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Voltmeter-Modul

Dieses Modul beruht auf einem kleinen Fertiggerät. Es handelt sich um ein Drei-Draht-Digital-Voltmeter (3-wire-digital-voltmeter), das für wenige Euro im Internet zu bekommen ist. Wichtig ist, dass es drei Anschlüsse haben muss. Geräte mit nur zwei Anschlüssen messen die eigene Versorgungsspannung.

Voltmeter-Modul-messen.png
Bild 1: Voltmeter-Modul in Messanordnung

Das Voltmeter ist für den Einsatz als Anzeige in Geräten gedacht. Wie Bild 1 zeigt, können wir es gut als kleines Voltmeter-Modul einsetzen.

Das Drei-Draht-Digital-Voltmeter

Für das Modul wurde das DSN-DVM-368 verwendet. Zunächst sehen wir uns die Interna des Drei-Draht-Digital-Voltmeters an.

Voltmeter-Modul.png
Bild 2: Schaltung des Voltmeter-Moduls

Es hat, wie der Name sagt, drei Anschlüsse: Gnd, U+ und den Messeingang E.

Die Spannung wird gegen Masse Gnd gemessen.

Die Schottky-Diode verhindert eine Zerstörung bei Verpolung der Versorgungsspannung. Ein Spannungsregler begrenzt die Versorgungsspannung des Wandler-Chips.

Der Eingang E ist robust und für Spannungen bis 100V ausgelegt. Auch eine Verpolung wird zu keinen Schäden führen.

Aufgrund der Schaltung können keine Spannungen über 90V angezeigt werden, weil dann die Spannung an R6 über 5.6V liegen würde und damit der Eingang des Mikrocontrollers über der Versorgungsspannung liegt. Tatsächlich sind maximal 30V möglich.

Das Voltmeter wird mit Lötbrücken über die Widerstände R3 bis R5 geeicht. Mit der Lötbrücke J1 kann die Versorgungsspannung gemessen werden. Die Lötbrücken sind von außen zugänglich.

Voltmeter-intern.png
Bild 3: Interner Aufbau des Voltmeters

Der Spannungsregler und der Mikrocontroller sind gut erkennbar. Der Widerstand R1 ist hervorgehoben. Der interne Anschluss M, d.h. der Messeingang des Mikrocontrollers, ist über ein Via zugänglich.

Voltmeter-Anschluesse.png
Bild 4: Anschlüsse des Voltmeters

Die Anschlüsse des Voltmeters sind von links

   E   U+   Masse

Die drei Lötbrücken zum Eichen des Voltmeters liegen oben. Das Voltmeter ist bei Lieferung geeicht.

Der Jumper J1 zur Verbindung des Messeingangs mit der Versorgungsspannung liegt über den drei Anschlüssen.

Das Via mit dem Anschluss M liegt neben den Jumpern und verbindet den Messeingang mit den daneben liegenden Lötpunkten der Jumper. Der Messeingang des Mikrocontrollers ist also von außen zugänglich.

Daten des Voltmeters

Versorgungsspannung 4,5V bis 30V
Verpolungsschutz
Versorgungsstrom < 25mA
Eingangsspannung 0V bis 30V
Eingangswiderstand > 100kΩ
Auflösung bis 10V 0,01V
Auflösung über 10V 0,1V
Genauigkeit bis 10V 0,1V
Genauigkeit über 10V 0,1V
Farben der Anzeige rot, gelb, grün, blau, weiß

Die vom Hersteller angegeben 100V Eingangsspannung ist die maximal zulässige. Mehr als 30V können nicht gemessen werden.

Aufbau des Moduls

Das Drei-Draht-Digital-Voltmeter wird auf eine Lochrasterplatine mit unseren Stiften für das Steckboard gesetzt.

Voltmeter-Modul-Aufbau.png
Bild 2: Das Voltmeter-Modul

Bild 2 zeigt links fertige Modul von oben. Die vorderen beiden Anschlüsse sind Masse. Hinten links liegt U+. Der Messeingang ist hinten rechts.

Wie Bild 2 zeigt, wird des Voltmeter einfach mit Kunststoffschrauben auf eine Lochrasterplatine befestigt. Die Anschlussleitungen werden entfernt. An der Stelle, wo die drei Anschlussleitungen angelötet waren, werden drei 2mm Löcher in die Lochrasterplatine gebohrt. Die Verbindungen zu den Anschlussstiften des Moduls werden mit Draht erstellt. Die Masseleitung über den Bohrlöchern wird natürlich isoliert.

Test des Voltmeters

Wir betreiben das Voltmeter mit 5V, 7,5V und 12V. Auf den Eingang wird eine Spannung über ein Potentiometer gegeben. Die angezeigte Spannung wird mit einem digitalen Multimeter verglichen.

Extern bei 5V bei 7,5V bei 12V
0.00V 0.00 0.00 0.00
0.10V 0.09 0.03 0.03
0.50V 0.48 0.44 0.43
1.00V 0.99 0.95 0.93
2.00V 2.02 1.98 1.96
5.00V 5.04 5.00 5.00
10.00V 10.1 10.1 10.1
15.00V 15.2 15.2 15.2
20.00V 20.2 20.2 20.2
25.00V 25.3 25.3 25.3
30.00V 30.5 30.4 30.4
30.50V 14.6 20.5 20.6

Tabelle 1: Angezeigte Spannung

Die vom Voltmeter angezeigten Spannungen hängen im Bereich 5V bis 12V nur geringfügig von der Versorgungsspannung ab.

Uns interessieren in erster Linie Eingangsspannungen von 0V bis 5V.

Die Anzeige von 5V Eingangsspannung weicht unter 1% (0,04V) vom tatsächlichen Wert ab. Die Genauigkeit eines Voltmeters wird immer in % vom Endwert der Anzeige angegeben. Nehmen wir 5V als Endwert an, dann ist die Genauigkeit besser als 1%. Die maximale Abweichung von 0,06V bei einer Eingangsspannung von 0,5V liegt etwas über 1% von 5V. Die absolute Genauigkeit ist bei kleinen Spannungen wie 0,5V allerdings nur 12%.

Das Voltmeter ist für Eingangsspannungen bis 30V ausgelegt. Bei 30V ist aber auch definitiv Ende. Fatal ist, dass bereits wenige 0,1V über 30V Fantasiewerte unter 30V angezeigt werden können. Manche Voltmeter machen bei 33V Schluss. Sie zeigen bei Überspannung 33.0 an.

Attention attention

Fehlerhafte Anzeige

Liegt die Eingangsspannung nur geringfügig über 30V, können falsche Werte, die unterhalb 30V liegen, angezeigt werden.

  • Das Voltmeter nur zur Messung von Spannungen verwenden, die sicher unter 30V liegen.
  • Dieses Voltmeter ist für die Anzeige der Spannung in einem LKW mit 24V ungeeignet.
  • Zur Anzeige der 12V-Versorgung eines PKWs ist es prinzipiell geeignet.

In dem untersuchten Bereich liefert es Werte, die auf eine Genauigkeit von 2% hinweisen, bezogen auf den Endwert von 30V. Das ist respektabel für ein Gerät in der Ein-Euro-Klasse.

Fazit

  • Das Voltmeter-Modul kann bei 5V betrieben werden.
  • Die Versorgungsspannung kann zwischen 4,5V und 30V liegen
  • Das Modul ist gegen Verpolung der Versorgungsspannung geschützt.
  • Die Genauigkeit liegt bei 1% bezogen auf 5V oder 30V Endwert.
  • oder 0,1V
  • Bei keinen Spannungen unter 1V sind die relativen Abweichungen über 10%.
  • Das Voltmeter
  • kann gut zur Anzeige von Spannungen über 1V verwendet werden und
  • für Eingangsspannungen bis zu 30V verwendet werden.
  • Achtung: über 30V können falsche Werte unter 30V angezeigt werden.
  • Es gibt keine Anzeige beim Überschreiten der maximal gemessenen Eingangsspannung.
  • Unter 1V ist es etwas ungenau.
  • Eine Umschaltung des Spannungsbereichs ist nicht möglich.