Shunt-Widerstand Strommessung

[homedom]

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

[021aet04]

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

[homedom]

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

[homedom]

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.

[Jakob L.]

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.

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.

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.

[homedom]

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:
Bild hier  
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

[Jakob L.]

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.

[Richard]

Nun will ich den Motorstrom vor dem Regler messen

Wie realisierst Du dabei die Bezugs Masse für den ADC? Das "schreit" nach einen Instrumenten Verstärker dessen Versorgung = der des µC's ist. Z.B. http://www.datasheetcatalog.org/data...onics/4848.pdf

Einfacher wäre sicherlich den Mess R hinter dem Motor (klassisch) nach GND zu schalten.

Gruß Richard

[homedom]

Soo, nun bin ich endlich mal wieder zu dem Projekt gekommen. Also ich hab jetzt mit 4 verschiedenen Stromstärken gemessen und bin zu einem, für mich, sehr zufriedenstellenden Ergebnis gekommen. Hier das neue Messdiagramm
Bild hier  
Was mich aber trotzdem noch wundert, vlt lieg ich auch komplett falsch, aber wenn U = R*I ist => R = U/I und R ist doch konstant? Wenn ich aber mit den obigen Werten R errechne, dann steigt das parallel zur Spannung. Lieg ich jetzt falsch?

gruß, homedom

[Besserwessi]

Durch eine Fehler (Vermutlich Offset des AD-Wandlers) ist die gemessene Spannung vermutlich immer um einen festen Betrag zu klein. Damit kriegt man dann scheinbar einen veränderlichen Widerstand heraus. Aus dem Diagramm (bei besserer Darstellung, vor allem der Strom Achse) lässt sich etwa ablesen wie groß der Offset ist. Den Betrag kann man dann rechnerisch korrigieren und dann sollte auch ein konstanter Widerstand herauskommen.