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Topic: Genauer messen, - wie? (Read 769 times) previous topic - next topic

uwefed

Auch ein simpler Widerstand hat einen Fehler. Außer Produktionsungenauigkeit auch noch Temperaturabhängigkeit und nicht zu vergessen die Alterung.
Grüße Uwe

herbk

#16
Oct 31, 2020, 04:45 pm Last Edit: Oct 31, 2020, 04:46 pm by herbk
Hallo Heinz,
Deinen Post hatte ich gelesen aber vergessen zu antworten, - sorry.

Ziel ist den (Kurzschluß) Strom von Solarmodulen, Wind oder Wasserkraftanlagen, alles kleine Versuchsanlagen mit nur ein paar Watt möglicher Leistung über einen längeren Zeitraum messen und aufzeichnen zu können.
D,H. Temperaturbereich = Draußen, kann also von -20 bis +40 Grad C gehen. Wenn das Messgerät von der Sonne beschienen wird auch höher.
Wichtig ist mir, dass die Messgenauigkeit im kleinen mA Bereich prozentual nicht mehr abweicht als im Höheren und dass man mehrere Messeinrichtungen "gleich hinbekommt".
Wie oben schon geschrieben: Wenn nur 100mA Strom fließen macht ein Springen um +- 2 Stellen (Diggits?) bei 10Bit Auflösung fast 80mA aus. - absolut inakzeptabel. Wenn 10.000mA fließen fallen die 80mA Differenz eigentlich schon nicht mehr in's Gewicht.

Strom aus Solar und Wasserkraft zu messen ist kein Problem, da ist der mögliche Bereich relativ eng und gut vorhersehbar. Sorgenkind sind die Windkraftanlagen... Hier geht der Bereich halt wirklich von 0 bis 20A, könnte sogar noch mehr werden.
Ich bräuchte allerdings nicht die Möglickeit von - 20A bis + 20A zu messen, von 0 bis + 20A reicht vollkommen.

@ Doc Arduino. ja die Zahlen kenne ich, die Genauigkeit sollte halt so bei 1% (oder besser) vom zu messenden Strom liegen. Mit 1mA pro Bit (müsste das nicht "pro Diggit" heißen?) könnte ich sehr gut leben, "zur not auch noch mit den rund 5mA einer 12Bit Auflösung. Was bei 5mA aber ein Problem ist, ist das schwanken der Nulllage... Werte unter 2 bis 3mA kann ich schon ignorieren, mehr möchte ich aber nicht weglassen.

Also mit dem Ina219 könnte das schon klappen wenn ich den shunt entsprechend ändere. Stellt sich mir hier wieder die Frage: auf welchen Wert...


Rentner

Hallo,

das sind ja schon mal eine Ansage.  Das Du Kurzschlussströme messen willst ( warum auch imer ) kommt eigendlich keine Lösung mit einem Shunt in Frage, weil sonst halt kein Kurzschluss mehr. Ich würde dann ehr zu sowas tendieren, ist auch völlig potentialfrei.


schau Dir mal den Wandler an, wandler

der liefert am Ausgang 10VDC bei 50A .

Dann einen 16Bit AD Wandler mit I2C Schnittstelle, sollte reichen

Dann brauchst Du noch eine  gute Spannungsversorgung auch bei Temperatur

was die Temperaturbereiche betrifft musst Du halt mal die Datenblätter studieren. Der wandler oben gibt z.B -10 - 65 Grad an. Also mal Hersteller fragen ob das Ding auch noch bei -20 geht.

Heinz




agmue

Also mit dem Ina219 könnte das schon klappen wenn ich den shunt entsprechend ändere. Stellt sich mir hier wieder die Frage: auf welchen Wert...
Maximal sollen 20 A gemessen werden.

Ohne Blick ins Datenblatt gehe ich von 0,3 V Spannung am ADC aus. 0,3 V / 20 A = 0,015 Ω Shunt. Wenn Du den verdoppelst oder den Meßbereich halbierst, kommst Du auf diese in Reihe geschalteten Werte:

Anz. Widerst.       1       2       4       8       16       32       64      128
            V     0,3
            A      20      10       5     2,5     1,25    0,625   0,3125  0,15625
          Ohm   0,015    0,03    0,06    0,12     0,24     0,48     0,96     1,92

Ob der Widerstand von 2 Ω genügend "Kurzschluß" ist und ob Du passende Widerstände mit genügend Leistung (0,3 V * 20 A = 6 W) findest, wäre zu klären.

Nur mal so als Anregung :)

Die Vorstellungskraft ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. (Albert Einstein)

SpaghettiCode

Hallo Herbert,

im Datenblatt zum ADS1115 findest Du unter dem Punkt 10.2 Typical Application eine mehr oder weniger komplette Lösung für Dein oben genanntes Problem, inclusive Formeln und Herleitung, um die kleine Schaltung an Deine Bedürfnisse anzupassen. Bei einer Möglichkeit zur Kalibration geht man dort von einer Genauigkeit von besser 0,2% aus.
Ich würde allerdings gleich mit 0,1%igen Widerständen arbeiten, so daß sich die Ungenauigkeiten nur auf den Shunt zum Strom messen beschränken.

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1113.pdf?ts=1604209227823&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

Bei der Schaltung in Fig.44 geht man von einem max. Spannungsabfall von 50mV über dem Shunt aus. Da Du 20A  genannt hast, die noch sicher zu messen sind, würde mit einem 2mOhm-Shunt bei 25A genau diese 50mV als Anschlag erreicht werden.

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/PBV_GER-ENG_TDS.pdf


Deine Auflösung mit dem ADS1115 wäre also 25A / 32768 (16 Bit abzüglich Vorzeichen = 15 Bit) = 0,0008A
und einer Genauigkeit von besser 0,2% - aber nur dann, wenn Du auch die Möglichkeit zum kalibrieren hast.
Und nicht die Leistung aus den Augen verlieren, die so ein Shunt haben muss. P=U*I



Ich habe vor ein paar Monden eine ganz ähnliche Schaltung zusammengelötet, allerdings mit Imax=200mA bei 20mV Vollausschlag und mit einem 18 Bit ADC, und einem anderen OPV (Auto-Zero) um das Offset-Problem besser in den Griff zu bekommen. Damit messe ich dann alles zwischen 200mA und 200µA mit einer sehr geringen Shuntspannung.

Gruß André

herbk

Hallo,
ich habe den verregneten Vormittag mal ein wenig zum Datenblätter lesen hergenommen, - dass ich jetzt wesentlich schlauer bin möchte ich allerdings nicht behaupten...

Im Moment tendiere ich zum Ina219... Deshalb erst mal hierzu ein paar Fragen:
Kann ich den Ina219 auch so schalten dass er nur unidirektional misst? Das würde das Problem der Nulllage eliminieren...
Wenn ich den R100 auf dem Modul durch einen R010 ersetze, sind 32 A messbar - ?
Muss ich in diesem Fall noch andere Bauteile auf dem Modul ersetzen?

Quote
Und nicht die Leistung aus den Augen verlieren, die so ein Shunt haben muss. P=U*I
Was setze ich hier bei U ein? ( die Busspannung?)


SpaghettiCode

#21
Nov 01, 2020, 02:14 pm Last Edit: Nov 01, 2020, 02:17 pm by SpaghettiCode
Hi,

Du kannst für den Shunt auch die Formel P = I² * R verwenden, und ist die Leistung die der Shunt in Wärme umsetzt, wobei I (hier zum Quadrat) dein zu messender Strom ist, und R die eingesetzte Größe Deines Widerstandes ist.
Wenn Du also also wie oben erwähnt 32A über einen 10mOhm Widerstand messen willst, muss dieser eine Leistung von 10,24 Watt wegstecken können, ohne zu verglühen! Und das wäre nur der Mindestwert für den Shunt, macht man aber bei Messgeräten nicht, da der dann sehr heiß wird bei Dauerlast.

Gruß André

herbk

#22
Nov 01, 2020, 03:13 pm Last Edit: Nov 01, 2020, 03:14 pm by herbk
Hi André,
Danke. Die 323 A will ich nicht messen. Ich wollte nur wissen ob mein Gedankenspiel "mit dem dem R100 auf dem Ina219 Board kann ich bis 3,2A messen, also kann ich mit einem R010 bis 32A messen" grundsätzlich erst mal richtig ist.
Und darum ob ich den einfach so ersetzen darf oder ob ich da auf noch etwas anderes achten muss.

In der Praxis werden nur ganz selten hohe Ströme anfallen, wie weiter oben geschrieben 20A hatte ich schon mal, aber auch nur kurz..


agmue

Und darum ob ich den einfach so ersetzen darf oder ob ich da auf noch etwas anderes achten muss.
"Einfach so" nein, denn wenn Du über Leitungen und Leiterbahnen den zehnfachen Strom schicken willst, wird sich da möglicherweise was in Rauch auflösen. Wenn Du mit solchen Sachen hantierst, solltest Du die notwendigen Kabelquerschnitte kennen, die dürfen sich auf dem Board nicht verringern.

Tipp: Bei zwei Widerständen parallel verteilt sich der Strom und damit auch die abzugebende Wärme.

Die Vorstellungskraft ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. (Albert Einstein)

SpaghettiCode

Hi,

der INA219 misst ja nur die Spannung die über dem Shunt abfällt. Also ja, Du kannst mit 1/10tel Widerstand den 10fachen Strom messen, also mit 10mOhm bis theoretisch 32A. Bei 20A sind es dann halt noch 4 Watt ...

Und um agmues Einwurf gerecht zu werden: Wenn Du den Messwiderstand extern verdrahtest, und die Messspannung an die Punkte des vorher entfernten, bisherigen Messwiderstandes führst, so kannst Du damit problemlos messen. Damit besteht bei adäquatem Kabelquerschnitt auch keine Gefahr, daß Dir Leiterbahnen auf dem kleinen INA219-Board wegbrennen.

Gruß André

Serenifly

die Genauigkeit sollte halt so bei 1% (oder besser) vom zu messenden Strom liegen. Mit 1mA pro Bit (müsste das nicht "pro Diggit" heißen?) könnte ich sehr gut leben, "zur not auch noch mit den rund 5mA einer 12Bit Auflösung
Wie schon gesagt sind Auflösung und Genauigkeit zwei verschiedene Dinge. Du kannst ruhig mit 24 Bit Auflösung wandeln. Ob das aber ein genaues Ergebnis ist ist eine ganz andere Frage

1% Genauigkeit bedeutet dass dein Messwert nicht mehr als 1% vom realen Wert abweicht.

herbk

Hi Serenfy,
Quote
Wie schon gesagt sind Auflösung und Genauigkeit zwei verschiedene Dinge.
wie ganz am Anfang schon geschrieben, das ist mir schon klar und deshalb frage ich ja so viel dazu. 
Nur ohne "vernünftige" Auflösung nutzt mir eine stabile VCC auch nichts... Im unteren mA Bereich ist eine Schrittweite von (rund) 40mA aber einfach zu viel.

Und deshalb gefällt mir wegen der "eingebauten Referenzspannung" ja der Ina219 recht gut. 


Quote
"Einfach so" nein, denn wenn Du über Leitungen und Leiterbahnen den zehnfachen Strom schicken willst, wird sich da möglicherweise was in Rauch auflösen.
Das kann ich nachvollziehen, ich frag mich eh wie die Leiterbahnen das aushalten... Ich hatte aber eher Angst um die sonstigen verbauten Teile.




 

agmue

#27
Nov 01, 2020, 07:45 pm Last Edit: Nov 02, 2020, 11:25 am by agmue
Ich hatte aber eher Angst um die sonstigen verbauten Teile.
Wenn Du es so machst, wie es André beschrieben hat, dann handelt es sich ja nur um eine harmlose Spannungsmessung.

Bei 20 A werden aber zu dünne Drähte oder auch schlechte Kontaktstellen glühend, bevor sie sich in Rauch auflösen. Sowas kann ein Haus abfackeln, weshalb drumrum feuerhemmende Materialien notwendig sind.

Auch wegen möglicher Mitleser möchte ich ausdrücklich auf vorhandene Gefahren hinweisen!

Die Vorstellungskraft ist wichtiger als Wissen, denn Wissen ist begrenzt. (Albert Einstein)

uwefed

1% Genauigkeit bedeutet dass dein Messwert nicht mehr als 1% vom realen Wert abweicht.
Aber nicht 1% vom gemessenen Wert sondern 1% vom Meßbereich (Endauschlag). Bei 20A sind das also 200mA Fehler bei 1%.
Grüße Uwe

Doc_Arduino

Hallo,

Uwe, bitte keine Wortspiele. Prozentualer Meßfehler bleibt prozentualer Meßfehler.
Der gilt für den gesamten Meßbereich und damit auch für jeden einzelnen Meßwert. Der reale Wert kann dann +/- x% vom Meßwert abweichen.
Ob Endauschlag oder nicht spielt keine Rolle. Deswegen sind es Prozentangaben.
Vielleicht bist du gedanklich noch bei analogen Meßgeräten. Da war das etwas anders.
Willkommen im digitalen Zeitalter ...   :)
Tschau
Doc Arduino '\0'

Messschieber auslesen: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=273445
EA-DOGM Display - Demos: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=378279

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