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Thema: Shunt-Widerstand Strommessung

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Roboter-Spezialist
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    Shunt-Widerstand Strommessung

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    Hallo,
    ich habe hier einen BLDC Motor mit Motorregler. Der Motor benötigt in meiner Anwendung so in etwa 1-2A kann aber bei blockieren bis 20A ziehen. Das ist aber ein Problem für meine Akku-Schutzschaltung welche nur 10A liefern kann. Nun will ich den Motorstrom vor dem Regler messen und bei Überstrom den Motor einfach ausschalten. Dazu habe ich einen 10mOhm Widerstand eingelötet. Nun bekomm ich auch am ADC Werte, wenn auch sehr kleine, aber leider ist das nicht linear zur Stromaufnahme. Zum Test habe ich mal eine Halogenlampe mit 20W, eine mit 35W, und beide zusammen mit 55W angeschlossen und musste festellen, dass bei 20W 0,0147V, bei 35W 0,0489V und bei 55W 0,0978V gemessen wurden. Nun wird da wohl noch irgend ein Widerstand von Kupferbahn auf der Leiterplatte mitmischen, warum ist das jedoch nicht linear? Je größer der Strom desto größer der Widerstand? Meint ihr dass es praktikabel wäre, einfach eine Last mit dem gewünschten Grenzstrom anzulegen und dann die Spannung zu messen und diese als Referenz zu nutzen oder sollte ich lieber auf einen genauen Stromsensor wie den ACS714 zurückgreifen? Wäre es hinreichen genau sich eine Formel für den Widerstand herzuleiten?

    Gruß, homedom

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von 021aet04
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    Es kommt darauf an was das für ein Widerstand ist. Wenn es ein Shunt ist sollte er linear sein (im Gegensatz zu z.B. PTC/NTC). Am Besten ist es, wenn du eine 4 Punkt Messung verwendest.

    Du solltest, wenn du es noch nicht machst, einen Mittelwert über einige Messungen. Damit schließt du kurzzeitige Falschmessungen aus bzw begrenzt diese.

    MfG Hannes

  3. #3
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    Die Messwerte sehen im wesentlichen nach einem Offsetfehler aus. Wenn du zu den gemessenen Spannungen ca. 0.035V dazuzählst, dann ist das Ergebnis relativ linear zur Leistung (und die aufgedruckte Leistungsangabe auf Lampen ist sowieso nicht 100%ig genau). Die Offsetspannung entsteht wahrscheinlich durch den ADC selbst oder die Verstärkerschaltung davor. Oft reicht es aus, die Offset-Spannung einmalig zu bestimmen und man kann dann damit die Ergebnisse korrigieren.

  4. #4
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    Hallo,
    also beim ADC wird der erste Wert nach einem Kanalwechsel verworfen und dann 5 Messungen gemittelt. Der Widerstand ist ein 3W Shuntwiderstand (http://de.rs-online.com/web/search/s...duct&R=6934381). Wie gesagt denke ich dass es an der Platine liegt. Aber müsste das dann nich auch linear sein? Oder ändert sich der Widerstand der Leiterbahn je nach Last? Was genau ist eine 4 Punkt Messung? 4 Messwerte und daraus eine Formel herleiten? Danke

    gruß, homedom

  5. #5
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    Hallo jakob,
    wenn ich ehrlich bin habe ich keine Verstärkerschaltung davor. Ich nehm in Kauf dass ich nur 0.5A/ADC Wert messen kann. Natürlich habe ich mir auch Gedanken gemacht dass es bei so kleinen Spannungen evtl durch äußere Beeinflussung Fehler entstehen. Da ich aber meine Platine schon fertig habe und nun von einem DC auf BLDC umgestiegen bin wollte ich die Schaltung so wenig wie möglich ändern. Wie genau berechnet man die Offsetspannung? Wie kann diese beim ADC entstehen. Als ich mit einem Multimeter gemessen hatte habe ich auch eine höhere Spannung am Pin gemessen als der ADC ausgibt. Kann das damit zusammenhängen? Danke

    gruß, homedom

    EDIT: Ich hab gerade gesehen, dass man mit der GAIN Stufe des AVR eine Offsetmessung machen kann. Ist das des Rätsels Lösung? Ich werde das bei gelegenheit mal ausprobieren. Bin aber trotzdem weiterhin über jeden Tipp dankbar.
    Geändert von homedom (11.06.2011 um 23:55 Uhr)

  6. #6
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    Zitat Zitat von homedom Beitrag anzeigen
    Hallo jakob,
    wenn ich ehrlich bin habe ich keine Verstärkerschaltung davor. Ich nehm in Kauf dass ich nur 0.5A/ADC Wert messen kann.
    Je nach verwendetem ADC kann man schon mal einen Offset-Fehler von 1-2 Bits haben.
    Zitat Zitat von homedom Beitrag anzeigen
    Wie genau berechnet man die Offsetspannung?
    Man macht 2 Messungen, trägt diese in ein Diagramm ein und zeichnet dann eine Linie durch die beiden Messungen. Im Idealfall (kein Offset-Fehler) geht diese Linie durch den Ursprung. Anhand der Schnittpunkte der Linie mit den Achsen kann man den Offset-Wert ablesen. Wenn man mehr als zwei Messungen hat, dann sollten diese Punkte im Diagramm ungefähr auf einer Linie liegen (sonst hat man noch andere Fehler). Natürlich kann man die Offset-Spannung auch mathematisch ausrechnen.

    Zitat Zitat von homedom Beitrag anzeigen
    Wie kann diese beim ADC entstehen. Als ich mit einem Multimeter gemessen hatte habe ich auch eine höhere Spannung am Pin gemessen als der ADC ausgibt. Kann das damit zusammenhängen? Danke
    Ja. Durch den Vergleich zwischen der ADC-Ausgabe und der gemessenen Spannung am ADC-Pin kann man die Offset-Spannung ebenfalls bestimmen.

    Für die ursprüngliche Aufgabenstellung (Abschaltung bei Überstrom) kann man auch einfach einen festen ADC-Wert bestimmen, ab dem der Motor abgeschaltet werden soll.

  7. #7
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    Also ich hatte das alles mal in eine Excel-Tabelle eingetragen. Ich werde morgen mal versuchen den y-Achsenabschnitt so gut es geht zu bestimmen. Werde wohl auch noch Messungen mit anderen Lasten machen um eine etwa genaue Linie hinzubekommen. Auf einen extra Stromsensor werde ich verzichten. Hier mal anbei noch das Diagramm:

    Die Zeile Widerstand kann irgnoriert werden.. hier habe ich den Widerstand aus Strom und Spannung errechnet. Danke schonmal für die schnelle Hilfe, ich melde mich wieder wenn ich noch einige Messungen gemacht habe. Wenn noch wer Tipps hat habe ich ein offenes Ohr. Danke

    gruß, homedom

  8. #8
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    Wenn der AD Wandler schon mehrfach misst kann man auch die zusätzliche Auflösung duch Oversampling nutzen. Also z.B. 16 Werte Aufsummieren und dann nicht duch 16 Teilen, sondern nur durch 4. Man bekommt so fast 2 zusätzliche Bits Auflösung. Die beiden Bits die man duch das Teilen duch 4 verwirft sind nicht aussgekräftig, weil das Rauschen der Summe von N Werten mit der Wurzel aus N ansteigt.

    Ein bischen besser könnte es schon mit der 2,5 V referenz werden, statt einer 5 V Referenz.

    Das Problem wird einfach der Offset sein. Hier ist der negativ und läßt sich nicht so einfach rechnerisch korrigieren, denn unter etwa 1 A wird der AD einfach 0 ausgeben. Eine Lösung wäre eine Verstärkerschaltung.

  9. #9
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    Also wenn ich das mal schnell richtig durchgerechnet habe liegt der Offset tatsächlich bei -0.01788. Da ich mich bei den Ampere Angaben aber auf die Wattzahl der Halogenlampen verlassen habe könnte es sein, dass das ganze Diagramm fehlerhaft ist. Ich werde also mal die korrekte Amperezahl messen und weitere Messungen durchführen. Verstärkungsschaltung will ich aufgrund der fertigen Platine vermeiden, auch wenn das die sauberste Lösung wäre. Die nächste Platinenversion bekommt einfach einen ASC714 drauf. Die Referenzspannung kann ich auch nicht ändern, da noch LiPo Zellen am ADC hängen. Vielen Dank

    Gruß, homedom

  10. #10
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    Hallo!

    Den Offset könnte man doch softwaremässig genauso wie hardwärmässig (OPV) korriegieren (abziehen). Beim OPV entsteht dazu unkorrektbarer Temperaturdrift.
    MfG (Mit feinem Grübeln) Wir unterstützen dich bei deinen Projekten, aber wir entwickeln sie nicht für dich. (radbruch) "Irgendwas" geht "irgendwie" immer...(Rabenauge) Machs - und berichte.(oberallgeier) Man weißt wie, aber nie warum. Gut zu wissen, was man nicht weiß. Zuerst messen, danach fragen. Was heute geht, wurde gestern gebastelt. http://www.youtube.com/watch?v=qOAnVO3y2u8 Danke!

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