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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Prinzip Strommessung im Messgerät


Autor: Andreas Huck (Gast)
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Hallo,

ich habe mal eine Frage. Ich grüble hier nun schon längere Zeit über
der Frage, wie in einem herkömmlichen Multimeter der Strom gemessen
wird.

Dabei interessiert mich vorallem die AC-Messung höherer Ströme. Fakt
ist ja, bei den höheren Strömen Shunts benutzt werden. Über dem fällt
dann eine (Wechsel-)Spannung nach dem Ohm´schen Gesetz ab.
Mich verwundert dabei, dass man ja das Messgerät an jeder belibigen
Stelle "dazwischen" klemmen und den Strom messen kann.
- Das muss dann also Massefrei passieren ?
- Ausserdem muss doch die abfallende Spannung noch
  gleichgerichtet werden - oder ?

Ich hatte mir das mal so überlegt, das man die Spannung vor dem Shunt
und nach dem Shunt misst und die dann über einen Addierer-opv jagt.
Leider wollen die normalen OPV´s nur bis ca. 30V Eingangsspannung haben
- also wie wird das da in den herkömmlichen Multimetern realisiert
?????

Dankeschön,
Andreas

Autor: Wolle (Gast)
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Es wird der Spannungsfall über dem Shunt gemessen. Dieser hat einen Wert
zwischen 10 und 100 Milliohm (je nach Güte des Messgerätes)und besteht
in der Regel aus einem Stück dicken Kupferdraht, das Strommessungen
zwischen 10A und 20A zulässt. Über den spezifischen Widerstand von
Kupfer lässt sich der Widerstand errechnen.
Im Prinzip also eine Spannungsmessung.

Autor: m@u (Gast)
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Bei sehr hohen Strömen ist dieses Verfahren nicht sehr clever. Hier ist
es sinnvoller den elektromagnetischen Effekt auszunutzen und eine
Schaltung mit einem Hallsensor aufzubauen. Das hat den Vorteil, dass du
keine ohmsche Verbindung zum Stromführenden Leiter brauchst. Das
wiederum hat den Vorteil dass du an jeder beliebigen Stelle der Leitung
den Strom messen kannst, ohne dass du das Kabel unterbrechen musst.

Autor: Jens Renner (Gast)
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An den Angaben von Wolle kannst Du auch erkennen, dass im Maximalfall
ca. 2V am Shunt abfallen.

Für höhere Ströme trifft sicher die Aussage von m@u zu.

Autor: harry (Gast)
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hi,

in einem geschlossenen stromkreis ist der strom an jeder stelle gleich.
deshalb genügt es, an einer beliebigen stelle - also ohne jeden bezug
zur masse - einen shunt einzufügen und die hierüber abfallende spannung
zu messen.
bei wechselspannungsmessungen muss die spannung natürlich
gleichgerichtet werden, das wird über einen ultralineargleichrichter
realisiert, der im einfachsten fall aus 2 opamp's besteht.
für ströme > 10 ampere ist der oben erwähnte halleffekt sehr gut zu
genrauchen, strommesszangen haben jedoch einen 'offenen' trafokern
mit einer wicklung, sind aber nur für wechselströme zu gebrauchen.

gruss, harry

Autor: Andreas Huck (Gast)
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aber wie kann ich nun den Spannungsabfall (welcher bei mir Sinusförmig
ist) schaltungstechnisch auffangen ?

Gibt es dafür spezielle OPV-Schaltungen oder auch schon fertige IC´s ?

Autor: martin.m. (Gast)
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es gibt aber auch gleichstromaufnehmer, mit denen man im
milliamperebereich DC messen kann, ohne die leitung zu trennen,
ich (vermute), es wird ein wechselfeld induziert, und dieses wieder
ausgelesen, den statischen anteil kann man dann herausrechnen.
hersteller z.b. tek, sind aber ziemlich teuer (wirklich ziemlich:)

gruß, martin

Autor: Winfried (Gast)
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> Gibt es dafür spezielle OPV-Schaltungen oder auch schon fertige IC´s
?

Nimm doch einen Standard-OPV, verstärke entsprechend und dann zu einem
AD-Wandler oder was auch immer du damit machen willst. Das ist doch ein
ganz gewöhnliches Problem, was man mit ganz gewöhnlichen Mitteln lösen
kann.

Oder übersehe ich irgendwas?

Winfried

Autor: Michael (Gast)
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wie ist es, wenn keine leitung aufgetrennt werden soll, also das mit
diesem magnetfeld und dem hallsensor.
geht das bei 0,5-30A bei 10-15V?
Und wie wird das gemacht? Kann mir beim besten willen nicht vorstellen
wie das gehen soll, da ich sowas noch nie gehört habe...

wer hätte da mal ansätze zu?
Besten Dank!

Autor: Stefan (Gast)
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> Gibt es dafür spezielle OPV-Schaltungen oder auch schon fertige IC´s
?

Ja, z.B.den MAX471 bzw. 472 (mit externem Shunt). Das IC wird einfach
in die (plus-) Leitung eingeschleift und gibt den gemessenen Strom über
eine eingebaute kleine Stromquelle aus. Ein simpler Widerstand nach
Masse macht daraus eine zum fließenden Strom proportionale Spannung,
die  z.B. mit dem ADC eines AVRs eingelesen werden kann. Wenn man
Ströme nach dem Shunt-Prinzip (Spannungsabfall über Widerstand) an der
High-Side ("plus") messen will, dürfte das die einfachste Lösung
sein.

Stefan

Autor: Winfried (Gast)
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> geht das bei 0,5-30A bei 10-15V? Und wie wird das gemacht?

Bei Wechselströmen geht das z.B. so: Du nimmst dir eine Spule mit
möglichst vielen Wicklungen, z.B. so 30-100mH. Bei 50 Hz kannst du es
mit einer Relaisspule probieren. Wenn du diese in die Nähe eines
stromdurchflossenen Leiters hälst, wird eine Spannung in dieser
induziert. Ist jedoch sehr gering, muss man also noch gut verstärken.
Bei einer 60 W Lampe und 220 Volt misst man vielleicht um die 1mV, wenn
man in direkter Nähe vom Kabel ist. Nur mal so als Größenordnung.

Für ein Gleichfeld sind Hallsensoren geeignet, und zwar solche, die
analoge Ausgänge haben. Je höher der Strom, um so größer das
Magnetfeld, was das Kabel umgibt, um so höher die Ausgangsspannung des
Hallsensors. Diese Zangen-Amperemeter funktionieren ja so.

Winfried

Autor: Tobi (Gast)
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"Ja, z.B.den MAX471 bzw. 472 (mit externem Shunt)."
Naja, ist aber auch eine recht teure lösung (ca 5€ bei reichelt).
da kann man auch selber einen shunt mit 08/15 opv nehmen. das kommt
billiger und ist auch nicht komplizierter. der 471 ist sowieso nur bis
3A also nicht wirklich flexibel..

Autor: harry (Gast)
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hi,

das geht auch bei 1volt so. das magnetfeld, welches vom
stromdurchflossenen leiter erzeugt wird, ist ausschliesslich vom strom,
nicht von der spannung abhängig. deshalb kannst du auch niemals aus
solchen messungen rückschlüsse über die verwendete spannung ziehen.

gruss, harry

Autor: Andreas Huck (Gast)
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mal noch eine andere Frage:

Wenn ich ein Netzteil von z.B. +40V habe und ich möchte die Spannung
aufteilen auf einmal +20V und -20V zu gleichen Teilen, wie kann ich das
am besten machen ? (Aufteilung ist dann natürlich virtuell, also die
Spannungen gegen die Mittelspannung gemessen)

Ein Strom von ca. 2...10A soll fliessen und ich benötige eine Masse,
die aber nicht die richtige Masse ist (ich kann mit dem Netzteil keine
neg.Spannung anzapfen und ein neues NT mag ich nicht aufbauen).

Habt ihr da irgentwelche Vorschläge oder Anregungen ?

Dankeschön,
Andreas

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