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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Streuung bei Strommessung mit LEM Sensor


Autor: Jens V. (vogster)
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Hallo Forum,

ich benötige eine Strommessung (14V Gleichspannung, 0-30A).
Da die Messung unter ziemlich widrigen Umweltbedingungen (-30°C bis 
90°C, bis zu 95% Luftfeuchte) stattfinden muss, wurde mit der LEM HASS 
50-S als Sensor empfohlen.

Der Sensor ist folgendermaßen angeschlossen:
( http://www.lem.com/docs/products/hass_e.pdf )

Pin 4: Spannungsversorgung 5V über ein HAMEG HM 7042-5 Labornetzteil
Pin 3: Masse auf das Netzteil, Verbindung über 10kOhm Widerstand zu Pin 
2
Pin 2: Signal + zur Messkarte
Pin 1: Signal - zur Messkarte.

Als Messkarte verwende ich die PCI 6152 mit 16Bit A/D-Wandler von NI.
Die Skalierung ist 0,0125V/A, die eingelesenen Messdaten stimmen auch 
mit den erwarteten Werten überein.

Leider ist das Signal extrem unsauber. Mit oder ohne Stromfluss durch 
den Leiter habe ich eine Streuung von +/- 2.5A. Für die Signalleitung 
verwende ich ca. 7 Meter Koaxialkabel RG62.

Da ich leider mein Elektronikexperte bin, habe ich folgende Fragen:
- ist der Sensor für meine Messung der richtige oder gibt es bessere 
Alternativen (bis 30€ pro Stück, wichtig sind die Umweltbedingungen)
- Stimmt etwas am Messaufbau nicht?
- Welche Umstände können das Messsignal derart beeinflussen?

Vielen Dank für die Hilfe!
Vogster

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Jens V. (vogster)

>( http://www.lem.com/docs/products/hass_e.pdf )

>Pin 4: Spannungsversorgung 5V über ein HAMEG HM 7042-5 Labornetzteil
>Pin 3: Masse auf das Netzteil, Verbindung über 10kOhm Widerstand zu Pin
>2

Wozu der Widerstand? Brauchst du nicht.

>Pin 2: Signal + zur Messkarte
>Pin 1: Signal - zur Messkarte.

>Leider ist das Signal extrem unsauber. Mit oder ohne Stromfluss durch
>den Leiter habe ich eine Streuung von +/- 2.5A.

viel zu viel. Das sollte bestenfalls um ein paar mA zappeln.

>- ist der Sensor für meine Messung der richtige oder gibt es bessere
>Alternativen (bis 30€ pro Stück, wichtig sind die Umweltbedingungen)

Er ist OK. Es gibt auch andere von LEM, aber das passt schon.

>- Stimmt etwas am Messaufbau nicht?

Misst deine Karte Differentiell? Weil du von Messeingang + und - 
schreibst?

>- Welche Umstände können das Messsignal derart beeinflussen?

Ich tippe auf fehlende/gestörte masseverbindung zwischen Netzteil und 
Messkarte.

MfG
Falk

Autor: Lemming (Gast)
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>Pin 4: Spannungsversorgung 5V über ein HAMEG HM 7042-5 Labornetzteil
>Pin 3: Masse auf das Netzteil, Verbindung über 10k Widerstand zu Pin 2
>Pin 2: Signal + zur Messkarte

soweit richtig, aber:
>Pin 1: Signal - zur Messkarte.

ist falsch. An Pin 1 liegt die Referenzspannung des Sensors an.

Dein Bezugspunkt ist Pin 3, oder anders:
Du musst den Spannungsabfall an RL erfassen.

MfG

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Prüf die Masseverbindung zwischen LEM und Karte,

Rl 10 Kohm drin lassen, jedoch - Eingang Meßkarte an Pin3

Autor: Jens V. (vogster)
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Hallo zusammen,

vielen Dank für die Tipps.

Ich werde das Thema mit der fehlenden/gestörten Masseverbindung 
aufgreifen und den Sensor folgendermaßen anschließen:

Pin1: nicht Verbunden
Pin2: Eingang Messkarte
Pin3: Masse Netzteil, Masse Messkarte, 10kOhm zu Pin2
Pin4: 5V Netzteil.

Gemessen wird nicht differentiell sondern gegen Masse.
Ergebnis kommt im Laufe der nächsten Woche.

Interessieren würde mich jedoch noch, für welche Anwendung Vref an Pin1 
verwendet wird. Ich habe das so verstanden, dass ich damit einen 
möglichen Offset kompensiere, wenn ich zwischen VRef und Vout messe.

Grüße, Vogster

Autor: Lemming (Gast)
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Zitat Hersteller zu dem Vref-Pin:

---
HASS brings an additional pin, at the output for more flexibility in 
applications. This pin provides access to the internal voltage reference 
of the ASIC which can then be fed to the reference of an A/D converter 
(Analog Digital) This extra pin can also receive the internal reference 
(from 2 to 2.8 V) of the DSP (Digital Signal Processor) or A/D 
converters commonly used in power electronics, allowing cancellation of 
the reference temperature drift.
---

MfG

Autor: Jens V. (vogster)
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Hallo Forum,

die Vermutung hinsichtlich des Masseproblems scheint richtig gewesen zu 
sein. Ich habe testweise Verbindungen zwischen der Masse des Netzteils 
und verschiedenen Massepunkten (auch Gehäuse) an der Messeinrichtung 
erstellt.
Die Qualität des Ergebnisses hat sich dabei verbesser. Aus +/- 2.5A 
wurden +/- 1.5A. Das ist aber - bezogen auf die Antwort von Falk - immer 
noch nicht optimal.

Gibt es da noch etwas, was ich probieren könnte?
Gibt es eine Möglichkeit, die Qualität der Masseverbindung zu messen?

Danke für die Hilfe!
Vogster

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Jens V. (vogster)

>Die Qualität des Ergebnisses hat sich dabei verbesser. Aus +/- 2.5A
>wurden +/- 1.5A.

Das ist immer noch grottenschlecht!

>Gibt es da noch etwas, was ich probieren könnte?
>Gibt es eine Möglichkeit, die Qualität der Masseverbindung zu messen?

Versuch mal deinen Stromsensor mit einer Batterie zu versorgen. Dann 
gibt es nur eine Masseverbindung vom Sensor zur Messkarte.

MfG
Falk

Autor: Jens V. (vogster)
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Also,

ich komme dem Problem so langsam auf die Schliche.

Zunächst einmal habe ich den Messschrank zerpflückt, dabei habe ich eine 
USV für den Messrechner entdeckt. Diese habe ich entfernt, das hat das 
Messsignal allgemein schon um ca. Faktor 3 verbessert.

Zum Aufbau / Inhalt des Messschranks:
Im Messschrank befinden sich drei Netzteile, 24V, 12V und 5V. Dazu ein 
Messrechner mit der analogen Eingangskarte.

Über die Netzteile sollen verschiedene Sensoren versorgt werden, deren 
Ausgänge ich dann über die analoge Eingangskarte erfassen möchte.

Wäre es sinnvoll, die Massen der Ausgänge aller 3 Netzteile miteinander 
zu verbinden? Muss der Messrechner dort auch noch in irgendeiner Form 
berücksichtigt werden?

Ich habe den Tipp mit der Batterie ausprobiert, dabei konnte ich die 
besten Ergebnisse erzielen. Der Strom streute am Ende um +/- 0,5A, das 
wären 1% des Maximalstroms. So in der Art habe ich auch das (für mich 
schwer verständliche) Datenblatt von LEM verstanden. Oder hat jemand 
bessere Erfahrungen mit dem Sensor gemacht?

Nun möchte ich aber nicht ständig mit einer Batterie arbeiten und die 
Sensoren über das 5V Netzteil im Messschrank versorgen.

Hängt bei den LEM - Sensoren die Streuung des Ausgangs von der Streuung 
der Versorgungsspannung ab?

Vielen Dank für die Unterstützung!

Grüße, Vogster

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Jens V. (vogster)

>USV für den Messrechner entdeckt. Diese habe ich entfernt, das hat das
>Messsignal allgemein schon um ca. Faktor 3 verbessert.

Schon mal sehr gut.

>Im Messschrank befinden sich drei Netzteile, 24V, 12V und 5V. Dazu ein
>Messrechner mit der analogen Eingangskarte.

>Über die Netzteile sollen verschiedene Sensoren versorgt werden, deren
>Ausgänge ich dann über die analoge Eingangskarte erfassen möchte.

>Wäre es sinnvoll, die Massen der Ausgänge aller 3 Netzteile miteinander
>zu verbinden?

Die MUSST du sogar verbinden, weil du ja nur eine Messkarte hast. 
Verbindung möglichst sternförmig.

> Muss der Messrechner dort auch noch in irgendeiner Form
>berücksichtigt werden?

Der Massepunkt sollte auch sternförmig an die Messkarte angeschlossen 
werden.

>Ich habe den Tipp mit der Batterie ausprobiert, dabei konnte ich die
>besten Ergebnisse erzielen. Der Strom streute am Ende um +/- 0,5A, das
>wären 1% des Maximalstroms.

Das ist schon recht gut, das sind schliesslich nur noch knapp 7mV 
Auflösung. Und laut Datenblatt rauscht der Sensor sowieso mit 20mV, das 
wären deine 1,5A von der vorhergehenden Messung!!! (im Datenblatt V_NO)

>Nun möchte ich aber nicht ständig mit einer Batterie arbeiten und die
>Sensoren über das 5V Netzteil im Messschrank versorgen.

Dann mach die Masseverbindung schon sternförmig, abgeschirmte Kabel. 
Mehr kannst du nicht viel machen.

MfG
Falk

Autor: Falk Brunner (falk)
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P S Ich glaube der Sensor ist vom Messbereich nicht so wirklich optimal 
für dein 0-30A Problem. Nimm lieber einen mit 10A, denn die LEM-Sensoren 
haben meist einen realen Messbereich von 300% In.

Autor: Jens V. (vogster)
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Hallo Falk, hallo Forum,

bzgl. der sternförmigen Massen:
Der Rechner verfügt über zwei Messkarten, die jeweiligen Anschlussblöcke 
sind ca. 1m entfernt angebracht. Wie kann ich das am besten verdrahten?

bzgl. Sensor:
Leider habe ich keinen besseren Sensor gefunden, der
- -30 bis +85 °C aushalten kann,
- von der Bauform her geeignet ist (Durchlass so groß, dass ein 
Bananenstecker durchgeführt werden kann)
- um die 15Euro kostet.
Aus der HASS - Serie ist der Sensor schon der kleinste.

Vielleicht kennt ja jemand eine Alternative, gibt es außer LEM
noch andere Firmen?

Danke und Grüße, Vogster

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