Hallo Forum.
Ich suche gerade nach einer Idee einen Strom, nach Möglichkeit ohne
galvanische Verbindung zum Stromkreis zu messen. Es gibt da diverse
Möglichkeiten z.B. mit Hall-Sensoren oder Stromwandlern, ich suche aber
eien andere Lösung.
Folgende Idee:
Der zu messende Strom fließt durch einen Leiter, welcher sich gegenüber
seiner Umgebung erwärmt.
Über die Temperaturdifferenz und noch irgend etwas müßte es doch möglich
sein, zumindest die Verlustleistung zu bestimmen?
Hat jemand zufällig ein Formel parat, ggf auch der Weg rückwärtts, ein
Halbleiter erwärmt ein Kühlkörper xxx um xxx ° bei xxx W
Verlustleistung?
Nimm einen linearen Optokoppler, dessen LED Du parallel zu einem
Shuntwiderstand schaltest. Nachteil: ein Totbreich, bis die LED
leuchtet, abhängig von ihrer Flußspannung.
der weg über die erwärmung ist kompliziert und aufwändig, shau mal nach
dem "iso 124", ist ein isolationsverstärker. wenn du den ggf. mit einem
dc/dc-konverter speist, der ebenfalls galvanisch getrennt ist, bist du
mit ca. 25 euro dabei
Das es diverse anderer Möglichkeiten gibt, ist mir klar.
Das die Bestimmung über die Verlustleistung mit gossen Problemen und
Ungenauigkeiten behaftet ist, ist mir auch klar.
Ich möchte es aber über die Temperaturdifferenz machen um das Ergebnis
zu sehen.
Darum würde mir eine Berechnung wirklich helfen ...
Im Grunde ist dies nichts anderes als eine Berechnung über den
themischen Widerstand des heizenden Objekt zur Umgebung (Luft) -
zumindest bei relativ niedrigen Temparaturen. Man könnte da so anfangen,
wie bei der Kühlkörper/blechberechnung. Aber das sind meines Erachtens
nur Pi-mal-Daumen-Formeln.
Problem Nr. eins ist aber sicherlich, den thermischen R eines Leiters zu
kennen - den kannst Du wohl nur selbst ermitteln über die
Temp.-Differenz zur Umgebung bei definierter Leistung bzw. Strom, (oder
es gibt irgendwelche Tabellen dazu).
Nächstes Problem: mit höherer Temperatur nimmt die Wärmestrahlung
gegenüber der Konvektion der Luft signifikant zu, und das auch noch
nichtlinear.
Was ich damit sagen will: du wirst vermutlich keinen linearen
Zusammenhang haben. Ich vermute aber, dir geht es wohl nicht so sehr um
höhere Temperaturen.
Letztendlich könnte folgendes praktikabel sein: nimm einen
Leistungswiderstand mit Kühlfahne, den man auf einen Kühlkörper pappen
kann. Bei solchen Widerständen werden in der Regel die Wärmewiderstände
mit spezifiziert. Bei größeren zu erwartenden Leistungen kannste den
auch tatsächlich auf einen Kühlkörper schrauben. und bei Kühlkörpern
werden ebenfalls die therminschen R's angegeben in der Regel.
Dann kannste ja über die thermischen R's und gemessener Temp. die
Verlustleistung des Leistungswiderstands bestimmen
wenn eine differenztemperaturmessung interessant wär: einen shunt mit
bekannter t/w-kennlinie einbauen, an diesen thermisch schlüssig eine
diode anschrauben und eine thermisch nicht gekoppelte diode woanders
hinpflanzen und dann über die variable diodenspannung eine
differenzspannung ermitteln und die auswerten
Die Vorschläge sind alle nicht schlecht, trotzdem nicht das was ich
suche. Alles was mit einbauen zu tun hat ist schon mal Käse.
Es geht eben darum nix einauen zu müssen. 2 - 3 Temperaturfühler
anpappen, 2 ans Kabel, einen in die Umgebung, dT ermitteln und nun über
einen mathemtischen Zaubertrick die Verlustleistung ermitteln.
Wir reden hier von Temperaturunterschieden zwischen 5° und 30° (max 50°)
wobei das absolute Maximum bei 50° (max 60°)C liegt, darüber braucht man
nichts mehr zu messen, alles was darüber liegt riecht man.
Also wenn dein Kabel die einzige Wärmequelle sein soll, dann gibt's mit
Sicherheit keine Formel genau für dieses Kabel. Denn Du bräuchtest dazu
ja den Wärmewiderstand von der Kabeloberfläche zur Luft. Und bei Kabeln
ist dies meist nicht spezifiziert.
Das einzige, was Du da machen kannst, ist, den Widerstand selbst
auszumessen, indem Du die Temp. (Kabel und Luft) bei einem bestimmten
Strom mißt. Da die Temp. mehr oder weniger linear zur Leistung ist, wenn
niedrige Temp., und Leistung quadratisch mit dem Strom steigt, dürfte
(Tluft-Tkabel) proportional zu P bzw. I^2 sein.
Damit hast Du den Proportionalitätsfaktor (Tluft-Tkabel)/P oder
(Tluft-Tkabel)/(I^2) (letzteres ist zwar nicht direkt der
Wärmewiderstand, weil wir nicht direkt die Leistung drin haben, aber wir
haben zumindest was ähnliches erfunden ;-)
Nennen wir den Faktor Rt (thermischer R)
Dann brauchst Du nur noch rechnen:
P=(Tluft-Tkabel)/Rt
oder (wenn Rt mit I^2 gemacht wurde, weil der Strom vielleicht
interessanter ist)
I=((Tluft-Tkabel)/Rt)^(1/2)
Hier gibt's noch die Basics zu diesem Thema:
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmewiderstand
Hoffe, das ist das, was du suchst.
Das müssen aber schlechte Kabel sein die sich aufgrund des
Innenwiderstandes um max. 60° erwärmen.
Wenn das Kabel nicht zu einer fertigen Schaltung gehört auf die man
keinen Einfluss mehr hat kann man vielleicht auch einfach eine Messreihe
machen indem Du das Delta bei einem bestimmten Strom ermittelst und dann
die Zwischenwerte interpolierst. Aber ich würde im Endeffekt mit einer
Messungenauigkeit im zweistelligen Bereich rechnen. Vielleicht hat ja
auch die Luftfeuchtigkeit oder irgendwas anderes Einfluss auf die
Ergebnisse...
naja, ich gehe mal davon aus, daß er das Kabel mit Absicht ein klein
wenig überstrapazieren will, um sinnvolle Temp.-Differenzen zu bekommen
...
Aber selbst übliche 10/16A Kabel werden üblicherweise schon merklich
warm, wenn man den erlaubten Strom ausnutzt.
Die Moeglichkeit, Leistung ueber Waerme zu messen wird hin und wieder
angewandt. Als Nachteil muss man den geringen dynamischen Bereich in
Kauf nehmen. Wenn man 100:1 erreicht ist man schon gut. Das uebliche
Vorgehen beruht auf Vergleichen mit einer Referenzheizung. Man hat die
Unbekannte Waermequelle gleich gut thermisch isoliert wie die Referenz,
ueblicherweise in einem symmetrischen Aufbau, Dann misst man die
Temperaturdifferenz dazwischen und regelt die Leistung der Referenz
sodass die Temperatudifferenz Null ist. Wenn die Temperaturdifferenz
Null ist, verbraucht die Referenzheizung gleich viel Leistung wie die
Unbekannte Quelle. Da die Referenzheizung mit Gleichstrom gespiesen
wird, kann man somit die Leistung gut ablesen.
> Aber selbst übliche 10/16A Kabel werden üblicherweise schon merklich
warm, wenn man den erlaubten Strom ausnutzt.
Nun ja, wenn sie warm werden ist in der Regel etwas falsch, wobei es
eben genau darum geht festzustellen ob es falsch ist / und was.
Eine Erwärmung infolge des Kupferwiderstandes ist immer gegeben. Nehmen
wir das Beispel, darf zwischen VT und Gerät nach TAB ein Uv von 3% also
6,9V auftreten. Bei 16 A sind das 110,4 Watt!. Die werden in Wärme
umgesetzt und wer schon mal eine 100W Glühlampe während des Betriebes in
der Hand gehalten hat, weiss dass das nicht wenig ist. Natürlich wird
auf der Leitung die Erwärmung entsprechend geringer ausfallen, schon
wegen der deutlich größeren Kühlfläche. Bei Bündelungen sieht das ganz
anders aus.
Problematisch wird es besonders bei richtigen Kabeln, 35qmm 95qmm usw.
Häufig wird hier ein Kabel nach Spannungsfall / Kurzschlussstrom und
nicht nach seiner Strombelastbarkeit dimensioniert, was bei
Nachinstallationen nicht berücksichtit wird. Da sieht man nur "Och der
Querschnitt reicht doch dickke" und rein mit der fetten
Sicherungspatrone. Dann hat das Kabel plötzlich keine dT von 10 oder 15°
zu Ta mehr sondern 30 oder 40. Das sind an warmen Sommertagen 60 - 70°C.
Die 70° lassen sich thermographisch messen und dass das für ein NYY zu
viel ist, steht im Datenblatt. Der Strom lässt sich an der VT mit einer
Zange messen ...
Was ich haben möchte ist ein Messgerät das anhand der Temperatur der
Kabel ohne eine 30kEuro teure Thermographiekamera zu bemühen das dT
ermitelt, und mithilfe des Kabelquerschnitts aussagen zur Belastung der
Kabel treffen kann.
Ja - wurde gern vor allem in der HF-Leistungsmessung gern genutzt. Da
wird einfach die HF in einem R verheizt, und mit dieser oder jener
Methode die Temp. gemessen.
Damit entkoppelt man praktisch 100%ig die Meßschaltung von der HF, was
sonst kaum möglich ist. Wenn der R gut gemacht ist, hat er auch fast
keine komplexen Widerstände, sondern nur real, und nicht
spannungsabhängig, ist kaum frequenzabhängig, usw. Ist also auch eine
'ideale' Last für die HF-Schaltung.
mit warm werden meinte ich ja auch nur sowas wie handwarm (wenn
überhaupt), nicht 50°C. Zumindest bei ortsveränderlichen Geräten, bei
denen das Kabel meist frei hängt. Bei einem 2KW Gerät (Ofen o. sowas)
mit den üblichen Anschlußleitungen merkt man schon etwas die 'Abwärme'
(weswegen man die Kabel dann auch nicht bei voller Belastung
zusammenrollen sollte wegen der konzentrierten Wärmeentwicklung) (steht
ja bei Verlängerungsleitungen auf Rollen meist auch drauf).
Insofern würde ich nicht sagen, daß da was falsch ist, wenn da ein
bißchen Wärme entsteht. Die Dinger sind halt so dimensioniert.
Wieso kommt denn der Kabelquerschnitt jetzt ins Spiel. Soll das auch
einer der Ausgangsgrößen für die Leistungsmessung via Temp-Messung sein?
Kannste doch weglassen, wenn der Wärmewiderstand bekannt ist. (ohne
Wärmewiderstand geht's doch eigentlich gar nicht)
