Hallo zusammen,
ich habe bereits einige Beiträge im Forum durchgelesen aber leider
keinen passenden Ansatz für meinen Messaufbau gefunden.
Möglicherweise hat sich bereits jemand mit diesem Problem beschäftigt
oder sogar solche Messungen durchgeführt.
Das Problem ist folgender.
Ein Lade- und Entlade Vorgang soll an einem Kondensators untersucht
werden, dabei wird der Kondensator mit einer Gleichspannung von 3,5kV
betrieben. Die gemessenen Ströme sollen allerdings im 10nA Bereich
liegen. Ich habe bereits zwei Messverfahren ausgewählt, entweder über
einen erdfreien Amperemeter (Elektrometersubtrahierer) oder über einen
Trennverstärker, der über eine Leuchtdiode vom Optokoppler den Strom in
Spannung auf der Low-Seite wandelt.
Leider kann ich das zweite Verfahren nicht verwenden, weil bei 10nA die
Leuchtdiode nicht angesprochen wird. Der Elektrometersubtrahierer
scheint da ideal zu sein, allerding bin mir noch nicht sicher welchen
ich einsetzen soll.
Für die Trennung wollte ich den ISO121(Burr B.) Trennverstärker
verwenden, allerdings verwendet er eine Kondensatorkopplung und die kann
ich bei einer Gleichspannung nicht verwenden. In Frage wurde nur ein
Trennverstärker mit Optokopplung kommen (z.BHCPL7840 von HP), der ist
aber nur bis 2500V dimensioniert.
Dazu müsste noch eine isolierte Stromversorgung für den
Instrumentenverstärker und Trennverstärker untergebracht werden. Das
Loggen der Daten ist dabei das geringste Problem.
Hat vielleicht jemand Ideen wie man solchen Aufbau geschickt realisieren
kann? Welche Bauteile sind dabei besonders günstig zu wählen?
Bedanke mich im voraus.
Grüsse,Thomas
> Hat vielleicht jemand Ideen wie man solchen Aufbau geschickt realisieren> kann?
Und Du bist sicher dass Du das Amperemeter nicht massebezogen einbauen
kannst/darfst?
Das wäre deutlich einfacher.
Alternativ könnte man die Strommessung auch voll isoliert aufbauen und
die Daten entweder über ein LWL-Kabel oder durch Infrarot (= Prinzip der
Fernseher-Fernbedienung) übertragen.
Bleibt das Problem der Energiezufuhr. Ggf. Versorgung über Batterien in
Erwägung ziehen. Über ähnliche "Licht-Fernbedienung" zuschaltbar, wenn
Dauerverbrauch zu hoch. im einfachsten Fall mit Lampe + Fotowiderstand
als Empfänger, der dann erst restliche Schaltung aktiviert.
Urbanski Thomas schrieb:
> Hat vielleicht jemand Ideen wie man solchen Aufbau geschickt realisieren> kann? Welche Bauteile sind dabei besonders günstig zu wählen?
Hallo Thomas,
du musst das etwas komplexer anlegen und den Messwert in einen
Datenstrom oder einfacher in einen Frequenzwert wandeln. Den überträgst
du per Lichtleiter (muss bloss für 3500 V lang genug sein, ist kein
Problem) oder auch Infrarot oder Funk. Natürlich muss die Schaltung
batteriebtrieben werden, wenn sie auf Hochspannung liegt. So geht das
auch bei Überlandleitungen, und die haben 220 kV oder mehr.
Wenn du den Wert nur gelegentlich überträgst und den Prozessor
dazwischen abschaltest, kann die Batterie ewig halten.
Gruss Reinhard
Hallo Thomas,
wenn du den Kondensator mit 3,5kV auflädst, ist ja nicht alles unter
Hochspannung oder? Da gibt es doch sicher einen Anschluß, der ein
ungefährliches Potential führt, mit dem man eine Elektronik verbinden
könnte?
Kai Klaas
Vielen dank für Eure hilfreichen Beiträge.
Um etwas Klarheit zu schaffen, beschreibe ich kurz den Masse-Anschluss.
Das Hochspannungsnetzteil zieht das Potenzial bei der Entladung intern
direkt auf Masse, daher habe ich da keinen Zugang.Der komplette Aufbau
steht unter HV. Was noch hinzufügen währe, daß die eine
Kondensatorplatte mit plus 3,5kV und die andere mit minus 3,5kV
aufgeladen wird.
Die Idee mit der isolierten Schaltung und LWL finde ich sehr gut. Es
bleibt noch die offene Frage wie ich das ganze mit Strom versorge, auf
eine Batterie wurde ich nur zur Not zurückgreifen.
Zur Funkübertragung habe ich noch keine Erfahrungen gesammelt, wie man
die Messdatendaten übermittelt und welche Bauteile zu verwenden sind.
Über die jetzigen Vorschlag bedanke ich mich und werde über sie
gründlich Nachdenken. Für weitre Ideen bin ich weiterhin sehr Dankbar.
Gruß,Thomas
3.5kV sind ja nicht so viel. Da sollte es moeglich sein ein Watt oder
zwei rueber zu bringen. Ich koennt mir zB ein Planartransformer
vorstellen, eine Spiralwicklung auf der einen seite einer Leiterplatte,
eine spiralwicklung auf der anderen seite. Die Leiterplatte ist sicher
gut fuer 10kV quer durch.
Baue eine einfache Schaltung, die 10nA messen und digital übertragen
kann. Ich schätze, ein Shunt wird keinen zu hohen Spannungsabfall haben
:-)
Hänge diese an deinen Kondensator an den 3.5kV Anschluss, und speise sie
potentalfrei aus einer 9V Blockbattie frei schwebend an den 3.5kV.
Als Übertragung verwendest du einen Optokoppler (gehen oft bis 4.5kV)
oder bei zu viel Angst (und kapazitiven Kopplunseffekten) einen
Lichtleiter.
a) Solarzelle - eher nicht zu empfehlen
3.5kV sind ja nicht die Welt...
b) Trafo - Mann nehme einen billigen netztrafo und wickle die
sekundärseite neu - mit verstärkter Isolation - für ein par Volt
Versorgungsspannung sind das ja nicht allzu viele Windungen. Am besten
einen Trafo verwenden, welcher für hohe Leistungen Auasgelegt ist, da
diese Sekundärseitig meist weniger windungen benötigen.
c) Isolatet DC/DC Wandler entweder selbst aufbauen (es gibt dazu z.B.
Controller-IC welche rein Feedback von der Sekundärseite benötigen
(Siehe homepage von national)
d) einen i-coupler mit DC/DC (von Analog Devices) verwenden (müsste
nachschauen, ob der die 3.5kV überlebt) dann hast di auch schon die
gaölvanisch getrennte Datenübertragung
Tip: bei einem definierten Kondensator lässt sich unter Umständen der
Ladestrom über die Änderung der am Kondensator anliegenden Spannung
zurückrechnen
Bezüglich Dateenübertragung:
im Hochspannungsteil per uC Digitalisieren und als seriellen Datenstrom
per UART über diese billigen Lichtwellenleiter aus dem Audio-bereich
versenden.
>Autor: Urbanski Thomas (Gast)>Für die Trennung wollte ich den ISO121(Burr B.) Trennverstärker>verwenden, allerdings verwendet er eine Kondensatorkopplung und die kann>ich bei einer Gleichspannung nicht verwenden.
Ich denke das Teil funktioniert auch für DC. Das Messsignal wird
moduliert, bevor es über die Kondensatoren geht. Schau mal in die
Applicationen, die messen auch Batterien damit.
Hab nur deine Frage gelsen und noch keine Antworten. Sorry, wenn das
schon einer geschrieben hat.
Ich weiß nicht welchen Aufwand du treiben möchtest....
Es gibt von ADI und TI (meine ich) Sigma-Delta Modulatorchips mit denen
man prima eine galvanische Trennung ohne viel Isolationsaufwand aufbauen
kann.
Dabei ist der Modulator auf der HV-Seite und misst permanent. Der
Ausgang ist ein digitales Signal dass über einen Optokoppler o.ä.
übertragen werden kann. Dann brauchst du nur noch eine galvanisch
getrennte Versorgung.
Auf der Empfangsseite muss dieses Signal jedoch demoduliert werden.
Vorteil: Du entscheidest selbst bei der Demodulation ob Du schnell
oder genau messen möchtest, indem Du das Dezimierverhältnis selbst
festlegen kannst.
Nachteil: kannst das im FPGA, DSP oder teilweise gekaufte chips machen.
Beispiel:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7401A.pdf
Der hat schon eine galvanische Trennung, die in deinem Fall nicht
ausreichen wird. Du kannst diese Sektion auch einfach aussparen.
In jedem Fall würde ich aber mit Optos und Lichtwellenleiter arbeiten.
Kosten nicht die Welt und erlauben auch mal eine deutliche Überspannung.
Bei konstant 3.5 kV Spannung wird jeder integrierter Baustein nach
einiger Zeit die Graetsche machen. Einige kV Spitze fuer kurze Zeit ist
noch spezifiziert, aber mehr als einige hundert Volt wird fuer den
Dauerbetrieb nicht spezifiziert sein.
Uebertrage mich Lichtleiter, dann kannst Du auch mit 250 kV bei
dauerbetrieb arbeiten (bei entsprechend langen Kabel...)
Nochmals Danke für interessante Anregungen.
Aus Zeitmangel habe ich mich vorerst für eine nicht ganz
zufriedenstellende Lösung entschieden.
Nämlich für die Isolierung nehme ich einen RS232-Isolator bis 4kV, der
über einen RS232-ADC24 Wandler mit 24 Bit mir die gemessenen Werte
umsetzt. Die Messung erfolgt mit erprobten AD8554 direkt am Shunt. Die
isolierte Spannungsversorgung kommt vom DC/DC Wandler (bis 6kV).Ich
hoffe so ist ein Kompromiss aus Genauigkeit und Umsetzzeit geschlossen.
Parallel werde ich die elegantere Lösung mit dem LWL ausarbeiten.Falls
jeman bereits solche Schaltung Simuliert hat,wäre ich dankbar für
Beispiele.
Alle Vorschläge waren sehr hilfreich und unterschiedliche Ansätze
aufgezeigt.Und wie jogitec gesagt hat.
>Autor: jogitec (Gast)>3.5kV sind ja nicht die Welt...
