Wie werden kleine Wechselspannungen mit analogen Multi gemessen?

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Autor
Wie werden kleine Wechselspannungen mit analogen Multi gemessen?

    







BID = 432933

Rahmenantenne

Schriftsteller



Beiträge: 552
Wohnort: Kiel
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Hallo,

die analogen Multimeter haben ja meist Drehspulmeßwerke drin und können auch kleine Spannungen unter 1 Volt messen. Drehspulmeßwerke können allerdings nur Gleichspannung messen. Zur Messung von Wechselspannungen muß ein Gleichrichter vorgeschaltet werden. An dessen Dioden fallen allerdings zweimal 0,7 also 1,4 Volt ab.

Mich würde mal interessieren, wie das eigentlich technisch gelöst ist, das man mit einem analogen Multimeter mit Drehspulmeßwerk trotzdem Wechselspannungen im Millivoltbereich messen kann?

Man könnte natürlich eine Einweggleichrichtung machen, das spart eine Diode. Für die restliche Diode kann man eine Germaniumdiode nehmen, die hat nur noch 0,3 bis 0,4 Volt Spannungsabfall. Aber auch dann wäre die kleinstmögliche Spannung die man messen kann etwa 0,5 Volt.

BID = 432947

Benedikt

Inventar

Beiträge: 6241

 

  

Ganz einfach: Man hängt einen Verstärker davor.
Oder man schaltet den Verstärker als Spannungs-Stromwandler (da die Drehspulmessinstrumente eigentlich den Strom messen) und dann spielt der Spannungsabfall an den Diode keine Rolle, da der Strom ja proportional der zu messenden Spannung ist.

BID = 432970

selfman

Schreibmaschine



Beiträge: 1681
Wohnort: Seekirchen a. W.

Ich glaube Rahmenantenne meint da die ganz ganz einfachen Dinger, die keine aktiven Teile enthalten (die Batterie dient nur als Spannungquelle bei der Ohmmessung).

Den Schaltplan von so einem einfachen Ding aus dem Baumarkt (mein erstes Meßgerät, das mir mein Opa vor 30 Jahren gesponsort hat) habe ich nicht mehr, aber ich glaube mich dunkel an eine Einweggleichrichtung oder vielleicht Mittelpunktschaltung zu erinnern (Schaltung enthielt auf jeden Fall zwei Dioden).

Der kleinste Meßbereich war zwar nicht im Millivoltbereich angesiedelt, aber doch ziemlich klein (einige Volt), weiß aber nicht mehr wo er anfing und wie ernst zu nehmen die Meßwerte da waren.

Schöne Grüße Selfman

_________________
Traue keinem Ding, das du nicht selber vermurkst hast.

BID = 432989

Esko

Stammposter



Beiträge: 465
Wohnort: Cadolzburg
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Mit einem sogenanntem Messgleichrichter
http://www.elexs.de/messen5.html
oder Google, beim Elko (das-elko.de) gibts auch einige gut beschriebene Schaltungen dazu.

BID = 432995

faustian.spirit

Schreibmaschine



Beiträge: 1388
Wohnort: Dortmund

Vielleicht ist Dir mal aufgefallen dass ganz primitive DMMs (DT830-Typ) eben nicht so kleine Wechselspannungen messen können

Die ganz "radikale" Methode ist es, einen Widerstand mit dem verstärkten Signal zu erhitzen und die Temperatur zu messen. So machen das tatsächlich einige ältere und sehr hochwertige Geräte.
Man bekommt die auch heute noch gebraucht NICHT für den Preis eines einfachen DMMs. Vorteil: Der echteste Effektivwert den es gibt. Nachteil: träge und konstruktiv anspruchsvoll.

Beschreibung eines solchen Gerätes:
http://www.amplifier.cd/Test_Equipm.....A.htm

Eine andere Möglichkeit: Man steuert den Gleichrichter nicht mit einer Spannungsquelle, sondern einer aktiven Stromquelle an (mit OPV relativ leicht zu realisieren, wenn man keine all zu hohen Frequenzen messen will).

Noch eine andere: Man nehme einen Komparator und betätige damit einen elektronischen Schalter der dann eine Halbwelle abschaltet oder umkehrt (nennt sich glaube ich Synchrongleichrichter)... auch hier haben wir Grenzen was die Maximalfrequenz angeht.

Übrigens findet man manchmal das Gegenteil vor, wenn es darum geht sehr kleine Gleichspannungen zu messen - man jagt die mit voller Absicht durch einen Wechselrichter, da eine kleine Wechselspannung doch erheblich leichter zu verstärken ist.

BID = 433236

Rahmenantenne

Schriftsteller



Beiträge: 552
Wohnort: Kiel
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Hallo,

zunächst: Ich habe mit einem Drehspulmeßwerk (100 µA) ein kleines Millivoltmeter für Gleichspannung gebaut und habe jetzt überlegt, wie ich das auf Wechselspannung erweitern kann, daher die Frage.


> http://www.elexs.de/messen5.html

Achja, eine meiner Lieblingsseiten, ist mir momentan nur nicht eingefallen da auch mal draufzusehen....

Ich würde die letzte Schaltung nehmen, weil bei der vorletzten die Ausgangsspannung nicht gegen Masse erscheint. Bleibt noch die Frage was für einen OP ich da am besten nehmen kann, also welchen Typ? Er sollte auf jeden Fall mit einer einzigen Betriebsspannung auskommen, aber sowas gibt es heute ja zum Glück wie der LM 324. Vielleicht ist der sogar geeignet? Das ganze Gedöns mit positiver und negativer Spannung ist immer so aufwendig und lohnt hier auch nicht.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: Rahmenantenne am 29 Mai 2007 23:47 ]

BID = 440354

Rahmenantenne

Schriftsteller



Beiträge: 552
Wohnort: Kiel
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Ich habe jetzt von der Seite

http://www.elexs.de/messen5.html

die letzte Schaltung aufgebaut. Und als OP den LM 358 genommen (eine Hälfte davon weil es ein Doppel-OP ist). Als Betriebsspannung habe ich 9 Volt genommen und dann die Schaltung getestet.

Merkwürdig ist das ohne Signalspannung am Eingang am Ausgang eine Spannung von 8 Volt anliegt. Das darf natürlich nicht sein, denn die 8 Volt würden das Millivoltmeter ziemlich schnell umbringen wenn ich den Verstärker einschalte.....

Ich habe alles kontrolliert, konnte aber kein Fehler im Aufbau finden. Auch die Pins des OP sind richtig belegt.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Rahmenantenne am  2 Jul 2007  0:37 ]

BID = 440358

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach


Zitat :
Merkwürdig ist das ohne Signalspannung am Eingang am Ausgang eine Spannung von 8 Volt anliegt.
Nicht so merkwürdig.
Schau dir mal das Innenleben des LM358 oder (324 etc) an.
Da findest du pnp-Transistoren in der Eingangstufe. Wenn man keinen Widerstand vorsieht, der den aus dem Eingang herauskommenden Basisstrom nach Masse ableitet, dann begibt sich der Eingang auf eine hohe positive Spannung und da das hier der nichtinvertierende Eingang ist, wird der Ausgang eben voll positiv.
Schalte am Eingang einen 1MOhm Widerstand nach Masse, dann ist die Welt wieder in Ordnung.

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Haftungsausschluß:



Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.



Rechtsansprüche dürfen aus deren Anwendung nicht abgeleitet werden.



Besonders VDE0100; VDE0550/0551; VDE0700; VDE0711; VDE0860 beachten !

BID = 440430

GeorgS

Inventar



Beiträge: 6450

Hallo Rahmenantenne,
zu der ursprünglichen Frage in diesem Thread:

Daß der kleinste Wechselspannungsmeßbereich einige Volt (typ 6)
betrug, hat bereits jemand weiter oben geschrieben.
Für diesen Meßbereich gab es eine separate Skala,
da sich im kleinsten Bereich die Dioden bemerkbar machten.

Bis weit in die 60er wurden Kupferoxydulgleichrichter
verwendet, da die noch geringere Schleusenspannung als
Ge haben. In den 70ern dann mehr und mehr Ge-Dioden.

Die Gleichrichter wurden meist in Verdopplerschaltung
betrieben, dabei "verliert" man die Spannung nur einmal,
trotz Nutzung beider Halbwellen.

Gruß
Georg

[ Diese Nachricht wurde geändert von: GeorgS am  2 Jul 2007 11:23 ]

BID = 442226

Rahmenantenne

Schriftsteller



Beiträge: 552
Wohnort: Kiel
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Ich hab den 1 Megaohm Widerstand zwischen Eingang und Masse gesetzt und die 8 Volt sind verschwunden. Allerdings ist der Ausgang immer noch nicht ganz Spannungsfrei. Etwa 30 Millivolt bleiben was allerdings für ein Millivoltmeter nicht gut ist. Wenn keine Eingangsspannung anliegt sollte das Meßgerät auch 0 Volt anzeigen und nicht 30 Millivolt was schon 1 Drittel des Meßbereiches ist!

Gibt es da vielleicht einen anderen OP der diese Zicken nicht macht?

BID = 442258

perl

Ehrenmitglied



Beiträge: 11110,1
Wohnort: Rheinbach

Das kommt davon, wenn man immer nur Prinzipschaltungen nachbaut, ohne sich um die Feinheiten der Realität zu kümmern.
Bedenke, daß die beiden Eingänge mit völlig unterschiedlichen Widerständen abgeschlossen sind und dass demzufolge an diesen auch unterschiedliche Spannungsabfälle auftreten. Den dafür verantwortlichen Strom findest du im Datenblatt unter "Input Bias Current".
Man kann durch sorgfältigere Planung dafür sorgen, daß beide Eingänge den gleichen Widerstand oder einen sehr geringen Wert sehen, und damit ist dieses Problem vom Tisch.

Am einfachsten vermeidet man dieses Problem aber, indem man Verstärker mit FET-Eingangsstufen verwendet.
Bei diesen liegt der der Eingangsstrom im pA-Bereich. (Schlechte) 50pA z.B. geben an 1MOhm einen Spannungsabfall von 50µV, und diesen Wert kann man oft schon vernachlässigen.

Bedenke aber, daß die meisten dieser Opamps Eingangsfehlspannung von wenigen mV haben. Diese beruhen u.a. auf Positionierungstoleranzen der bei der Herstellung verwendeten Masken und somit ist Größe und Vorzeichen dieses Fehlers zufällig. Exemplare mit geringeren Werte werden aussortiert und sind entsprechen teurer.
Deshalb sollte man in der Schaltung eine Justiermöglichkeit vorsehen, die es erlaubt etwa +/- 10mV Offsetspannung zu kompensieren.

Schiesslich sollte man auch noch einen Blick auf den Frequenzgang der Verstärker werfen. Bei vielen der beliebten intern kompensierten Opamps lässt nämlich die Verstärkung schon bei ganz bescheidenen Frequenzen deutlich nach. In allen nichtsinusförmigen Spannungsverläufen stecken z.T. erhebliche Anteile von Oberschwingungen! Wenn bei diesen Frequenzen die Leerlaufverstärkung nicht mehr sehr viel höher als die Schleifenverstärkung ist, gelten die vereinfachten Formeln für die Schleifenverstärkung nicht mehr und du bekommst Messfehler.

Ein weiterer in diesem Zusammenhang wichtiger Wert ist die Slew Rate. Bei einem zu geringen Wert der Spannungsanstiegsgeschwindigkeit kann der Ausgang dem Signal nämlich nicht mehr folgen und dann wird der Einsatz eines solchen Opamps in einer Messchaltung illusorisch.

Und nun entwickle mal schön!

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BID = 442260

Rahmenantenne

Schriftsteller



Beiträge: 552
Wohnort: Kiel
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Hm.... irgendwie wird das jetzt doch etwas zuviel.....

Ich kann natürlich nochmal mit einen OP mit FET-Eingangsstufen weitermachen, aber da muß man schon wissen, welcher OP solche hat.

Das mit der Offsetspannung ist mir auch bekannt. Viele OP's haben auch einen eigenen Anschluß dafür, wo man das mit einem Poti auf 0 Volt abgleichen kann. Meiner hat einen solchen dagegen nicht.

Mit der Frequenz sehe ich nicht so kritisch. Bis 100 Hz reichen mir da völlig. Und für reine Sinusspannungen reicht auch. Bei anderen oder unbekannten Signalformen nimmt man besser das Oszilloskop.


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