Hi

Ich versuche gerade zu verstehen wie ein autosense Voltmeter funktioniert und dann eventuell eins zu bauen.

Mir ist dabei klar, dass ich ein brauchbares Multimeter relativ billig in fast jedem Laden bekomme. Mir geht es dabei darum auf Probleme zu stoßen und zu sehen wie man sie möglichst elegant löst/umgeht/kompensiert/rausrechnet.

Als Ausgangsmaterialien stehen mir derzeit ein Arduino Board und diverse Kleinteile zur Verfügung. Damit habe ich mal angefangen. Spannungen von 0V bis 5V sind kein Problem, aber das war ja klar (die kann ich einfach an den ADC anschließen).

Für alles darüber hätte ich jetzt mal mit einem Spannungsteiler angefangen. Ich hätte gern einen 10MOhm Eingangswiderstand.
9M + 900k + 90k + 10k
Dazwischen greife ich die Spannungen ab.

Die einzelnen Anschlüsse am Widerstandsnetzwerk kann ich direkt auf den ADC leiten.
Pro Anschluss brauche ich dann auch noch eine 5V ZDiode die verhindert das mir bei höheren Spannungen der ADC Eingang abraucht.
Das ganze senkt aber meinen Eingangswiderstand und verfälscht die Messung (das könnte man aber kompensieren)

Alternativ könnte ich die Eingänge auch Softwaremäßig über FETs durchschalten. Hat aber den groben Nachteil, dass mir bei einem Programmierfehler der ADC flöten geht.

Beide Varianten funktionieren aber nicht für Wechselstrom. Ich könnte zwar einen Gleichrichter vorschalten, aber der frisst auch gleich 1,4V (Brückengleichrichter).
Außerdem gefällt mir das Widerstandsnetzwerk generell nicht, da die Messgenauigkeit von den Widerständen abhängt.
Ganz zu schweigen von den Problemen die ich bis jetzt vergessen/übersehen habe.

Ich hab zwar gesucht, aber wahrscheinlich falsch. Ich habe auf jeden Fall keine brauchbare Eingangsschaltung gefunden.
Würde mich über Tipps sehr freuen.
Anbei meine zwei Versuchsschaltungen (die Bauteilbezeichnungen bitte ignorieren).

MfG
yogg

Zitat :

9M + 900k + 90k + 10k Dazwischen greife ich die Spannungen ab.

So macht man das bei einer manuellen Bereichsumschaltung.
Bei den Autoranging-Instrumenten hat man keine potentialgetrennten Schalter für die hohen Spannungen und deshalb schaltet man mit MOSFETs nur parallel zum ADC-Eingang liegende Belastungswiderstände hinzu.

P.S.:

Zitat :

Ich könnte zwar einen Gleichrichter vorschalten, aber der frisst auch gleich 1,4V (Brückengleichrichter).

Schau dir mal bei den Anwendungen vom Operationsverstärkern an, wie man damit einen idealen Gleichrichter baut!


P.P.S: Die DMM verwenden keine ADC, die wie bei deinem µC auf dem Prinzip des SAR basieren, sondern normalerweise Dual-Slope-Converter.
Der Urahn davon ist der ICL7106 und in dessen Datenblatt (wenn es von National Semiconductor ist(!)) wird genau erklärt, wie das funktioniert und welche Vorteile das Verfahren hat.


[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am  8 Jun 2013 23:02 ]

Hi

Danke, das hat mir doch schon weiter geholfen.

Zitat :

So macht man das bei einer manuellen Bereichsumschaltung. Bei den Autoranging-Instrumenten hat man keine potentialgetrennten Schalter für die hohen Spannungen und deshalb schaltet man mit MOSFETs nur parallel zum ADC-Eingang liegende Belastungswiderstände hinzu.

Ich hab das ganze mal neu gezeichnet und auch den Gleichrichter mit eingebaut.

Eingangsschaltung:
Ich habe die Widerstände jetzt parallel dazugeschaltet, aber wie ich das Gate der FETs ansteuere weiß ich immer noch nicht (außer programmiertechnisch).
Von dem abgesehen würde der Spannungsteiler für negative oder Wechselspannungen im derzeitigen Zustand auch nicht funktionieren.
Hast du eventuell ein Beispiel für solch eine Schaltung die ich mir ansehen kann?


Gleichrichter:
Bei R1 bin ich mir aber nicht sicher. In den Schaltungen wird zwischen den Dioden immer ein Amperemeter angegeben.
Das würde heißen R1 sollte möglichst klein sein (<1 Ohm?). Irgendwie ist das aber in meinem Kopf nicht logisch.
Irgendwer kann mir sicher sagen was ich dabei übersehe und weshalb ich keinen 10k Widerstand einsetzen sollte.
Bei C1 bin ich mir auch nicht ganz sicher, aber die Spannung muss ich irgendwie glätten.

Das ganze hat leider auch den Nachteil das ich eine negative Spannung brauche (eventuell sogar außerhalb meiner derzeitigen Versorgungsspannung). Damit werde ich aber wohl leben müssen.




Als ADC werde ich dann so etwas in Betracht ziehen:
http://docs-europe.electrocomponent.....a.pdf
Ist zwar langsamer, aber dafür kompensiert sich alles automatisch raus.
Für den Anfang werde ich aber bei dem bleiben was ich vorrätig rumliegen habe.

MfG
Yogg

Zitat :

Pro Anschluss brauche ich dann auch noch eine 5V ZDiode die verhindert das mir bei höheren Spannungen der ADC Eingang abraucht. Das ganze senkt aber meinen Eingangswiderstand und verfälscht die Messung (das könnte man aber kompensieren)

Wie willst du das kompensieren?
Die Z-Diode fängt ja auch schon unterhalb ihrer Nennspannung an zu leiten (von der nicht selten anzutreffenden 10prozentigen Toleranz möchte ich erst gar nicht anfangen)

Zitat :

Bei R1 bin ich mir aber nicht sicher. In den Schaltungen wird zwischen den Dioden immer ein Amperemeter angegeben.

Es gibt diese Messgleichrichter ja auch in anderen Topologien, mit nur zwei Dioden. Wenn man es etwas ernster nimmt, setzt man einen TRMS-to-DC Converter (bspw. AD536A) ein.



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Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am  9 Jun 2013 17:08 ]

Zitat :

Von dem abgesehen würde der Spannungsteiler für negative oder Wechselspannungen im derzeitigen Zustand auch nicht funktionieren.

Das würde auch aus einem ganz anderen Grund nicht funktionieren:
Solch ein hochohmiger Spannungsteiler hat nämlich in Zuammenhang mit den Schaltungs- und Transistorkapazitäten einen ausprägten Frequenzgang.
Eine derartige Frequenzkompensation ist nicht trivial und auch nicht auf dem Papier oder mit dem Simulator zu machen, weil es dabei auf höchst reale Eigenschaften der Komponenten ankommt, und deshalb muß da aufwändig gemessen werden.
Also bleibst du besser bei der Gleichspannungsmessung.

Anstatt mit viel Aufwand ein Voltmeter für hohe Spannungen zu bauen, was du für 5€ ohnehin besser kaufen kannst, wäre es vielleicht interessant ein Mikrovoltmeter zu bauen, denn bei Spannungen unter 10mV sind mit den überall erhältlichen DMM keine brauchbaren Werte mehr abzulesen.

Dafür brauchst du natürlich einen Verstärker. Die meisten Operationsverstärker haben eine zu hohe Eingangsfehlspannung, die zudem driftet, aber für etwas mehr Geld gibt es auch mittels Chopper stabilisierte Opamps mit Offsetspannungen um 1µV.
Zur Verstärkungsumschaltung dürften die Analogschalter CD4066 und CD4051 bis -53 sowie deren 74HC-Versionen geeignet sein.