Ohmmeter für DIV

Themen rund um die Hardware und Abgleich des Digitalvoltmeters DIV gehören hier rein.
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Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 29.03.2014, 22:08

Hi,

hier im Forum ist zwar immer weniger los, aber ich freue mich, gelegentlich doch immer mal auf einen neuen Beitrag zu stoßen.
Ich habe lange nichts am Ct'lab gemacht, benutze die Module aber regelmäßig. Jetzt wollte ich auch mal was beitragen.

Ich habe unter anderem ein DIV ohne TRMS und dachte ich baue einen Widerstandsmessbereich, der sich als TRMS-Ersatz verwenden kann. Ich habe einen Prototypen aufgebaut, der funktioniert.
Eckdaten: Messbereiche 2.5MOhm (@1 uA Teststrom), 250k (@10uA), 25k (@100 uA), 2k5 (@1mA), 250 (@1mA) und (zu Testzwecken) 25 Ohm @1mA. Außerdem habe ich einen schnellen Durchgangsprüfer aufgebaut, so dass mir das DIV ein Tischmultimeter ersetzt.

Das Add-On besitzt eine umschaltbare Konstantsromquelle, die sich auf den Ausgang des DIV schalten läßt, die erzeugte Ausgangsspannung wird dann vom Gleichspannungsmesszweig aufbereitet und in den ADC gespeist. Anschlüsse sind genau wie beim TRMS, es sind keine weiteren Änderungen am DIV notwendig, lediglich die Firmware muss angepasst werden.

Zur Firmware: Ich habe die C-Firmware aus dem WIKI angepasst. Dazu habe ich die AC-Messbereiche durch die Widerstandsmessbereiche ersetzt und die Integrationsprozedur angepasst, so dass diese resettet, wenn große Änderungen der Meßgröße registiert werden. Damit schafft es die Autorange-Funktion in ca. 2-3s durch alle Messbereiche. In allen Messbereichen sind die vorderen Stellen stabil, lediglich die letzte Stelle schwankt zwischen zwei Werten. Das gilt nicht für den 25 Ohm-Messbereich, der ist etwas weniger stabil, dort entspricht die letzte Stelle aber auch nur 100uOhm, bzw. einem Spannungsabfall von 100nV.

Teure Bauteile sind vor allem die Präzisionswiderstände, zwei Opamps vom Kaliber des DC-Verstärkers im DIV (für einen langt ein LF411, der andere sollte besser sein) und eine Spannungsreferenz in der Größenordnung der LT1019. Die kann aufgrund der verwendeten Schaltung nicht von der DIV-Hauptplatine abgezweigt werden.

Meine Platine ist selbstgeätzt, ich werde mir aber auf jeden Fall noch eine finale Version fertigen lassen.

Bei Interesse poste ich gerne noch mehr Details, Schaltpläne, Fotos, Videos etc.

Grüße
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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von psclab38 » 29.03.2014, 23:40

Hi,
den Stromlauf und ein paar Bilder würde ich schon gern sehen.
omlex hat geschrieben: Zur Firmware: Ich habe die C-Firmware aus dem WIKI angepasst.
Wenn die Änderungen überschaubar sind, können wir sie gerne als bedingte Kompilierung ins Repository aufnehmen.

Gruß
Paul

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 30.03.2014, 10:36

Hi,

Hier mal ein hübsch gemachter Schaltplan. Für Verbesserungsvorschläge etc. bin ich immer dankbar.

Mit der hier angegebenen Dimensionierung sollte ohne Kalibrierung (bis auf Offset) 0.5% Genauigkeit machbar sein.

Grüße, Jan
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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von psclab38 » 30.03.2014, 12:16

omlex hat geschrieben:Hi,

Hier mal ein hübsch gemachter Schaltplan. Für Verbesserungsvorschläge etc. bin ich immer dankbar.

Mit der hier angegebenen Dimensionierung sollte ohne Kalibrierung (bis auf Offset) 0.5% Genauigkeit machbar sein.

Grüße, Jan
Hi Jan,

kannst Du die Mimik um T1/LED bitte näher erklären?
R30 ist m. E. evtl. überflüssig, R14 reicht.

Gruß
Paul

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 30.03.2014, 13:08

Hi,

Am schwierigsten war tatsächlich die Konstruktion einer Eingangsschutzschaltung gegen Anlegen einer Spannung am Eingang des Ohmmeters. Für IC1 reicht die Standard-Schutzschaltung aus Q2 und Q3. Im Kreis der Präzisionsstromquelle will man aber keine Schutzwiderstände, an denen eine hohe Spannung abfällt. Daher dient T1 in der Beschaltung hier als Konstantstromquelle, die auf ca. 6mA eingestellt ist. Das ist sowas wie ein dynamischer Schutzwiderstand, der gegen eine negative Spannung am Eingang schützt. Q1 begrenzt die am Eingang von IC3 auftretende Spannung auf ca. (V-)-0.7V. D1 dient zum Schutz vor positiven Spannungen am Eingang.

Übrigens ist T1 falsch beschriftet, ein BD410 wäre wegen der höheren UCE von 500V besser geeignet.

Grüße

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von psclab38 » 30.03.2014, 23:13

Hi Jan,
Deine Erweiterung gefällt mir sehr. Ist nur schade, daß sie nicht gleichzeitig mit dem TRMSC verwendet werden kann. Das würde das DIV fast perfekt machen.
Hast Du noch ein Foto von der Baugruppe?

Gruß,
Paul

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 01.04.2014, 19:47

Hi,

hier mal Bilder. Wie ich schon sagte, es ist ein früher Prototyp mit noch einigen Fehlern auf der Platine, die ich von Hand korrigiert habe. Außerdem ist sie selbstgeätzt mit Arme-Leute-Durchkontaktierung. Die Footprints der Reed-Relais passen nciht, darum sind die noch frei verdrahtet. Nicht schön, aber funktioniert. Außerdem entspricht der Prototyp nicht ganz dem Schaltplan den ich gepostet habe, hier ist die Bereichsauswahl um den 238er anders gelöst.

Ich habe ein neues Layout schon fertig. Darin sind alle auf dem Prototypen von Hand gemachten Verbesserungen aufgenommen. Außerdem ist das Layout für professionelle Leiterplattenfertigung angepasst. Weil ich dann mehr Durchkontaktierungen machen kann, wird es kleiner und alle SMDs kommen auf die Vorderseite.

Grüße, Jan
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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von wAlter » 02.04.2014, 15:53

Hallo Jan,
Deine Schaltung gefällt mir. Die Stromquelle habe ich in der Form noch nie gesehen. Auch kann ich noch nicht überschauen ob der Verstärker (IC3) damit zum Schwingen neigt.
Im Moment bin ich mitten in einem Redesign des DCG. Nach dessen Abschluss hatte ich die Überarbeitung des DIV auf dem Plan. Da gibt es einiges womit ich nicht so ganz einverstanden bin. Ein Ohmmeter hätte ich auf jeden Fall auch einfügen wollen. Wenn das Ganze Gerät (soweit sinnvoll) in SMD-Ausführung ist, braucht man sich nicht mehr auf die Huckepackplatine zurückziehen.
Mit Deiner Erlaubnis werde ich alle bis dahin entstanden Erkenntnisse in die Überarbeitung des DIV einfließen lassen.
Grüße
Walter

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 02.04.2014, 16:37

Hi Walter,

die Stromquelle ist aus dem Applicattion Bulletin AB-002C von Burr Brown. Ich habe die genommen, weil sie zu GND referenzierbar ist, und nur mit einem Opamp auskommt. Der zweite kam später dazu. Es gibt natürlich mehr Möglichkeiten eine Stromquelle zu bauen, ich nehme gerne Vorschläge entgegen. Ein Vorteil dieser Variante ist, dass die Offsetspannung des Opamp nur im Verhältnis zum Betrag der Spannungsquelle eingeht und Fehlerströme nur in den (+)-Eingang des Opamp fließen. Damit kommt man mit einem LF411 schon auf eine recht große Genauigkeit.

Ich habe beobachtet, dass die Spannungsreferenz schwingt, wenn keine passenden Eingangs- bzw. Ausgangskondensatoren dran sind. Der jetzige Aufbau ist aber stabil, soweit ich sehen kann (ich müsste mehr testen). Man muss allerdings aufpassen, weil es viele verschiedene Spannungsreferenzen gibt, die jede andere Ausgangs- bzw. Eingangskondensatoren will.

Die Schaltung darf gerne verwendet werden, ich würde mich auch für ein integriertes DIV interessieren.
In der neuen Variante passt sie auf eine 5x10 cm-Platine und es ginge noch kleiner, wenn man den 20-poligen Wannenstecker nicht hätte und Platz für die Bohrungen lassen muss. Die Opamps habe ich als DIP mit Sockel vorgesehen, damit man experimetrieren kann und nicht beim ersten Test einen OPA627 verbrät.

Grüße

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von wAlter » 02.04.2014, 18:32

Hallo Jan,
danke für Deine Antwort.
Als Referenzspannungsquelle verwende ich am liebsten den AD780. Den gibt es in zwei Güteklassen, er kann Strom in beide Richtungen (sink/source) und verträgt beliebige Kondensatoren am Ausgang.
Aber wie schon gesagt ein paar Tage hänge ich noch am DCG.
Grüße
Walter

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von psclab38 » 02.04.2014, 19:48

Je länger ich drüber nachdenke, umso besser fände ich, wenn die Widerstandsmessung zusätzlich zum TRMSC angeschlossen werden könnte. Ein weiteres Schieberegister, ein Relais und eventuell ein Analogschalter müßten ja ausreichen.

Paul

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von omlex » 04.04.2014, 21:15

Hi,

Ich gebe zu, der Aufsatz war ein Hack nach meinen Bedürfnissen. Man kann aber natürlcih auch einen Aufsatz entwerfen, an den man das TRMSC anschließen kann. Ein einfaches Schieberegister reicht aber nicht, weil man dafür drei Steuerleitungen braucht (DATA,CLK und LATCH). Ursprünglich sind dafür aber nur zwei Pins vorgesehen (ATTN100 und GAIN10). Ich habe daher das PEAK-Pin umgedreht, das ist jetzt (vom AtMega her gesehen) ein Ausgang und kein ADC-Eingang mehr. Will man das TRMSC wie üblich anschließen, braucht man also ein IO-Baustein, den man zweidrahtig ansteuern kann. So wie ich es jetzt gemacht habe, war auch die Firmware schnell angepasst. Man musste einfach die Relaismatrix entsprechend ergänzen.

Grüße, Jan

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Re: Ohmmeter für DIV

Beitrag von wAlter » 05.04.2014, 09:12

Hallo Jan,
Du brauchst Dich nicht schuldig zu fühlen, nur weil Du an Deinen Bedarf denkst.
Von Deinen Beiträgen profitieren alle Anderen. Übrigens habe ich vor etwas gründlicher "umzuräumen". Das DIV verspricht viel mehr als es halten kann. Den Eingangsspannungsteiler mit diskreten Widerständen aufzubauen bringt erhebliche Nachteile gegenüber einem integrierten Teiler. Ich gebe zu, dass der dann zwischen 10 und 20 Euro kostet, aber dafür haben die Dinger (z.B. von Caddock) eine Toleranz von 0,1% und eine relative Temperaturdrift von weniger als 10ppm/°C. Außerdem können die 1000V. Man muss halt beim Platinenlayout entsprechend arbeiten. Den Effektivwertmesser hätte ich nicht direkt an die Eingangsspannung gehängt, sondern quasi parallel zum DC-Verstärker (vor den Tiefpass). Ich finde es schade, dass der Effektivwertmesser nur Wechselgrößen misst. Die meisten (alle?) Effektivwertwandler können gleichspannungsüberlagerte Wechselspannung korrekt in einen Effektivwert umsetzen. Wenn man das nicht will sollte man Gleich- und Wechselgröße parallel erfassen und im Controller geometrisch addieren.
Wie die Quadratur des Kreises hinzukriegen ist habe ich noch nicht zu Ende gedacht. Das Gerät soll ja robust sein aber trotzdem hoch auflösen.
Dass ich am bestehenden DIV rummeckere heißt nicht, dass es insgesamt schlecht ist. Eine ganze Menge Dinge sind richtig gemacht, sonst würde ich nicht versuchen darauf aufzubauen.
Grüße
Walter

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