mAh-Zähler für sehr kleine Energiemengen

Technik Elektronik & Elektrotechnik
#1

Hallo und Guten Abend.

Ich suche eine möglichst preisgünstige Möglichkeit,
Gleichstrom-Arbeit (z.B. aus einer Batterie) zu messen.

Kaum noch einen mAh-, eher mehr einen uAs-Zähler.

Der zu erfassende Strombereich liegt bei 5uA bis
ca. 1mA, maximal 5mA.

Mehr als 100 Ohm möchte ich nicht in den Stromweg
legen, um die Schaltung nicht zu sehr zu beeinflussen.
D.h., die zu messende Spannung liegt zwischen
0,5mV und 0,5V. Die Auflösung sollte mindestens
0,1 mAs betragen (z.B. also 10uA 10 Sekunden lang).

Der erfassbare Zeitbereich sollte von irgendwie
10 Sekunden bis zu 3 Tagen gehen.

(Es geht um die Abschätzung der Batterie-Lebensdauer
bei sehr kleiner, aber wechselnder Last. Ein Tag-
Nacht-Zyklus kommt vor und mehrere, sich über-
lagernde Zyklen von z.B. Blink-LEDs)

Ich finde doch nirgendwo ein entsprechendes
Messgerät! Eigentlich könnte es heute nicht so
schwierig sein, das in einem Multimeter zu integrieren,
aber gibt’s wohl so nicht. Es gibt etwas im
Modellbaubereich, aber da beginnt es meist
im A-Bereich. Die Motoren dort fressen halt ne Menge.

Muss ich das wirklich selbst bauen, also DC-Verstärker,
VCO, Zähler, Dekoder, Anzeige etc.?
Kann man machen, dauert aber und ist auch nicht ganz
so trivial, es präzise hinzubekommen, denke ich mir.

Weiß jemand eine Quelle, wo es solche Gerätchen gibt?

Vielen für Ihre/Eure Aufmerksamkeit! Eugen Pawlowski.

#2

Hallo,
willst du wirklich den Strom (bzw. über die Zeit integriert die Ladung) oder doch die Leistung (bzw. Energie) wissen?
Außer Selbstbau fällt mir aber auch nichts ein, wobei man da noch Angaben zur Genauigkeit (insbesondere die Zeitauflösung, wenn von etwas „Binkendem“ die Rede ist, kann man da viel falsch machen).

Cu Rene

#3

Danke erstmal!

Ja, es genügt völlig die Stromaufnahme über
die Zeit integriert. Die verwendeten Zellen
halten die Spannung extrem stabil über die
Gebrauchszeit. (Lithiumthionylchlorid-Zellen).

Die Last sind unter anderem Blink-Leds.
Somit müsste eine Zeitauflösung von ca.
10ms durchaus ausreichen. Man könnte die
Messspannung doch auch selbst schon über
einen C integrieren, oder? Dabei dürfte doch
nichts verloren gehen… Ein Strom-Messinstrument
integriert doch über die Zeigerträgheit auch schon
und zeigt den Mittelwert an, oder?
(Es geht nicht um Mikrosekundenpulse, die könnten
ja schon induktiv verschluckt werden.)

#4

Tach,

üblicherweise werden so kleine Leistungen gerechnet. Fertige Geräte, die das messen können wird man deshalb eher nicht finden.

Also eine kleine Schaltung entwickeln. Ich weiß leider nicht wie firm du im Thema Digitalelektronik bist, aber der sicherlich schnellste Weg ist eine Aufbereitung des Messsignals und anschließende Digitalisierung per µC.

Aber erst mal die Bestandsaufnahme:
Du brauchst eine maximale Dynamik von 10³. Heißt mindestens einen 10bit ADC.
Daraus ergibt sich auch gleich die Empfindlichkeit deines Meters: Der kleinste messbare Strom beträgt 5µA. Skaliert auf eine Sekunde ist deine maximale Auflösung somit 5µAs(dies ist proportional zur Integrationszeit, bei 10s entsprechend nur noch 50µAs Auflösung).
Der Fehler ist eine Sache der Kalibrierung. Offset am OP, lineare und nicht lineare Verzerrung am ADC usw. Bei einer Dynamik von 1000 ist das nicht mehr zu vernachlässigen.

Du schwebst hier genau an der Grenze der standard µC. Theoretisch kannst du dieses Messgerät mit einem mega48 aufbauen. Praktisch sollten man aber noch ein paar Prozent Reserve mit ein berechnen. Diese Luft bleibt dir kaum noch. Ob du den Fehler tolerieren kannst oder einen externen ADC mit dran klebst hängt von der Anwendung ab. Aus dem Bauch heraus würde ich sagen, besorge dir noch einen 16bit Audio ADC und du kannst die Elektronen einzeln zählen.

Thor

#5

Hallo,

Ich suche eine möglichst preisgünstige Möglichkeit,
Gleichstrom-Arbeit (z.B. aus einer Batterie) zu messen.

ein Multimeter mit Interface?
Die Messwerte kannst du hinterher mit irgend einem Programm
(z.B. Excel, MathCad) visualisieren und verrechnen.
Alternativ gleich eine AD-Wandlerkarte bzw externes Modul an USB.

Kaum noch einen mAh-, eher mehr einen uAs-Zähler.

Spannung kann man mit so einem ADC für PC auch gleich noch mit messen.

Der zu erfassende Strombereich liegt bei 5uA bis
ca. 1mA, maximal 5mA.

OK, kein Problem.
Jedes 0815-Multimeter (2000Digit = 3,5 Stellen) hat einen
Messbereich z.B. 200,0uA bzw. 200,0mV.

Mehr als 100 Ohm möchte ich nicht in den Stromweg legen,

5uA über 100 Ohm sind 0,5mV, bei 0,1mV Auflösung.
Reicht dir das?
Bessere Multimeter mit z.B. 20.000 Digit können auch 0,01mV Auflösung.

um die Schaltung nicht zu sehr zu beeinflussen.

Man kann auch eine aktive Strommesschaltung machen, die gar keinen
Spannungsabfall verursacht.
Oder eine einfache Verstärkerschaltung mit OPV (natürlich die richtigen
Typen, um Offset und Driftfehler gering zu halten).
OPV mit Offset weit unter 1uV gibt es leicht zu kaufen.

D.h., die zu messende Spannung liegt zwischen 0,5mV und 0,5V.

Ist das auch die nötige Dynamik bei jeder Messung oder kann man
Messbereiche umschalten?

Die Auflösung sollte mindestens
0,1 mAs betragen (z.B. also 10uA 10 Sekunden lang).

Der erfassbare Zeitbereich sollte von irgendwie
10 Sekunden bis zu 3 Tagen gehen.

Wenn dir ein PC/Laptop dafür zu schade ist, wäre ein kleiner
Controller z.B. C-Control dafür gut geeignet.
Z.B. Mega32 (ca. 15€), http://www.conrad.de/ce/de/product/198206/
auch für Laien gut handelbar und leicht mit einem einfachen
Basic programmierbar.

(Es geht um die Abschätzung der Batterie-Lebensdauer
bei sehr kleiner, aber wechselnder Last. Ein Tag-
Nacht-Zyklus kommt vor und mehrere, sich über-
lagernde Zyklen von z.B. Blink-LEDs)

Ok. Wenn die Messung nicht so schnell ist (z.B. 1/sek.),
dann einen entsprechenden Tiefpass (RC-Glied) vorsetzen.

Ich finde doch nirgendwo ein entsprechendes
Messgerät! Eigentlich könnte es heute nicht so
schwierig sein, das in einem Multimeter zu integrieren,
aber gibt’s wohl so nicht.

Im Prinzip schon. Kommt bloß drauf an, was du dafür bezahlen willst.
Billige Lösungen muß man mit seiner eigenen Arbeitszeit bezahlen.

Muss ich das wirklich selbst bauen, also DC-Verstärker,
VCO, Zähler, Dekoder, Anzeige etc.?

Ach, so mühselig muss das nicht sein.

Kann man machen, dauert aber und ist auch nicht ganz
so trivial, es präzise hinzubekommen, denke ich mir.
Weiß jemand eine Quelle, wo es solche Gerätchen gibt?

Möglichkeiten gibt es viele und Ideen hätte ich auch einen
ganzen Batzen. Kommt drauf an, was und wie du es haben willst.
Gruß Uwi

#6

Moin,

Kaum noch einen mAh-, eher mehr einen uAs-Zähler.

Es gibt von Elektor eine kl.Schaltung dazu.
Vielseitiges DC-Power-Meter
Magazine article - Strom, Spannung und mehr

Erschienen in Ausgabe 445, Januar 2008
Vielseitiges DC-Power-Meter

Ein Netzgerät ohne Strom- und Spannungsanzeige ist eigentlich nicht vorstellbar.
Unser kompaktes DC-Power-Messmodul stattet neu entwickelte
und alte Einfach-Netzgeräte mit einer solchen Anzeige aus.
Darüber hinaus ermöglicht es auch die totale (Entlade-)Kontrolle
bei einer Batterie- oder Akku-Stromversorgung.
Und das - dank Mikrocontroller-Technik - mit vielen Extras!
DC-Power-Meter
Bei der 5-A-Version ergibt sich eine Auflösung von 5 mA.

Der zu erfassende Strombereich liegt bei 5uA bis
ca. 1mA, maximal 5mA.

Bei den Meßgrößen wird es schwierig, etwas passendes zu finden.
Evtl. kann ja die Schaltung auch noch angepaßt werden.
…

Muss ich das wirklich selbst bauen, also DC-Verstärker,
VCO, Zähler, Dekoder, Anzeige etc.?
Kann man machen, dauert aber und ist auch nicht ganz
so trivial, es präzise hinzubekommen, denke ich mir.

Weiß jemand eine Quelle, wo es solche Gerätchen gibt?

Weitere Möglichkeit:
Akku-Verbrauchsanzeige
Magazine article - Erschienen in Ausgabe 451, Juli/August 2008

Einen Milliamperestundenzähler gab es
„in Ausgabe 319, Juli 1997“ bzw. „Elektor 1-2/97“

Vielen für Ihre/Eure Aufmerksamkeit! Eugen Pawlowski.

mfg
W.

#7

hiho,

möglicherweise bin ich voll neben der spur, aber würde dir die funktion AVG (mittelwert) nicht ausreichen, welche einige digitalmultimeter besitzen? müsstest nur noch das angezeigte ergebniss mit deiner messdauer multiplizieren, und schon hättest du den gesamtverbrauch innerhalb der messperiode.

gruss wgn

#8

Hallo und Guten Tag!

Habt alle lieben Dank für die vielfältigen Antworten
und Hinweise, mit denen ich sicherlich eine
Lösung finden werde.

Mit den besten Grüßen aus dem Emsland: Eugen Pawlowski