Spannungs- und Leistungsmessung. Ein Vergleich.

Nachdem nun verschiedene Messungen zur Überwachung von Spannung und Strom gemacht wurden, wage ich mich an einen Vergleich der Messergebnisse.

Hardware:

Messsystem 1
– Mega2560
– W5100 Ethernetshield
– interner Sensor zur Spannungsmessung

Messsystem 2
– Uno
– Ethernetshield 2
– Stromsensor ACS712 (5A)
– Spannungsteiler (7k5 und 30k)

Messsytem 3
– Due
– W5100 Ethernetshield
– Strom- und Spannungssensor MAX471 im Modul B43
– Spannungsteiler im Modul B43

Windows PC
– MQTT Server „mosquitto“
– MQTT-spy als MQTT Viewer

Labornetzteil als Spannungsquelle für Messsystem 1

Die Vorgabe am Labornetzteil: 5.0 Volt Ausgangsspannung
Am Messsystem1 stellt sich damit ein Strom von 180mA am Labornetzteil ein.

Eine Vorahnung sagt mir, das die Messergebnisse unterschiedlich sein werden, da die Stromsensoren auf unterschiedlichen Prinzipien zur Messung aufbauen:
MAX471 – Messung über einen Shunt
ACS712 – Messung mit einem Hallsensor
Die Spannungsteiler als Sensoren extern und im Modul B43 sind so angelegt, das für je 5V am Eingang ein Ausgangssignal von 1Volt anliegt.

Der Stromwert vom Hallsensor ist sichtlich kleiner als der Stromwert vom Shunt. Bei größeren Strömen wird sich das ändern. Dann wächst der Leistungsverlust am Shunt (Wärme) und der Hallsensor wird etwas genauer.

Die Spannungsteiler führen zu einer Ungenauigkeit, da die Messspannung mit 1Volt am AD Wandler erst digitalisiert wird und mit 5 multipliziert, um dann auf die tatsächliche Spannung zurückzurechnen. Das heißt, die Stufen zwischen den diskreten Werten werden ebenfalls größer, und damit auch die Ungenauigkeit. In diesem Fall ungefähr 0,25 V zuviel.

Soll mit den Messwerten etwas sinnvolles gemacht werden, so muss vorher klar sein wie genau die Messwerte sein müssen. Und damit welche Sensoren überhaupt in Frage kommen. Wobei auch die Digitalisierung mit dem AD Wandler eine Rolle spielt. Hier waren es auf allen Systemen eine Auflösung von 10 bit, das entspricht 1024 Stufen, die messbar sind. Erhöhe ich die Auflösung auf 12 bit, sind das 4096 Stufen, die dann einzeln etwas kleiner sind, und damit das Messergebnis etwas genauer machen.

Links

Spannungsueberwachung und Brown Out Erkennung

Leistungsmessung mit dem MAX471

Leistungsmessung mit dem ACS712

Mosquitto
https://mosquitto.org

MQTT Spy
https://github.com/eclipse/paho.mqtt-spy/wiki/Downloads

Messung am Shunt
https://de.wikipedia.org/wiki/Shunt_(Elektrotechnik)

Messung mit Hall Sensor
https://de.wikipedia.org/wiki/Hall-Sensor

AD Wandlung
https://de.wikipedia.org/wiki/Analog-Digital-Umsetzer

Veröffentlicht von

Jürgen

Ich bin Software Ingenieur und habe meine Schwerpunkte in allen Aktivitäten, die zur Software Entwicklung gehören. Am längsten bin ich als Software Entwickler von Embedded Software in C tätig.

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