Kleines Ohm- und Voltmeter

[ghe]

Lineare Ohmmeter haben meistens den Nullpunkt auf der rechten Skalenseite. Ich wollte eine Version mit dem Nullpunkt auf der linken Skalenseite so wie auch für Volt- und Ampereskalen. Für diese Version braucht es eine stabile Messspannung Um = ca. 1,25V, erzeugt mit dem Spannungsregler LM317. Der Vorwiderstand Rv bestimmt den Messbereich und in Serie mit dem zu messenden Rx ergibt sich die Eingangsspannung Ue für den Operationsverstärker dessen Ausgang das Instrument ansteuert. Die Verstärkung wird mit P1 eingestellt. Zur Bereichswahl steht mir ein Stufenschalter 2 x 6 Stellungen zur Verfügung.

  schaltung1.gif (Größe: 8,92 KB / Downloads: 478)
Allerdings bleibt eine Ebene des Stufenschalters ungenützt. Das kann ich nicht zulassen. Daher wurde die Schaltung um ein Voltmeter mit einem Eingangswiderstand von 10MOhm erweitert:

  schaltung2.gif (Größe: 13,42 KB / Downloads: 478)
Dies ist nun die endgültige Ausführung. Weitere Details in den folgenden .pdf

  volt-öhmmeter.0224.pdf (Größe: 560,78 KB / Downloads: 31)
  skaleneichung.pdf (Größe: 188,02 KB / Downloads: 24)

Gruss Gerhard

[Holly-Z]

Hallo Gerhard,
mir ist aufgefallen, daß beim Schalter für Ub die LED ständig leuchten würden. Ist das so gewollt?
LG aus Schwerin, Holger

[Andrew Taylor]

Glückwunsch Gerhard,

Und wenn du schon einen Operationsverstärker einsetzt
hättest Du du Schaltung ohne Mehraufwand auch gleich mit linearer Ohm Meter Skala auslegen können UND Nullpunkt links.
So ist es leider die unlineare.

Oben am Schalter ist eine Verbindung zu viel . So lässt sich das Gerät nie ausschalten. Deshalb leuchtet die LED dauerhaft

Die Messbereichs Abstufungen sind auch nicht ganz korrekt berechnet, schau bitte nochmals drüber.

[Andy]

Hallo Gerhard,
mir ist aufgefallen, daß beim Schalter für Ub die LED ständig leuchten würden. Ist das so gewollt?
LG aus Schwerin, Holger

Hallo Holger,

laut Bestückungsliste ist das ein Schalter mit Mittenstellung, also nur falsch gezeichnet

[Andrew Taylor]

laut Bestückungsliste ist das ein Schalter mit Mittenstellung, also nur falsch gezeichnet

Alright, dann passt es beim Schalter.

Bleibt noch der erwähnte Rest

[ghe]

danke für eure Beiträge.
Hallo Andreas, du schreibst:
Und wenn du schon einen Operationsverstärker einsetzt
hättest Du die Schaltung ohne Mehraufwand auch gleich mit linearer Ohm Meter Skala auslegen können UND Nullpunkt links.
So ist es leider die unlineare.
Die Messbereichs Abstufungen sind auch nicht ganz korrekt berechnet, schau bitte nochmals drüber.

An die lineare Ohmskala habe ich auch gedacht. Der nötige Konstantstrom ist mit dem LM317 machbar. Allerdings entsteht bei nicht angeschlossenem Rx ein Überlauf, das heisst der Messgerätezeiger geht auf Anschlag. Um dies zu verhindern ist ein weiterer Operationsverstärker erforderlich.

Das mit den unkorrekten Messbereichs Abstufungen verstehe ich nicht. Könntest du mich aufklären? Diese Werte der Abstufungen habe ich nicht berechnet sondern gewählt.

Grüsse aus Niederösterreich
Gerhard

[Andrew Taylor]

Nein, es kein weiterer lm317 nötig.

Man legt den zu messenden Widerstand einfach in Rückkopplung Zweig des einzigen Operationsverstärkers.

[Andrew Taylor]

Das mit den unkorrekten Messbereichs Abstufungen verstehe ich nicht. Könntest du mich aufklären? Diese Werte der Abstufungen habe ich nicht berechnet sondern gewählt.

Letztlich hast Du Stets einen Spannungsteiler  (mit wechselnder Stufung), und Du gleichst über die Verstärkung am OP1 dein 100uA Anzeigeinstrument auf Vollausschlag ab.
Das machst Du aber nur genau einmal, z.B. bei 1V Spannung am Eingang. Das hat Einfluss für die übrigen Bereiche.

Damit besser verständlich wird, warum das mit der so gewählten Stufung zu teils gravierenden Messfehlern führt, habe ich einfach mal die Spannungsteilerformel eingesetzt und Du siehst aus der Tabelle:

Ich habe die Spannung am Eingang (auf "fullscale" als Parameter) umgerechnet auf die Spannung am Eingang von OP1

   

Beim Übergang 1V --> 5V hast Du bereits 8% Fehler (orange Feld relativ zu  rotem Feld). Das bleibt natürlich auch für ALLE höheren Bereiche so (bei 500V sind es dann ca. 10%)

Gleichst du Dein Gerät dagegen bei z.B. 10V Eingangsspannung ab, hast du zwar kaum bemerkbare Fehler in den höheren Bereichen (grüne Felder) -- aber spätestens beim Umschalten runter auf 1V sind es dann auch ca. 9% Fehler.

Beide Abgleichvarianten: Das siehst Du auch bei einfachen Messwerken deutlichst.

Kurz zusammengefasst: Du solltest überlegen, Deinen Spannungsteiler doch rechnerisch auszulegen.

Ich hoffe ich konnte Deine Frage damit beantworten.

[ghe]

Servus Andreas,

ja, du hast recht. Ich habe zu einfach gedacht. Jetzt habe ich mühsam nachgerechnet und bin zu einem Ergebnis gekommen das hoffentlich nahe an der Wirklichkeit ist. Die Widerstandswerte habe ich gerundet. Bei den höheren Spannungsbereichen ist der Fehler eher bedeutungslos, daher keine Änderung.
Das geänderte Schaltbild:

  plan.neu.gif (Größe: 10,09 KB / Downloads: 122)
Danke für deine Bemühung. Ich hoffe doch, dass ich jetzt nicht ganz falsch gerechnet habe.

Gruss Gerhard

[TKOFreak61]

Hallo Andreas,

mit Deiner Berechnung hast Du Recht. Aber legst Du da nicht viel zu hohe Anforderungen an dieses kleine Gerät? Es ist doch nur eine, aus meiner Sicht, sinnvolle Bastelei, die ja ursprünglich zur Ohm-Messung entwickelt wurde. Der Spannungsmesspfad stellt nur eine interessante Ergänzung dar. Und mit dem Spannungs-Meßgerät sollen doch keine hochpräzisen Messungen durchgeführt werden. Wenn solche notwendig sind, sollte man präzise und geeichte Profigeräte verwenden.

Die Genauigkeit der Spannungsmessungen wird doch bereits mit der Wahl des Messinstruments und den Messwiderständen beeinflusst. Die relativ kleine Skala des Instruments (ohne Spiegelskala) läßt eine präzise Ablesung nur bedingt zu. Und auch die eingesetzten Messwiderstände dürften bei den meisten "Nachbauern" nur 1% Toleranz besitzen. So fallen die Spannungs-Toleranzen am Eingang des OPV kam ins Gewicht.

Aus Deiner Sicht ist es legitim und im Interesse der Wissenvermittlung an alle Mitleser notwendig und richtig, auf die richtige Dimensionierung/ Berechnung der Messwiderstände hinzuweisen. Im konkreten Fall war dies für die Bestückung aber nicht notwendig (siehe vorherigen Absatz).

Also, mir gefällt diese kleine Bastelei und ich werde sie in absehbarer Zeit realisieren.

Beste Grüße
Jürgen

PS: Danke Gerhard, für die genaue Berechnung der Messwiderstände. Allerdings wird es schwierig, die Zusatzwiderstände mit auf der Leiterplatte zu platzieren.

[ghe]

Hallo Jürgen,

du triffst es auf den Punkt. Dieses Gerät kann und will mit Profi-Geräten nicht konkurrieren. Analoge Voltmeter mit hohem Innenwiderstand (10MOhm) sind eher selten anzutreffen. Gerade für Tendenzmessungen sind sie sehr hilfreich. Trotzdem muss ich Andreas verteidigen. Immerhin sind bei meiner Bestückung Fehler bis fast 10% aufgetreten und das ist auch für ein Bastlergerät zu viel. Daher nochmals mein Dank an Andreas, dass er mich aufgeklärt hat.
Wie ich schon erwähnt habe, durch meine Matheschwäche dauert es bis ich zu Formeln und Ergebnisse komme:
   

Gruss Gerhard