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 hat. Geräte mit nur zwei Anschlüssen messen die eigene Versorgungsspannung.

Das Voltmeter ist für den Einsatz als Anzeige in Geräten vorgesehen. Wie Bild 1 zeigt, kann es als kleines Voltmeter-Modul verwendet werden.

• Das Voltmeter-Modul hat vier Anschlussstifte. Siehe Bild 1:

• Der Plus-Anschluss liegt links oben.

• Der Minus-Anschluss liegt links und rechts unten (sind verbunden).

• Der Messeingang liegt rechts oben.

Das Drei-Draht-Digital-Voltmeter

Drei-Draht-Voltmeter

• Es muss ein Drei-Draht-Voltmeter sein.

• Hier wird das DSN-DVM-368 verwendet.

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

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

Die Spannung wird gegen Masse Gnd gemessen.

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

Der Eingang E ist robust und für Spannungen bis 100 V ausgelegt. Auch eine Verpolung führt nicht zu Schäden.

Schaltungsbedingt können keine Spannungen über 90 V angezeigt werden, weil dann die Spannung an R6 über 5,6 V liegen würde und damit der Eingang des Mikrocontrollers über der Versorgungsspannung liegen würde. Tatsächlich sind maximal 30 V möglich.

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

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

Die Anschlüsse des Voltmeters sind von links nach rechts

   E   U+   Masse

Die drei Lötbrücken zum Kalibrieren des Voltmeters befinden sich oben. Bei Auslieferung ist das Voltmeter kalibriert.

Über den drei Anschlüssen befindet sich der Jumper J1, mit dem der Messeingang mit der Versorgungsspannung verbunden werden kann.

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 so von außen zugänglich.

Daten des Voltmeters

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

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

Aufbau des Moduls

Das Drei-Draht-Digital-Voltmeter wird auf eine Lochrasterplatine mit unseren Stiften für das Steckboard gesetzt. Es sollte keine beidseitige Lochrasterplatine verwendet werden, da sonst die Anschlüsse des Voltmeters kurzgeschlossen werden können.

Bild 5 zeigt links das fertige Modul von oben. Die beiden vorderen Anschlüsse sind Masse (-). Hinten links ist U+. Der Messeingang (E) befindet sich hinten rechts.

Wie Bild 5 zeigt, wird das Voltmeter einfach mit Kunststoffschrauben auf einer Lochrasterplatine befestigt. Die Anschlussleitungen werden entfernt. An den Stellen, an denen die drei Anschlussleitungen angelötet waren, werden drei 2 mm Löcher in die Lochrasterplatine gebohrt. Die Verbindungen zu den Anschlussstiften des Moduls werden mit Draht hergestellt. Die Masseleitung über den Bohrungen wird natürlich isoliert.

Test des Voltmeters

Wir testen das Voltmeter mit Versorgungsspannungen von 5 V, 7,5 V und 12 V. Am Eingang wird über ein Potentiometer eine Spannung angelegt. Die angezeigte Spannung wird mit einem Digital-Multimeter verglichen.

Tabelle 1: Angezeigte Spannung

Die vom Voltmeter angezeigten Spannungen sind bei Versorgungsspannungen von 5 V bis 12 V nur geringfügig von der Versorgungsspannung abhängig.

Wir interessieren uns in erster Linie für Eingangsspannungen von 0 V bis 5 V.

Die Anzeige einer Eingangsspannung von 5 V weicht um weniger als 1 % (0,04 V) vom tatsächlichen Wert ab. Die Genauigkeit eines Voltmeters wird immer in % vom Endwert der Anzeige angegeben. Nehmen wir 5 V als Endwert an, so ist die Genauigkeit besser als 1 %. Die maximale Abweichung von 0,07 V bei einer Eingangsspannung von 0,5 V ist etwas mehr als 1 % von 5 V. Bei kleinen Spannungen wie 0,5 V beträgt die absolute Genauigkeit jedoch nur 14 %.

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

Fehlerhafte Anzeige

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

• Das Voltmeter nur zur Messung von Spannungen verwenden, die sicher unter 30 V liegen.

• Dieses Voltmeter ist nicht geeignet, um die Spannung in einem LKW mit 24 V anzuzeigen.

• Zur Anzeige der 12 V-Versorgung eines PKW ist es grundsätzlich geeignet.

Im untersuchten Bereich liefert das Voltmeter Werte, die auf eine Genauigkeit von 2 % bezogen auf den Endwert von 30 V hindeuten. Das ist für ein Gerät in der Ein-Euro-Klasse respektabel.

Fazit

• Das Voltmeter-Modul kann mit 5 V betrieben werden.

• Die Versorgungsspannung kann zwischen 4,5 V und 30 V liegen.

• Das Modul ist gegen Verpolung der Versorgungsspannung geschützt.

• Die Genauigkeit beträgt 1 % bezogen auf einen Endwert von 5 V,

• bzw. 2 % bezogen auf einen Endwert von 30 V

• oder 0,1 V.

• Bei kleinen Spannungen unter 1 V sind die relativen Abweichungen größer als 10 %.

• Das Voltmeter:

• kann gut zur Anzeige von Spannungen über 1 V und

• für Eingangsspannungen bis zu 30 V verwendet werden.

• Achtung: Über 30 V können falsche Werte unter 30 V angezeigt werden.

• Es gibt keine Anzeige, wenn die maximal messbare Eingangsspannung überschritten wird.

• Unter 1 V ist das Voltmeter etwas ungenau.

• Der Spannungsbereich kann nicht umgeschaltet werden.