Hallo zusammen,
ich möchte die Ausgangsleistung meines Punktschweissgerätes messen.
Spannung und Impulszeit ist natürlich kein Problem, der Strom hingegen
schon.
Folgende Parameter sind bekannt:
- Gleichstrom
- Spannung max. 20V
- Impulszeit 20 - 200ms
- Funktionsprinzip: Kondensatorentladung
Anforderungen:
- Galvanisch getrennte Messung, kein Shunt
- Messbereich 5 - 20kA
- Fertiger LEM Hallsensor kann ich mir vermutlich nicht leisten :(
Wie würdet Ihr das angehen?
Auch wenn Shunt:
Schau dir mal die IT Modular von Isabellenhütte an. Die gehen nominal
bis maximal 2500A, können dann aber bis 48kA kurzzeitig (in deinem
Zeitbereich)
Na, ein Puls von 20ms bis 200ms ist ja schon fast AC :)
Rogowskispule bastlen und ausprobieren.
https://de.wikipedia.org/wiki/Rogowskispule
Zum Kalibrieren dann 1mOhm der's abkann (100W peak)
Thomas R. schrieb:> Hallo zusammen,>> ich möchte die Ausgangsleistung meines Punktschweissgerätes messen.> Spannung und Impulszeit ist natürlich kein Problem, der Strom hingegen> schon.>> Folgende Parameter sind bekannt:> - Gleichstrom> - Spannung max. 20V> - Impulszeit 20 - 200ms> - Funktionsprinzip: Kondensatorentladung>> Anforderungen:> - Galvanisch getrennte Messung, kein Shunt> - Messbereich 5 - 20kA> - Fertiger LEM Hallsensor kann ich mir vermutlich nicht leisten :(>> Wie würdet Ihr das angehen?
Rogowskispule...
Oder ein bischen genauer, aber um die Ecke gemessen:
da Du den Spannungsverlauf am C sehr genau messen kannst, die Kapazität
Deiner Kondensatoren auch kennst oder zumindest kennen kannst liese sich
aus dem du/dt (Spannungsabfall bei Entladung) der entnommene Strom
ableiten.
Ein uC mit einem schnellen 16bitADC sollte das ohne weiteres
hinbekommen. Ist aber nicht "Echtzeit" sondern hinkt immer einige
ADC-Samplerate-Zyklen bischen hinterher...
MiWi
MiWi schrieb:> Oder ein bischen genauer, aber um die Ecke gemessen:>> da Du den Spannungsverlauf am C sehr genau messen kannst, die Kapazität> Deiner Kondensatoren auch kennst oder zumindest kennen kannst liese sich> aus dem du/dt (Spannungsabfall bei Entladung) der entnommene Strom> ableiten.
Ja, wenn die Kapazität bekannt ist, dann indirekt, mit dem Oszilloskop.
i(t) = dQ/dt = C*dU/dt
Thomas R. schrieb:> Anforderungen:> - Galvanisch getrennte Messung, kein Shunt
Ein Stück Stromschiene als Shunt missbrauchen, nach dem Messverstärker
mittels analog-Optokoppler für galvanische Trennung sorgen.
Hi
Kann man nicht bei einer Kondensator-Entladung aufgrund der Spannungen
vorher/nachher, der Kapazität und der Impulszeit auf den
durchschnittlichen Strom schließen?
MfG
... wurde schon angedacht - bin dann wieder lieb :)
Schreiber schrieb:>> - Galvanisch getrennte Messung, kein Shunt>> Ein Stück Stromschiene als Shunt missbrauchen, nach dem Messverstärker> mittels analog-Optokoppler für galvanische Trennung sorgen.
Wenn man es "etwas genauer" haben will, baut man einen AD-Wandler
hinter den Shunt und trennt dessen Ausgangssignal über "digitale"
Optokoppler.
ich würde einen AVR / Arduino nehmen am Shunt mit SIM1 galvanisch
getrennt und das Ergebnis per Optokoppler wieder galvanisch getrennt
seriell raustickern.
Besserer ADC geht natürlich auch.
Mein Plan war eigentlich nur eine einmalige Messung. Durch Eure Ideen
angestachelt, überlege ich grad da noch ein Display nachzurüsten :)
Oooh, ja klar. Habe mich so sehr darauf konzentriert keinen
(zusätzlichen) Shunt zu verbauen, dass ich nicht realisiert habe, dass
da schon mehrere "Shunts" verbaut sind. Am besten würde sich wohl ein
Kupferprofil eignen, welches den +Pol der Kondensatoren mit dem Kabel
für die positive Elektrode verbindet. Das müsste so um die 50 uOhm
haben. Ist zwar ein bisschen wenig, aber es muss nicht wirklich genau
sein.
Die Idee via C*dU/dt finde ich genial :)
Werde so mit dem Oszilloskop die Variante mit dem "Shunt" überprüfen.
Wenn ich grössere Abweichungen habe, muss dann wohl noch ein uC her.
Dass es nicht Echtzeit ist spielt keine Rolle, kann ja während dem
Schweissvorgang eh nicht korrigierend eingreifen.
Rogowskispule hab ich mir schon angeschaut und verworfen, da die für AC
ausgelegt ist. Aber wenn ich genauer überlege habt Ihr schon recht. Da
die Induktivität der Leitungen den Strom "langsam" ansteigen lässt und
er durch die Entladung der Kondensatoren wieder sinkt, ist der Impuls
schon AC ähnlich und müsste damit gemessen werden können. Schaue ich mir
vielleicht auch an.
Herzlichen Dank für Eure Antworten, Ihr habt mir sehr geholfen :)
Harald W. schrieb:> Wenn man es "etwas genauer" haben will, baut man einen AD-Wandler> hinter den Shunt und trennt dessen Ausgangssignal über "digitale"> Optokoppler.
1% Messgenauigkeit lässt sich auch mit einem analogen Optokoppler und
Zweipunktkalibrierung mühelos erreichen und genauer muss es bei einem
Schweißgerät eh nicht werden.
Den Nullpunkt der Kalibrierung kann man per Software nachführen um den
Drift rauszukalibrieren. Hilft Kundenbeschwerden vorzubeugen, wenn das
Teil bei offenem Stromkreis immer 0A anzeigt...
Thomas R. schrieb:> Die Idee via C*dU/dt finde ich genial :)> Werde so mit dem Oszilloskop die Variante mit dem "Shunt" überprüfen.> Wenn ich grössere Abweichungen habe, muss dann wohl noch ein uC her.> Dass es nicht Echtzeit ist spielt keine Rolle, kann ja während dem> Schweissvorgang eh nicht korrigierend eingreifen.
Man kann die Schweißdauer in Abhängigkeit vom Strom regeln, das sorgt
für gleichmäßigere Ergebnisse.
voltwide schrieb:> Ganz einfach und ohne jegliche Elektronik: Mit einem> Magnetnadelkompaß> (kennt den noch jemand?) in der Nähe der stromdurchflossenen Leitung.
Ok, damit ist ein Stromfluß erkennbar - aber ob's 5A oder 5000A waren,
sieht man der Nadel nicht sooo genau an - wobei man aber wohl zwischen
den beiden Extremen unterscheiden kann.
MfG
Einen Shunt für 20kA kann ich mir nicht vorstellen. (müsste aber schwer
und teuer sein)
Bei sehr schwachen Strömen ist die kontaktlose Messung schwierig oder
gar unmöglich, so dass man den Shunt als ein unvermeidliches Übel
akzeptieren muss.
Bei sehr starken Strömen ist alles genau umgekehrt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Stromsensor
@ Georg M. (g_m)
>Einen Shunt für 20kA kann ich mir nicht vorstellen. (müsste aber schwer>und teuer sein)
Nö, vor allem wenn die 20kA nur ein kurzer Puls sind. Sowas hab ich mal
gebaut, ein Koaxialshunt bestehend aus einem Messingrohr mit ca. 10mm
Durchmesser und 75mm Länge, der hatte 100uOhm. Damit konnte man sehr gut
10kA++messen, allerdings waren die Pulse nur im 2stelligen us Bereich.
Thomas R. schrieb:> Am besten würde sich wohl ein> Kupferprofil eignen, welches den +Pol der Kondensatoren mit dem Kabel> für die positive Elektrode verbindet.
Einen analogen Hallsensor isoliert auf dieses Profil kleben und
auswerten
MfG Klaus
@Klaus (Gast)
>> Kupferprofil eignen, welches den +Pol der Kondensatoren mit dem Kabel>> für die positive Elektrode verbindet.>Einen analogen Hallsensor isoliert auf dieses Profil kleben und>auswerten
Dann mal viel Spaß bei der Kalibrierung.
Falk B. schrieb:> Dann mal viel Spaß bei der Kalibrierung.
Ob ich nun den Widerstand eines Kupferprofils, den ich nicht wirklich
richtig messen kann (mein Microohmmeter ist gerade beim Kalibrieren),
oder die Verhältnisse eines festgeklebten Hallsensensors (so sahen die
Vorläufer der ACS7xx mal aus) berücksichtige mach keinen wirklichen
Unterschied.
MfG Klaus
@Klaus (Gast)
>> Dann mal viel Spaß bei der Kalibrierung.>Ob ich nun den Widerstand eines Kupferprofils, den ich nicht wirklich>richtig messen kann (mein Microohmmeter ist gerade beim Kalibrieren),
Wer hat als Bastler ein Mikroohmmeter?
>oder die Verhältnisse eines festgeklebten Hallsensensors (so sahen die>Vorläufer der ACS7xx mal aus) berücksichtige mach keinen wirklichen>Unterschied.
Aber sicher. Wenn du den Hallsensor kalibrieren willst, musst du
optimalerweise den vollen Nennstrom durch deine Kupferschiene schicken
und diesen mit einem Referenzmeßgeräß prüfen. Viel Spaß bei 20kA ;-)
Falk B. schrieb:> Aber sicher. Wenn du den Hallsensor kalibrieren willst, musst du> optimalerweise den vollen Nennstrom durch deine Kupferschiene schicken> und diesen mit einem Referenzmeßgeräß prüfen. Viel Spaß bei 20kA ;-)
Und wenn du einen Shunt (der ist auch noch galvanisch mit deiner
Messanordnung verbunden) kalibrieren willst und deine Messung nicht in
Störungen und Rauschen untergehen soll, brauchst du auch einen Strom im
kA Bereich. Das wird sich in der Realität nicht viel nehmen.
Falk B. schrieb:>>Ob ich nun den Widerstand eines Kupferprofils, den ich nicht wirklich>>richtig messen kann (mein Microohmmeter ist gerade beim Kalibrieren),>> Wer hat als Bastler ein Mikroohmmeter?
Du bist ja ein Blitzmerker
MfG Klaus
Klaus schrieb:> Und wenn du einen Shunt (der ist auch noch galvanisch mit deiner> Messanordnung verbunden) kalibrieren willst und deine Messung nicht in> Störungen und Rauschen untergehen soll, brauchst du auch einen Strom im> kA Bereich. Das wird sich in der Realität nicht viel nehmen.
Ich denke das kommt darauf an wie groß der Shunt ist und welche
Genauigkeit man erreichen möchte. Bei 100µR würde ich mir das vermessen
noch zutrauen.
Ich habe kürzlich mal überprüfen wollen ob mein 600µR Shunt tatsächlich
in der 0,5% Toleranz liegt. Gemessen habe ich da auch nur mit 1A. Ich
habe rund 200 Messungen gemacht und die lieferten eine
Standardabweichung von ca. 40nR.
https://lowcurrent.wordpress.com/2017/02/10/kleine-widerstaende-und-offset-compensation/
kleiner Nachtrag: Wenn ich jeweils von den ein Jahres Specs der
Messgeräte ausgehe. Keithley 182: 60ppm of reading + 16ppm of range und
Agilent 6632B: 0,05% + 2mA. Dann liefert mir das totale Differential
einen Fehler von +/- 1,6µR bei 600µR. Vorrausgesetzt ich habe mich
gerade nicht verrechnet ;)
Philipp C. schrieb:> kleiner Nachtrag: Wenn ich jeweils von den ein Jahres Specs der> Messgeräte ausgehe. Keithley 182: 60ppm of reading + 16ppm of range und> Agilent 6632B: 0,05% + 2mA.
Wenn diese typischen Bastlermessgeräte nicht auch gerade zum Kalibrieren
außer Haus sind.
MfG Klaus
Klaus schrieb:> Wenn diese typischen Bastlermessgeräte nicht auch gerade zum Kalibrieren> außer Haus sind.
Hmm, dann muss man entweder warten ;) oder man nimmt den ADC, der hier
schon für die spätere Messung vorgeschlagen wurde.
Sagen wir mal es wird ein schneller 16bit wie vorgeschlagen verwendet
und wir nehmen 2,5V Referenz (100µR und 20kA wären dann mit 2V ja in der
Anwendung ganz passend). Dann hätte man rund 40µV Auflösung. Offsets
kann man loswerden in dem man einmal mit und einmal ohne Strom misst.
Dazu dann das Labornetzteil mit zB 3A (mehr ist natürlich immer besser,
aber das hat ja nicht jeder), dann kommt man auf rund 14µR Auflösung.
Damit da irgendwas annähernd brauchbares rauskommt wird man ordentlich
mitteln müssen, aber versuchen könnte man es. Es sind nur eine handvoll
LSB die man bei 3A sieht. Ggf kann man noch etwas rausholen, wenn man
für die Kalibrierung die Referenzspannung reduziert.
Besser wäre wohl ein 24bit ADC mit direkt Differenziellem Eingang, aber
der wird für die spätere Anwendung nicht schnell genug sein.
Vielleicht vertue ich mich gerade sehr, aber 100µR sind viel zu viel für
20kA oder?
20kA²*100µR*0,2s=8000J
Wenn man dann nur einfach mal zum Rechnen annimmt man hätte einen
Kupfershunt der rund 50g wiegt (vielleicht völlig daneben, hab ich
einfach mal aus meinem 600µR Shunt geschätzt), dann wir der nach so
einem 20kA Puls verdammt heiß. (die Einheiten zwecks Übersichtlichkeit
weggelassen)
8000 / (50e-3 * 385) = 415K
Falk hat ja schon etwas von einem Kupferrohr geschrieben, aber bringt
die Fläche bei so kurzen Pulsen etwas? Für eine Dauerlast (oder
wiederkehrende Pulse) ist das sicherlich gut, aber ich würde vermuten,
dass innerhalb von 200ms da noch nicht viel über die Luft
abtransportiert wird.
Heute einen alten Shunt beim Kupferschrott gesehen
10µOhm 23kA Dauerlast Kl. 0.03%
Passt noch unter den Schreibtisch :)
Zuleitungen sind halt für 23kA Dauerstrom ausgelegt....
Das Motörchen mit dem Riemen ist ein Kühlmittelquirl.
Bei den hier diskutierten kurzen Pulsen aber nicht das Ding. 10cm
Messingrohr Vierleitermessung oder eben Rogowski.
