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Ein Modul mit einem digitalen Mini-Voltmeter.


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

Voltmeter-Modul-messen.png
Bild 1: Voltmeter-Modul im Messaufbau

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. In Bild 1 ist
  • links oben der Plus-Anschluss
  • links und rechts unten der Minus-Anschluss (sind verbunden)
  • rechts oben ist der Messeingang

Das Drei-Draht-Digital-Voltmeter

Attention >

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.

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.

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 100V ausgelegt. Auch eine Verpolung führt nicht zu Schäden.

Schaltungsbedingt 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 liegen würde. Tatsächlich sind maximal 30V 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.

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

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.

Voltmeter-Anschluesse.png
Bild 4: Anschlüsse des Voltmeters

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 4,5V 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 angegebene Eingangsspannung von 100 V ist die maximal zulässige Spannung. 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. Es sollte keine beidseitige Lochrasterplatine verwendet werden, da sonst die Anschlüsse des Voltmeters kurzgeschlossen werden können.

Voltmeter-Modul-Aufbau.png
Bild 5: Das Voltmeter-Modul

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 2mm 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 5V, 7,5V und 12V. Am Eingang wird über ein Potentiometer eine Spannung angelegt. Die angezeigte Spannung wird mit einem Digital-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 sind bei Versorgungsspannungen von 5V bis 12V nur geringfügig von der Versorgungsspannung abhängig.

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

Die Anzeige einer Eingangsspannung von 5V weicht um weniger als 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, so ist die Genauigkeit besser als 1%. Die maximale Abweichung von 0,07V bei einer Eingangsspannung von 0,5V ist etwas mehr als 1% von 5V. Bei kleinen Spannungen wie 0,5V beträgt die absolute Genauigkeit jedoch nur 14%.

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

Attention attention

Fehlerhafte Anzeige

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

  • Das Voltmeter nur zur Messung von Spannungen verwenden, die sicher unter 30V liegen.
  • Dieses Voltmeter ist nicht geeignet, um die Spannung in einem LKW mit 24V anzuzeigen.
  • Zur Anzeige der 12V-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 30V hindeuten. Das ist für ein Gerät in der Ein-Euro-Klasse respektabel.

Fazit

  • Das Voltmeter-Modul kann mit 5V betrieben werden.
  • Die Versorgungsspannung kann zwischen 4,5V und 30V liegen
  • Das Modul ist gegen Verpolung der Versorgungsspannung geschützt.
  • Die Genauigkeit beträgt 1% bezogen auf einen Endwert von 5V
  • bzw. 2% bezogen auf einen Endwert von 30V
  • oder 0,1V
  • Bei keinen Spannungen unter 1V sind die relativen Abweichungen größer als 10%.
  • Das Voltmeter
  • kann gut zur Anzeige von Spannungen über 1V und
  • für Eingangsspannungen bis zu 30V verwendet werden.
  • Achtung: über 30V können falsche Werte unter 30V angezeigt werden.
  • Es gibt keine Anzeige, wenn die maximal gemessene Eingangsspannung überschritten wird.
  • Unter 1V ist das Voltmeter etwas ungenau.
  • Der Spannungsbereich kann nicht umgeschaltet werden.