Welcher Strom für zuverlässiges Messen?

Halllo, wenn ich zum Messen an einem AnalogPin einen Spannungsteiler einsetze habe ich ja mehrere Möglichkeiten um den gewünschten Spannungsbereich zu erreichen.. Z.B. bekomme ich mit 15k und 4,7k das gleicheErgebnis wie mit 150k und 47k oder 1,5k und 470 Ohm, was sich ändert ist der für den Messvorgang benötigte Strom.

Wenn man nun möglichst "sparsam" messen möchte, wie hoch kann man mit den Widerstandswerten gehen? Würde, um bei obigem Verhältnis zu bleiben, dem Arduino auch die Paarung 1500k und 470k noch genügen?

Hallo, werfe einen Blick in das Datenblatt, zu dem von dir verwendeten Arduino, zum Thema Ri am analogen Eingang. Damit läßt sich mit einem belasteten Spannungsteiler weiterrechnen.

Das Problem ist nicht so sehr der Ri, sondern der sampe&hold Kondensator im AD-Wandler. Beim 386P wird eine Quelle mit einem maximalen Innenwiderstand von 10kOhm empfohlen:

The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately 10 k or less. If such a source is used, the sampling time will be negligible. If a source with higher impedance is used, the sampling time will depend on how long time the source needs to charge the S/H capacitor, with can vary widely. The user is recommended to only use low impedance sources with slowly varying signals, since this minimizes the required charge transfer to the S/H capacitor.

Hochohmiger sollte der Spannungsteiler also nicht sein. wobei sich der Innenwiderstand des Spannungsteilers aus der Parallelschaltung der beiden Widerstände errechnet. Aber der Innenwiderstand der eigentlich zu messenden Spannung muss auch berücksichtigt werden.

Der S&H Kondensator wird währen einiger 10 µS geladen. Damit der auf Endwert sprich der zu messenden Spannung aufgeladen wird braucht es einen Strom von fast 100µA Kann der Spannungsteiler diesen Strom nicht liefern, weil er zu hochohmig ausgeführt wurde mißt Du irgendwas und nicht die zu messende Spannung.

Abhilfe:
Mehrmaliges Messen da so der S&H Kondensator mehrmals aufgeladen wird und so den Endwert erreicht. In diesem Fall ist nur die letzte Messung zu berücksichtigen.

Bei so hochohmigen Spannungsteilern wie Dir vorschwebt ist das aber kein gangbarer Weg.

Wenn die Meßspannung sich langsam ändert (zB Batteriespannung) dann kannst Du zwischen Analogeingngspin und Masse einen 0,1µF Kondensator schalten. Der Spannungsteiler lädt langsam innerhalb einiger Sekunden den Kondensator und dieser dann im Meßzyklus den S&H.

Wenn Sich die Meßspannung schnell ändert dann brauchst Du deinen Operationsverstärker in Spannungsfolger-Schaltung (Impedanzwandlung) der den Spannungsteiler wenig belaset aber den Strom für den S&H liefert. Wenn Du von 0V bis 5V messen willst brauchst Du einen RAIL To RAIL Operationsverstärker.

Grüße Uwe

Hallo,

Danke für die Erklärungen, - ist so weit verstanden…

Bei so hochohmigen Spannungsteilern wie Dir vorschwebt ist das aber kein gangbarer Weg.

Hintergrund der Frage war eher: So hochohmig wie möglich, - so niederohmig wie nötig. :wink:

wobei sich der Innenwiderstand des Spannungsteilers aus der Parallelschaltung der beiden Widerstände errechnet.

Aus der Parallelschaltung welcher beiden Widerstände?

herbk: Aus der Parallelschaltung welcher beiden Widerstände?

naja, was hast Du denn für Widerstände beim Spannungsteiler? Da ist die Auswahl ja nicht so groß ;)

nach meinem Verständnis hat auch der Analogeingang einen Widerstand... ja, der ist eigentlich nicht Teil des Spannungsteilers, aber, wenn ich R2 4,7k nehme, dann könnte R1 für auch 1000k sein und ich wäre rechnerisch bei 4678k . Das erscheint mir aber "so aus dem Bauch heraus" als nicht richtig...

Deine Rechnung erschließt sich mir nicht. Der ohmsche Innenwiderstand des Analogeingangs, ist so hoch, dass er in der Rechnung vernachlässigt werden kann. Das Verhältnis der beiden Widerstände ist ja nicht frei wählbar, sondern ergibt sich aus der Höhe der Eingangsspannung. Bei 1000K zu 4,7K kommt ja nur noch rund 0,5% deiner Eingangsspannung am Analogeingang an. Der effektive Innenwiderstand des Spannungsteilers ist dann praktisch 4,7k. Wie hoch ist denn die zu messende Spannung?

Das bezog sich jetzt nicht auf einen konkreten Fall... Ich möchte aber für einige meiner Akkus "Überwachungs Schaltungen" bauen und dabei möglichst wenig Strom über den Spannungsteiler "verbrauchen" ohne auf Operationsverstärker oder Ähnliches zurückgreifen zu müssen.

Kondensator zwischen Analogeingang und Masse Grüße Uwe.

herbk: Das bezog sich jetzt nicht auf einen konkreten Fall... Ich möchte aber für einige meiner Akkus "Überwachungs Schaltungen" bauen und dabei möglichst wenig Strom über den Spannungsteiler "verbrauchen" ohne auf Operationsverstärker oder Ähnliches zurückgreifen zu müssen.

Kondensator zwischen Analogeingang und Masse.

Du kannst aber auch mittels eines Relais den Meßspannungsteiler nur während der Messung zur Batterie schalten.

Grüße Uwe.

Hallo dafür eignen sich SIP-Relais sehr gut. Die haben eine lütte Bauform und benötigen kaum Strom.

Die Idee mit dem Relais gefällt mir...

Aber erst mal, zur Kontrolle ob das von mir wirklich richtig verstanden ist, ein Beispiel:

Um mit der internen Referenz (1,1 V) 5V Spannung messen zu können, geht ein Spannungsteiler 47k (R1) 10k (R2) weil der Innenwiderstand des Spannungsteilers dann rund 8,3k ist. Ein Kondensator zwischen Analogeingang und Masse stabilisiert das .

Hinweis: Eine interne Referenzspannung von 5V gibt es nicht. Das ist die Betriebsspannung und damit nicht sehr genau. Diese sollte nur für ratiometrische Messung genutzt werden, d.h. wenn das zu messende Objekt aus der gleichen Spannung versorgt wird.
Ansonste sollte besser die interne Referenz von 1,1V benutz werden, die ist langzeitstabiler, unterliegt aber auch Fertigungstoleranzen.

Gruß Tommy

@ Tommy, da habe ich mich wohl etwas misverständlich ausgedrückt: Ich möchte 5 Volt mit der Internen Referenz 1.1 V messen

Aber erst mal, zur Kontrolle ob das von mir wirklich richtig verstanden ist, ein Beispiel:

Um mit der internen Referenz (1,1 V) 5V Spannung messen zu können, geht ein Spannungsteiler 47k (R1) 10k (R2) weil der Innenwiderstand des Spannungsteilers dann rund 8,3k ist. Ein Kondensator zwischen Analogeingang und Masse stabilisiert das .

Ich sehe das so, dass deine Spannungsquelle mit 47+10 =57 kOhm belastet wird. Es fließen also 5V/57k = 0,09 mA und am 10k Widerstand liegen 10/57 der Gesamt-Spannung.

Die Referenzspannung ist je nach Controller verschieden. der 328 hat 1,1V der 2560 1,1 und 2,56, der 32U4 hat 2,56V. Bei DUE und den ESP weiß ich es nciht. Grüße Uwe