Stroom meting

Beste CO'ers,

Ik ben bezig met het bouwen van een labvoeding, dit ontbreekt namelijk nog op mijn werkbank ;)
Nu wilde zelf de spanningsmeter en de stroommeter gaan maken dmv een PIC en een LC-Display.
Het meten van de spanning is niet echt moeilijk, men nemen de AD-converter van het betreffende PIC en tada... een spanningsmeter :)

echter nu mijn uitdaging:
met deze zelfde PIC wil ik ook de stroom meten (met de 2e AD-converter van het PIC).
Nu is het echter zo dat de AD spanningen meet en geen stromen. Na wat denk werk ben ik op het idee gekomen om een stroom naar spannings-converter schakelingetje te maken, volgens mij moet dit relatief eenvoudig kunnen met een shunt-trapje, echt ik weet niet cker of dit gaat werken. volgens mij namelijk wel, een shunt-trap is in wezen een stroom => spannings-omzetter.

het circuitje wat ik bedacht had ziet er ongeveer zo uit:
http://projects.maanmeer.nl/pics/shunttrap.JPG

nu de vraag:
weet iemand of dit gaat werken? of is er iemand met een beter idee?

alvast bedankt voor de hulp!

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

Gebruik een goede rail-to-rail opamp en meet de spanning over een shuntweerstand.
Zoek maar op dit forum.

De stroom meet je meestal door de spanning over een shunt-weerstand te meten. Je kan dat bv. zo doen:

http://prosje.be/CO/Schemas/StroomNaarSpanning.png

De uitgangsspanning van de opamp is dan gelijk aan de spanning over de shunt.
Nu zal het in de praktijk vaak zo zijn, dat een hogere uitgangsspanning gewenst is. Dat kan, door de verhouding van de weerstanden te wijzigen:

http://prosje.be/CO/Schemas/StroomNaarSpanningIII.png

Door de verhouding van de weerstanden te wijzigen, bepaal je de versterking. Hou ze wel aan beide zijden gelijk.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Zoals pros het schrijft kan wel, maar dan moet je een zwevende voeding gebruiken.
Makkelijker is misschien om de shunt in de min op te nemen en de opamp als versteker te gebruiken.

Pros opampschakelingen zijn meestal redelijk eenvoudig, doetreffend, bijna altijd goed ;) en afdoende.

Op 25 mei 2009 21:11:29 schreef rbeckers:
bijna altijd goed ;)

Zullen we daar maar even over zwijgen? :-)

Het kan problematisch worden, als de opamp ingangsspanningen moet verwerken die boven zijn bereik vallen. Dan heb je "iets" nodig, dat aan beide zijden van de shunt precies dezelfde spanningsval veroorzaakt. Zeners lijken me niet zo geschikt. Misschien iets met een LM385 of zo?

@Zonnepaneeltje: het probleem met dergelijke speeltjes is, dat je ze niet even bij de plaatselijke elektronica-boer kan halen.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Op 25 mei 2009 19:27:22 schreef pros:

[afbeelding]

waarom valt er over R4 1.9V en over R2 2V??
en dit is dus goed toepasbaar in een labvoeding?

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

R2 en R3 vormen een spanningsdeler. Bij 10V aan de linkerzijde van de shunt komt er 8V op hun knooppunt te staan.
Aan de rechterzijde van de shunt is de spanning lager, vanwege de spanningsval over R1.
De opamp regelt zijn uitgang zo, dat de spanningen aan zijn beide ingangen gelijk zijn. En bijgevolg staat er over R4 een spanning van (9.9V - 8V) = 1.9V.

Als er helemaal geen stroom door R1 loopt, is de spanning aan beide zijden gelijk, en moet de opamp zijn uitgangsspanning gelijk maken aan 0V om de spanningen op A en op B precies gelijk te krijgen.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Een opamp "probeert" altijd de - en de + ingang op dezelfde spanning te krijgen.
Dit en de 0,1V over R1 en R4 is 0,1V minder dan R2.
2V over R2 volgt uit de spanningsdeler met R3.

Het principe is me nu helemaal duidelijk :)

kan ik de shunt weerstand dan zomaar in de uitgangsleiding van mijn labvoeding plaatsen? of moet ik deze ergens anders aanbrengen?

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

@Pros: alleen kloppen je spanningen volgens mij niet. Als R5 aan de ground zat, in plaats van aan de uitgang van de opamp, zou ik je gelijk geven.

Nu staat er over R4 en R5 een spanning van 10 - 0.1 - 1.4 = 8.5V. Over R5 moet dus 8 - 1.4V = 6.6V staan, waarbij 1.9V over zou blijven voor R4. Dit klopt echter niet met de verhouding tussen die twee weerstanden, dus die 8V op het knooppunt tussen R4 en R5 kan niet kloppen.

R4 en R5 hebben dus 8.5V te verdelen, waarbij er 8.5 / 5 = 1.7V over R4 valt, en 8.5 / 5 * 4 = 6.8V voor R5 overblijft.
Het knooppunt komt dan dus op 6.8 + 1.4 = 8.2V te liggen.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

TS, post eens een schema van jou voeding. Misschien dat je ergens al een signaal af kan takken.

"What are we going to do tonight, Brain?". "Same thing we do every night, Pinky: try to take over the world!"

Het gaat om de welbekende CO-labvoeding.
staat hier op de site onder schakelingen => voedingen

@SparkyGSX:
De schakeling van pros klopt wel volgens mij. R5 zit nu aan de ingang van de opamp, maar aangzien dit een virtueel aardpunt is staat hier dus ook gewoon 0V en klopt de berekening van Pros prima :)

je kunt de weerstanden R2 en R3, R4 en R5 gewoon zien als een spannings deler zien waarbij geldt:
UR4 = Uin * (R4/(R4+R5))

[Bericht gewijzigd door Red-E op 26 mei 2009 00:27:27 (17%)]

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

Ok, zal ik het anders stellen:

Over R2 en R3 staat de voedingsspanning (10V)
R5 zit aan punt C.
Over R4 en R5 staat de voedingsspanning min de spannigsval over R1 min de spanning op punt C.
Punt C staat 1.4V boven de ground.

Ergo; de spanning over R4 en R5 is de voedingsspanning - 1.5V.

Ik kan het fout hebben hoor, maar dan wil ik wel graag een steekhoudende argumentatie.

Overigens vind ik de term "virtueel aardpunt" erg misleidend; als ik me niet vergis, wordt daarmee bedoeld dat het verschil tussen de spanningen op de twee ingangen van de opamps 0V is, niet dat deze 0V zijn ten opzichte van de ground.

Op zich heb je natuurlijk wel gelijk dat de spanningen op die ingangen gelijk zouden moeten zijn (in een steady-state situatie). Wat ik bedoelde te zeggen, is dat de combinatie van spanningen die daar wordt aangegeven (1.4V, 8V, 1.9V, 100mV) volgens mij niet kan kloppen. Als we de 100mV over de shunt als gegeven beschouwen, en de opamp zijn werk doet, zou er 8V op punt B moeten staan, en 1.9V over R4. Dan zou er dus 0.4V op punt C moeten staan, geen 1.4V.

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken

na op dit late uur nog wat rekenwerk verricht te hebben en het een en ander in mijn schoolboeken nagekeken te hebben moet ik SparkyGSX volgens mij gelijk gaan geven.

overdracht van deze configuratie is A = -(R5/R4), hier uit volgt dus A = -4 bij een stroom van 100mA lever dat dus idd een spanning van 0.4V op aan de uitgang van de opamp. volgens mij moet deze zelfs negatief zijn, dus -0.4V (gezien het minteken in de formule van de overdracht!)

echter ik wilde pros vragen om wat extra uitleg, zodat alle onduidelijkheden de wereld uit zijn :)

[edit]
@pros: heb nog even naar je afbeelding met berekening gekeken en volgens mij zit er een reken-foutje in je afbeelding :S
hier de uitleg waarom:
opgave: 8-((1.9/2500)*10000)
1.9/2500 = 0.00076
0.00076*10000 = 7.6 V
8V - 7.6V = 0.4V :)

dus het geheel nog eens bekeken te hebben blijkt dat pros toch gelijk heeft en het geheel volgens mij toch klopt :)

rest mij nu enkel nog de vraag:

Op 25 mei 2009 23:12:31 schreef Red-E:
...

kan ik de shunt weerstand dan zomaar in de uitgangsleiding van mijn labvoeding plaatsen? of moet ik deze ergens anders aanbrengen?

[Bericht gewijzigd door Red-E op 26 mei 2009 02:10:35 (37%)]

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

Inderdaad, bij de tweede schakeling van Pros is de uitgangsspanning 0.4 V.

De opamp regelt z'n uitgang zo, dat er 8V op punt B staat.
Dan staat er 1.9 V over R4.
De stroom door R4 is gelijk aan de stroom door R5.
Over R5 valt dus 4x1.9 = 7.6 V.
Uuit = 9.9 - 1.9 - 7.6 = 0.4V.

Op 25 mei 2009 23:50:20 schreef SparkyGSX:
@Pros: alleen kloppen je spanningen volgens mij niet. Als R5 aan de ground zat, in plaats van aan de uitgang van de opamp, zou ik je gelijk geven...

Ik zat fout, door de verhouding R2/R3 (en R4/R5) te groot te nemen. Als ik voor R2 en R4 5k neem, klopt het plaatje wel:

http://prosje.be/CO/Schemas/StroomNaarSpanningIV.png

Het rekenwerk:

code:


U1 = 10V					De spanning links van R1
I = 100mA					De stroom door R1
U_R1 = I * 1 = 100mV				De spanning over R1
U2 = U1 - U_R1 = 9.9V				De spanning rechts van R1
A = (U1 / (R2 + R3)) * R3			De spanning op punt A
A = (10 / (5000 + 10000)) * 10000 = 6.666666V
B = A						De spanning op B = A
I_R4 = (U2 - B) / R4				De stroom door R4
I_R4 = (9.9 - 6.666666) / 5000 = 0.0006466668A	De stroom door R4 moet ook
I_R5 = I_R4					door R5 lopen.
U_R5 = I_R5 * R5				De spanning over R5
U_R5 = 0.0006466668 * 10000 = 6.466668V
C = B - U_R5					De spanning op punt C
C = 6.666666 - 6.466668 = 0.199998V		Afrondingsfoutje...

Ditmaal ben ik wel zo voorzichtig geweest, de schakeling eerst op een broodplankje uit te testen. En het werkt nog ook... :-)

@Red-E: het is de bedoeling, dat je de shunt aanbrengt in serie met de positieve rail, maar voor de spanningsregeling.
Verder moet de opamp overweg kunnen met de te verwachten spanningen aan zijn ingangen. Als je een 50V-voeding wil bouwen, valt de doorsnee-opamp af.
Je moet daarnaast een opamp hebben waarvan je de ingangs-offset kan wegregelen.
Het gebruik van 1% weerstanden (of beter) is ook een must.

Kortom, de schakeling is bruikbaar als je ze zorgvuldig opbouwt, en als je er geen al te hoge eisen aan stelt. Als alternatief kan je het eerste schema gebruiken, en daar een DC-versterker achter plaatsen.
De sensor, waar Zonnepaneeltje naar verwijst, zal beter presteren. Maar de verkrijgbaarheid kan een probleem zijn.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Die sensor die Zonnepaneeltje voorschrijft heb ik ook even naar gekeken maar snap niet helemaal hoe deze toegepast moet worden.

is ook gewoon spanning van de output-rail op aansluiten en gaan? (ook nog voedingspanning natuurlijk ;))

vraag dit om even alle mogelijkhedenbelicht te hebben en duidelijk voor me zelf te krijgen wat het handigst is in gebruik voor mijn voeding.

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

Bij de ACS712 zijn de stroom-ingangen galvanisch gescheiden van de uitgang. Je kan de sensor-ingangen dus plaatsen waar je wil, zonder enige DC-koppelings-problemen.
Daarnaast levert de uitgang een spanning die proportioneel is met de gemeten stroom. In de datasheet zie je dat er verschillende typen zijn: 66mV/A ... 185mV/A.
Kies een type dat best overeenkomt met de te verwachten stroom, meet de uitgangsspanning met de ADC van je microcontroller, en vertaal die waarde terug naar ampere's. Meer moet dat niet zijn.

Prosper, yop la boum, c'est le roi du macadam (aldus Maurice Chevalier)

Met de 5A sensor (185mV/A) zou dat dus betekenen dat er 185mv aan de uitgang staat als er 1A langs de sensor loopt?

als ik het zo lees zo allemaal op een rijtje zet lijkt deze sensor de mooiste oplossing, is doeltreffend en volgens mij het goedkoopste... (ja ja ;) daar moet ook op gelet worden bij de ontwikkeling ;))

[Bericht gewijzigd door Red-E op 26 mei 2009 10:49:23 (47%)]

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

Het is een goede oplossing maar niet de goedkoopste.
Een AD8215 is iets goedkoper.

denk het toch niet... voor de ACS712 heb je weinig rand-componenten nodig, bij die van jouw, de AD8215 is nog een shunt nodig... deze zijn vrij prijzig...

Gr. Red-E || There are only 10 types of people in the world. Those who understand binary, and those who don't ||

ACS712 bij digikey 2.46 Euro, whats in the name
Gaat iemand de ACS712 5amp bestellen ?

Onderstaande type was ik wel eens tegengekomen in een AM modulator http://www.cpu.com.tw/kh/sensor/lem/lts-25np.pdf

De beste stuurlui staan aan wal