Wenn man mal reale Antriebstests macht und die Spannung hinter dem Tiefpaß gut aussieht (Oszi), sollte das eigentlich reichen, oder?

    @Heinzi
    Das mit den zwei unterschiedlichen Eingängen wäre eine feine Sache.

    Gruß, Holger
  13. Anonymous

    Anonymous New Member

    War mir eigentlich nicht bewusst das ich da was doppelt erklärt habe, ich wollte eigentlich nur klarstellen das sich eineige Fehler auch in der Software korrigieren lassen, aber was solls :dontknow:.

    Ich bastel zur Zeit mit einem Stromsensor (Allegro ACS 750) rum.
    Er kriegt einen Verstärker x10 nachgeschaltet. Die beiden Ausgänge x1 und x 10 werden auf 2 AD Eingänge eines ATMega 16 geschaltet um realistische Testbedingungen für den Mega 128 zu erhalten.

    Leider rauscht das Allegro Teil nicht unerheblich (wurde auch schon mal hier erwähnt) ich hoffe aber das ich das per Tiefpassfilterung in den Griff bekomme.

    Die Software verwendet dann je nach gemessenem Strom den einen bzw. anderen Messwert. Die Software ist noch nicht ganz fertig. Dann gehts ans Hardwarebasteln
  14. Thomas

    Thomas New Member

    Wenn man ein Oszi hat, ja.

    Ich habe jetzt noch die Kapazitätsmessung integriert und danach ein paar Akkus mit verschiedenen Kapazitäten und verschiedenen Strömen am GM-Commander und am PowerPeakInf. ge- und entladen. Die vom Logger ermittelten Kapazitätswerte stimmen dabei recht gut mit den Werten, die von den Ladegeräten angezeigt werden, überein. (Abweichung immer <10%, meist <5%). Das scheint mir ausreichend genau zu sein, um die Werte vom Logger beim Entladen als "Tankanzeige" gebrauchen zu können.
    Durch Oversampling könnte man die Auflösung der Strommessung noch steigern, Faktor 4 scheint noch praktikabel zu sein (Auflösung wäre dann ca. 25mA).
    Wenn generell kleinere Akkus zum Einsatz kommen kann die Schaltung angepasst werden, Messbereich dann z.B. Laden bis 5A, entladen bis 45A - Auflösung 50mA (12.5mA mit Oversampling). Ansonsten ist es schon so wie Heinzi schreibt, hohe Ströme und hohe Auflösung vertragen sich schlecht. Es bliebe dann nur noch die Option für Laden und Entladen jeweils einen Verstärker vorzusehen. Dann ginge z.B. Laden bis 10A mit 10mA Auflösung und Entladen bis 100A mit 100mA Auflösung. Das kostet aber dann einen zusätzlichen Pin am Logger. Die Variante mit zwei getrennten Eingängen wäre auch möglich, auch da brauchts aber einen extra Pin um dem Logger zu sagen, welcher Eingang gerade benutzt wird.

    Jetzt noch zwei Fragen:
    Wo kann man SMD-Shunt-Widerstände so im Bereich 1-5mOhm beziehen?

    Es gibt tausende single-supply-OPV's, welcher wäre wohl am besten geeignet (Offset, Drift, Linearität, Preis, Beschaffbarkeit)?

    Gruss
    Thomas
  15. Holger

    Holger LogView Team

    Bei Farnell einfach mal 'Widerstand SMD 2512' suchen lassen. Dort werden dann passende Widerstände von Meggitt und Phycomp aufgelistet.
    Ich habe den 0R005-Typ von Meggitt (BestellNr. 156267) genommen und fünf Stück direkt übereinander gelötet, um einen kleinen, robusten und möglichst temperaturstabilen 1mOhm Shunt zu erhalten.
    Gibts auch bei RS-Components, dort nach TL3AR005F suchen und auf der rechten Seite dem Link 'Passive Bauelemente' folgen.

    Tja, nur mit der Belieferung von Privatpersonen siehts mal wieder schlecht aus.
    Leider habe ich so auf die Schnelle bei Conrad und Reichelt nichts passendes gefunden.

    Eine interessante Übersicht an Elektronikversendern mit Kommentaren zur Belieferung von Privatpersonen ist z.B. hier zu finden.

    Bei Sander-Electronic ist mir bei der Suche übrigens der Miniatur Joystick aufgefallen. Würde mir als Bedienelement des Loggers generell gut gefallen. Hat schon jemand Erfahrungen mit diesem Teil?

    Gruß, Holger
  16. Thomas

    Thomas New Member

    Tja, an der Beschaffbarkeit für privat scheitert's halt häufig.
    Der Mini-Joystick wäre eine Überlegung wert.

    Ich habe den Stromsensor hinsichtlich der Auflösung mal ein bisschen angetestet und ein paar Kurven hier gepostet. Eure Meinung dazu würde mich mal interessieren.

    Gruss
    Thomas
  17. Thomas

    Thomas New Member

    So,
    jetzt habe ich mir auch mal einen Elektronenvernichter Elektronenvernichter gebaut. Meiner besteht aus einer handvoll Halogenlampen 12V/50W, Lüsterklemmen und Kabel.
    Funktioniert ganz gut, wird aber "sauhell" und ist wegen der Wärme nur für Kurzzeitbetrieb geeignet. Am meisten leiden die Lüsterklemmen, ich muss mal welche mit Keramikgehäuse besorgen.

    Attached Files:

  18. Thomas

    Thomas New Member

    Anschliessend habe ich den Strom-/Spannungssensor mal mit Shunt aufgebaut und ein bisschen unter die Lupe genommen.
    Aufgebaut ist alles auf Lochraster, trotzdem als SMD. Die Widerstände habe 1% Toleranz.
    Zum Vergleich mit meinem Multimeter habe ich an den Shunt noch zwei Drähte angelötet, hier kann ich den Spannungsabfall am Shunt direkt messen und mit den vom Logger angezeigten Werten vergleichen.
    Ich habe dann zwei "Messreihen" durchgeführt, einmal bei Zimmertemperatur, einmal auf dem Balkon bei Aussentemperatur mit folgendem Ergebnis:
    Zwischen 10A (laden) und -40A (entladen) beträgt die Differenz zwischen Logger und Multimeter maximal 0.1A. Und zwar sowohl bei Zimmertemperatur (20°C) als auch bei derzeitiger Aussentemperatur (~0°C). Lediglich der Nullpunkt der Messung verschiebt sich um ca. 0.15A - das scheint an der internen Referenzspannung des Atmel zu liegen.

    Attached Files:

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