Massebezug an Opamps bei Differenzspannungsmessung

Hi !
Frage :
Ich habe einen Stromkreis A der über einen Shuntwiderstand einen Spannungsabfall verursacht. Die Differenzspannung dieses
Shuntwiderstandes möchte ich über einen Opamp verstärken. Der Opamp wird über einen eigenen getrennten Stromkreis B betrieben. (Versorgungsspannung). Muß ich die Masse von Stromkreis A mit Stromkreis B verbinden oder nicht ??
MfG
Frank D.
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Frank wrote:

1. Denk an den Ausgang, verdammtnochmal! Auf was beziehst du denn den? "schwimmt" der?
2. Selbstverständlich mußt du, der Eingangsspannungsbereich der beiden Eingänge ist nicht beliebig und es fließt ein Eingangsstrom, wenn auch ein kleiner.
3. mach dir keinen Kopf, denk an Isolierverstärker, echte Differenz- verstärker wie sie für DMS-Zellen, Kraftmeßzellen, Wägezellen verwendet werden. Da gibt es fixfertige mit Trennung, die machen dir aus 20mV saubere, lineare 10V.
Servas
--
das smiley ist im header verborgen
http://www.meg-glaser.biz/wiz/power-cons.html
  Click to see the full signature.
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Franz Glaser (KN) schrieb:

Puuuuuuhhhhhhh, genauso eine Art Antwort hatte ich in meinen schlimmsten Alpträümen befürchtet.
Naja, trotzdem danke für den Tip dass es das fixfertig gibt.
MfG
Frank D.
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Frank schrieb:

Wie? Klassische Differenz-Schaltung mit Spannungsabnahme an beiden Enden des Shunts (Fall 1), oder nur Spannungsmessung an einem Ende des Shunts (Fall 2)?

Erst mal Fall 2: Du brauchst ein gemeinsammes Potential, also mußt du die beiden Massen verbinden.
Fall 1: Die Messung der Differenzspannung funktioniert ohne Masseverbindung, aber wie hoch ist der Potentialunterschied? Wenn der Shunt auf hohen Spannungen (z.B. Netzspannung) liegt und der Opamp frei schwebt (z.B. Batterieversorgung), musst Du die Opamp-Schaltung gegen Berührung sichern, die liegt nämlich dann auch auf dem Potential des Shunts. Wenn die Spannung am Shunt weit über dem Massepotential des Opamp liegt, dann wird er bei versehentlicher galvanischer Verbindung zwischen den beiden Massen braten. Dazu braucht's keinen Kurzschluss, ein paar wenige kOhm könnten schon reichen.
Also, rein theoretisch geht's, rein praktisch braucht's da schon genauere Infos.
CU, Christian
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Christian Treffler schrieb:

Endlich !
Ja, Klassische Differenz-Schaltung mit Spannungsabnahme an beiden Enden

Eigentlich geht es mir hier nicht um einen konkreten Anwendungsfall, sondern mehr grundsätzlich aus Sicht des Aufbaus und der Funktionsweise des Opamps selber. Der Einfachheit halber kann man ja mal annehmen, dass ich einen Potentialunterschied über den Shunt verursache, der nicht vom 230V Netz herrührt, sondern von eiem Strom über eine Batteriespeisung. Der Spannungsabfall über den Shunt sei entsprechend in Richtung der Eingänge des OPamp (Invert. - / nicht Invert. +).
Kann jeder alltagsgeläufige Opamp hierzu benutzt werden, oder muß es ein spezieller Typ ("echter Differenzverstärker","Instrumentenverstärker") sein ?
MfG
Frank D.
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Frank schrieb:

[...]
Nana, 'ne Reaktionszeit von knapp einem Tag ist doch nicht schlecht :-).

OK.
Je kleiner dieser Potentialunterschied ist, desto größer wird das Rauschproblem. Entsprechend rauscharmen OP vorsehen.

Du kannst natürlich nicht einfach den OP direkt an den Shunt anschliessen. Ich wollte jetzt hier tatsächlich die klassische Differenz-Verstärke-Schaltung nach http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210153.htm empfehlen.
Aber bei genauerem Durchdenken kommen mir da viel zu viele Fallstricke in den Sinn.
Besser ist die Variante nach http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm .
Masse käme an den negativen Anschluss am Shunt, Der OP Eingang an den positiven. Wenn Du sicher bist, dass der Strom nur in einer Richtung fliesst, kommst Du mit einer unipolaren Versorgungspannung des OP aus. Nachteil: Die OP-Eingänge liegen sehr nahe an Masse.

Aufgrund des oben beschriebenen Nachteils brauchst Du einen OP mit Rail-to-Rail-Eingang. Zumindest Masse an den Eingängen muss er können. Ein hohe Gleichtaktunterdrückung sollte dann auch sein. Willst Du auch sehr kleine bis gar keinen Strom messen können, muss der OP auch am Ausgang bis auf Masse können. Bei bipolarer Versorgung des OP wird's einfacher.
Aufgrund der Verbindung zwischen OP-Masse und Shunt muss natürlich gewährleistet werden, dass keine weiteren versehentlichen Verbindungen zur anderen Batterie hergestellt werden.
CU, Christian
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Hallo Christian,

hier gings um Strommessung, nicht um Hififetisch. um mit dem Rauschen Probleme zu bekommen musst Du schon was schlechteres als LM324 nehmen oder Dir noch was dolleres einfallen lassen.
Auf die Offsetspannung sollte Frank ggfs achten, 10 mV sind schnell beisammen und wenn man wenige 100 mV mesesen will, dass können die schnell störend wirken.

letzteres reicht völlig. Das können einige, nicht zuletzt Markus' Liebling, der LM324.

Wozu das denn? Dein Gleichtaktsignal ist eine konstante Spannung. Das wird sich nicht stärker auswirken, als die Offsetspannung auch.

Spätestens jetzt heisst es analog zum Monopoly: Gehen Sie auf die elko-Seiten, gehen Sie direkt dorthin, gehen sie nicht über... und arbeiten Sie die Kapitel zum Operationsverstärker noch ienmal durch. Welche Spannung stellt sich bei einem (idealen) Operationsverstärker am Ausgang ein, wenn die Eingangsdifferenzspannung 0 ist?

Je nach dem, was er machen will, nicht unbedingt.

Seit wann hat ein OP ein Masseanschluß?

Bitte verursache keine Verbindungen, die nicht hingehören :-)
Narri,
Marte
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Marte Schwarz schrieb:

Weiß ich, wie klein die Spannungan am Shunt sind und wie hoch die eingestellte Vertärkung? Ich persönlich ziehe in so einem Fall was Rauscharmes vor.

Yep, die hatte ich vergessen.

Ja. Aber ich traue Opamps, die wirklich Rail2Rail sind, mehr zu. Vor allem, was Linearität an der Rail angeht.

Das hätte ich vielleicht rausnehmen sollen, als ich meinen Artikel editiert und die Differenzverstärker-Schaltung rausgenommen hatte. Allerdings gilt auch hier: Wir arbeiten an der negativen Versorgungs-Spannung des OP, und da lege ich Wert auf möglichst wenig andere störende Einflüsse.

Das habe ich nun wirklich nicht nötig.
[1]

Tja, schaue Dir mal die Schaltung auf http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm an. Gehe von unipolarer Versorgung aus, die negative Versorgungsspannung des OP liegt also auf Masse. Wie weit ist der Ausgangs-Pegel von Masse weg, wenn die Eingangsspannung Ue = Null ist?

Die Schaltung, die den OP beinhaltet, hat einen. Da Frank die beiden Massen von "Stromkreis A" und "Stromkreis B" trennen wollte, musste ich mir einen Begriff für "Die Masse von Stromkreis B" ausdenken. Dass ich mit meiner Faulheit dann auf die Schnauze falle und mir dieser ungenaue Ausdruck "OP-Masse" in den Hals zurückgeschoben wird, hätte mir klar sein sollen :-). Du hast recht, ein OP hat keine Masse. Mit dieser Info zurück zu [1] und die entsprechenden Schlüsse ziehen.

Das musst Du Frank sagen, der will mit zwei unterschiedlichen Potentialen arbeiten.
CU, Christian
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Hallo Christian,

Bleib realistisch. Welche Bandbreite wilsst Du denn rauschen lassen und welche Auflösung noch erreichen, bevor Dich der Offset bereits stört.

Was Du denen zutraust... Was soll die Zweite Eingangsstufe für das Gegenüberliegende Rail denn helfen? Das stört höchstens.

und was hat das mit der Gleichtaktunterdrückung zu tun?

Das sehe ich anderst. Möglicherweise ist aber ein Grundlagenbuch geeigneter.

Der Ausgangspegel liegt bei Ud=0 immer auf halber Versorgungsspannung. Der OP kennt das nie anderst [1], egal, was Du als Masse definierst. Nimmst Du danach einen AD-Wandler, der ebenfalls 0-Vcc unipoölar arbeitet, dann kannst Du mit dem richtigen OP sogar in beide Richtungen den Strom messen.

die da wären?

Du hattest den Smiley übersehen. Ich wollte dir damit deutlich machen, für wie hilfreich ich den Tip halte.
Marte
[1] vom Einfluß der Offsetspannung hier abgesehen. Also idealer Op betrachtet.
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Marte Schwarz schrieb:

Wieso haben wir Ud=0? Näherungsweise können wir natürlich sagen, dass ein gegengekoppelter OP sich immer so einstellt, dass Ud=0 ist [1]. In Wahrheit gilt natürlich Ua = A * Ud. Bei hinreichend grossem A kann man von der Näherung nach [1] ausgehen, jedoch gilt hier nicht "Ud=0 => Ua=Versorgung/2".
Die Formeln auf http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210151.htm willst Du ja wohl nicht in Frage stellen. Es gilt Vu=Ua/Ue, und zwar völlig unabhängig von den Versorgungsspannungen des OP. R1 ist mit Masse verbunden, also werden Ua und Ue gegen Masse gemessen und Vu=Ua/Ue.
Jetzt erinnern wir uns daran, dass wir hier die ganze Zeit über unipolare Spannungsversorgung reden. D.h. die negative Versorgungsspannung des OP ist Masse. Bei Ue = 0 ist Ua = 0, gegen Masse='negative Versorgungsspannung' gemessen. Der Ausgang muss also wenigstens bis zur negativen Rail können.
CU, Christian
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Hallo Christian,

Oh Mann, ist mir das peinlich... Kopf einziehen, Duck schäm und wech... Ich sollte schlafen um diese Zeit... Vergess bitte, was ich in diesem Thread verzapft hatte und verzeih, wenn ich böse gewesen sein sollte.
Marte
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Marte Schwarz schrieb am 11.02.2007 18:18:

0 * x = 0
Aber "wenn ein OPV aktiv (gegengekoppelt) arbeitet ist seine Differenzeingangsspannung gleich Null".
Thomas
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload
Hallo Thomas,

Nein, Wo null liegt bestimmst Du selber, das ist dem OP egal. Der legt 0 an die Hälfte der Versorgungsspannunug Vcc-Vee. Definierst Du dein Bezugapotential nicht symmetrisch zur Mitte, dann musst Du das eben hinzuaddieren. Der OP kann ja nicht riechen, was Du als Bezugapotential annimmst.

So weit zum "idealen" OP, der dann gar nie mehr arbeiten kann:-) Aber hast ja recht, sie ist dann fast 0, in der Praxis aber eher selten :-) Manchmal wäre ich aber schon froh, wenn die Jung-Ings wenigstens so viel zum OP mitbringen würden...
Marte
Add pictures here
<% if( /^image/.test(type) ){ %>
<% } %>
<%-name%>
Add image file
Upload

Polytechforum.com is a website by engineers for engineers. It is not affiliated with any of manufacturers or vendors discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.