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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 0-500A Induktiv messen zum zweiten.


Autor: Axel Krüger (axel)
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Guten Tag :)

Jetzt bleibt mir fast nichts mehr uebrig ausser hier zu schreiben -

Mein Vorhaben, nähmlich INDUKTIV Strom (AC/DC) im Bereich von 0 - 500A 
(CarAudio Technik)zu messen ist bereits geglückt. Bisher habe ich einen 
solchen Sensor IC in smd Technik verwendet, der direkt an die Kabel 
gepappt werden kann - ich habe sogar eine Gehäuse dafuer entworfen, in 
dem der Minisensor eingegossen wird inkl Befestigungslöcher für Strapse.

Hier mal ein bild ohne Gehäuse mit "mini" Kabel zu Testzwecken:
http://www.imgbox.de/users/eisman/STROMSENSOR1.jpg

Ausgewertet bzw. weiterverarbeitet wird das Signal vom Sensor mit einem 
Atmega. Die Kosten für einen kompletten Sensor inkl. Gehäuse lagen 
deutlich unter 10Euro (Digikey sei dank!) Btw bei Conrad gibt es ab Juli 
auch soeinen ähnlichen Sensor allerdings fuer das 3-fache an Geld 
(10Euro).

Aber jetzt zu Sache-->

Folgende Probleme Traten dennoch dabei auf, bzw. manche Sachen stellten 
sich als hinderlich in der Praxis dar:

Jeder Sensor muss, nachdem er am Kabel festgestrapst wurde, 
"eingemessen" werden. Dabei wird Strom durch das Kabel geschickt, 
welcher mit einer Stromzange gemessen wird. Der Abgelesene Wert wird 
anschließend manuel via Tasten und Display in der Auswerteeinheit 
eingegeben und damit das Verhältnis ADU Bit/mA Strom gespeichert. Das 
funktioniert ganz gut, allerdings wirken sich andere stromdurchflossene 
Kabel in der Nähe sowie die teils riesigen Lautsprecherpermanentmagnete 
auf den Sensor aus (auch in 50cm Abstand) - d.h. Dieser(bzw. das Kabel) 
darf nach dem Einmessen nicht mehr verrutschen. Alles doch sehr 
fehleranfällig.

Ich moechte jetzt ein etwas anderes Verfahren anwenden-> Open Loop

Ich habe jetzt schon gegoogelt, aber finde immer nur fertige Module mit 
Einschränkungen wie z.b. Messbereich erst ab 10A usw und die sind 
schweine teuer. Es darf nicht mehr als 10 Euro pro Sensor kosten...

Nun habe ich ueberlegt und am idealsten wäre eine Ringkern (ca. 2,5cm 
Durchmesser) mit Luftspalt, wo ich halt einen günstigen eigenen 
Hallsensor einkleben kann. Zwar muesste man nun das Kabel 
hindurchfädeln, aber das wäre kein Problem. Ausserdem hätte der 
LS-Magnet etc. ja keine (bzw nur winzige) Einwirkungen, da ja einzig die 
Durchflutung des Ringkerns eine Rolle spielt, und die wird ja nur vom 
eingeschlossenes Kabel und dessen Strom bestimmt.

Hystereseschleife des Ringkerns bzw. sonstige nichtlinearitäten koennte 
ich doch via Software ausgleichen - das umständliche "Einmessen" würde 
ja entfallen.

Habt ihr Empfehlungen zu bestimmten Produkten? Wie sieht das mit der 
Sättigung des ferromagnetischen Ringkernmaterials bei I = 500A aus?

Ich freue mich schon auf Antworten!

gruss Axel

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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um welchen Frequenzbereich geht es denn? Audio-Bereich?

Autor: user (Gast)
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na  ob  der  Eigenbau  dann  wirklich  billiger  wird  als  was 
fertiges ?


z.b.
http://www.lem.com/docs/products/ltc%20500-s%20d.pdf

DC - 100 kHz

Autor: Christoph Budelmann (Firma: Budelmann Elektronik GmbH) (christophbudelmann) Benutzerseite
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Axel Krüger schrieb:
> Hier mal ein bild ohne Gehäuse mit "mini" Kabel zu Testzwecken:
> http://www.imgbox.de/users/eisman/STROMSENSOR1.jpg
> Das
> funktioniert ganz gut, allerdings wirken sich andere stromdurchflossene
> Kabel in der Nähe sowie die teils riesigen Lautsprecherpermanentmagnete
> auf den Sensor aus (auch in 50cm Abstand) - d.h. Dieser(bzw. das Kabel)
> darf nach dem Einmessen nicht mehr verrutschen. Alles doch sehr
> fehleranfällig.

Zumindest die Störeinflüsse könntest du eventuell durch einen anderen 
Hall-Sensor reduzieren. Von Sensirion / Melexis gibt es Stromsensor-ICs 
wahrscheinlich ähnlich dem den du schon verwendest, die für Automotive 
Anwendungen gedacht sind und deutlich unempfindlicher gegenüber 
Störungen sind.

Autor: Michael M. (Gast)
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kerne für alle anwedungsfälle gibts bei amidon.
aufschneiden musst du sie aber wohl selber.

Autor: MaWin (Gast)
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> http://www.imgbox.de/users/eisman/STROMSENSOR1.jpg

Sehr wackelige Angelegenheit.

> eine Ringkern (ca. 2,5cm Durchmesser) mit Luftspalt

Darf kleiner sein, muss nur das Kabel durchpassen.
Der Schlitz (per Proxxon und Trennscheibe) muss nur so
breit sein, daß der Hallsensor reinpasst.

Der Vorteil des Kerns:

Er bündelt das Magnetfeld, so daß nur die Magnetlinien
von innen durchkommen und die von aussen abgeschirmt
werden.

Es macht also nichts, wenn das Kabel darin wackelt.

Hystereseschleifen etc. werden unwichtig, wenn du einen
hochpermeablen Ferritkern nimmst.

Aber letztlich baust du nur hallbasierte Stromwandler
nach.

Autor: maddin (Gast)
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nimm doch einfach einen stromzangenaufsatz von reichelt, ich meine ich 
habe da letzt einen gesehen für <20Euronen nur ob der Bereich passt 
müsstest du gucken...

Autor: maddin (Gast)
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PEAKTECH 4200 heißt das ding, geht aber nur bis 200A...

Autor: ... (Gast)
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Autor: Michael O. (mischu)
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Ein einfacher Ringkern um die Leitung hat nicht nur das Problem der 
"Sättigung" (nichtlinear) sondern auch der Remanenz (permanente 
Magnetisierung, obwohl kein anregendes Feld vorhanden ist).
Damit ist der Messwert leider immer noch sehr fehlerbehaftet.

Wenn es denn einigermaßen linear sein soll, kommst Du um einen 
"Kompensationswandler" nicht herum (siehe LEM Webseite).

Schreib doch mal deine Anforderungen an:

.absolute Genauigkeit (%)
.Linearität (%)
.Bandbreite (kHz)
.DC-Drift

Autor: Axel Krüger (axel)
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Also wie gesagt es sollte unter 10 euro - max 15 realisierbar sein.

@Christoph Budelmann:
Das Problem sind weitere starke Magnetfelder in der Umgebung - der 
Sensor arbeitet tadellos/misst die ja auch korrekt - man könnte ihn 
event mit ferromagnetischen Material abschirmen, aber das würde denke 
nur mehr schlecht als recht funktionieren und großen Aufwand bedeuten.

@ MaWin:

Jepp, wobei die Kabel wirklich bis zu 70mm² + Isolierung sind - daher 
nur der Schätzwert mit 2,5cm


-Bandbreite ist von 20 bis unter 150 Hz.
-Toleranz ... hmm... sagen wir mal 5%
-Linearität -sollte sich doch in software kompensieren lassen oder?

Zu den LEM Sensoren: Ja, die haben aber meistens einen VON bis Bereich, 
sind schwer zu bekommen (als Privatman) und teuer.


"Aber letztlich baust du nur hallbasierte Stromwandler
nach."
Ja genau daran haette ich ja auch gedacht - nur eben guenstiger und 
einfacher zu bekommen (Materialien).

Mit den Kompensationswandlern das ist auch eine schoene Sache, aber die 
wird man eher schlecht nachbauen koennen.

Die Methode mit den Ring - aufschneiden und Sensor dazwischen gefällt 
mir nachwievor am besten. - ja Remanenz ist eine Sache, aber die 
kommerziellen Stromsensoren haben doch auch solche Kerne?

Wie gesagt, Lichtliniaritäten kann man doch per Software ausbügeln. Im 
schlimmsten Fall (ohne mir jetzt näher darüber Gedanken gemacht zuhaben) 
tut es eine eigene selbst erstellte duch Messwerte ermittelte Tabelle im 
Flash - nur eben muss dann jeder Ringkern exakt gleich geschnitten sein 
- sollte mit einem Schnitt einer 2-3mm dicken Trennscheibe machbar sein.

gruss

Autor: Michael O. (mischu)
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Mit deinem Hallsensor kannst Du die Ursache des magnetischen Fluss 
leider nicht unterscheiden.
Wenn ein Feld gemessen wird kann es sein, dass ein DC-Strom durch den 
Leiter fließt oder dass der Kern zu einem früheren Zeitpunkt einmal 
magnetisiert wurde.
Die Remanenz kann geschätzt gut mal 5 bis 30% deines Nennflusses 
aufweisen, je nach Kernmaterial.

Eine Remanenz kannst Du gut entfernen, indem Du ein abklingendes 
magnetisches Wechselfeld anlegst. Nur das funktioniert leider nicht im 
Normalbetrieb. Vielleicht kannst Du ein hochfrequentes Wechselfeld 
(jenseits deines Frequenz-Auflösungsbereiches) kleiner Amplitude 
überlagern. Mit jedem Ummagnetisierungsvorgang erzeugst Du asymmetrische 
Verluste auf der B-H-Kurve und schiebst so die Remanenzkurve Richtung 
Ursprung.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Axel Krüger (axel)

>Also wie gesagt es sollte unter 10 euro - max 15 realisierbar sein.

Wenn es halbwegs was taugen soll, kannst du das vergessen.
Die Zeiten, wo selbermachen billiger ist, sind lange vorbei. Kauf eine 
professionelle Lösung, dort haben viele Leute viel Schweiß reingesteckt 
und verkaufen dir ein sehr gutes, fertiges Produkt zum guten Preis.

>-Bandbreite ist von 20 bis unter 150 Hz.

Da braucht es keinen Hallsensor. Ein "normaler" Stromwandler mit 
Ringkern und Sekundärwicklung tut es. Allerdings muss der eine sehr hohe 
Permeabilität haben, wegen der 20 Hz. Kriegt man aber hin. Siehe 
Transformatoren und Spulen.

>Die Methode mit den Ring - aufschneiden und Sensor dazwischen gefällt
>mir nachwievor am besten.

Naja.

> - ja Remanenz ist eine Sache, aber die
>kommerziellen Stromsensoren haben doch auch solche Kerne?

Wenn der Ringkern aufgeschnitten ist, hast du nur noch wenig Remanenz. 
Dem Luftspalt sei dank. Dann ist aber auch der Ringkern "kastriert". Die 
Profis sägen auch nicht einfach einen Ringkern auf, das ist komplexer 
als du denkst.

MfG
Falk

Autor: Michael O. (mischu)
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Sägen kann man, Problem ist nur was danach übrig bleibt :)
Die Kernmaterialien sind in der Regel sehr spröde und zerbröseln Dir 
leicht bei mechanischer Krafteinwirkung. Damals am Institut sind die 
Strommesszangen gerne mal herunter gefallen und gelegentlich die 
aufgesägten Kerne im geschützten Kunstsoffgehäuse zerbrochen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Die Profis sägen auch nicht einfach einen Ringkern auf

Doch

Hier sieht man das sehr deutlich:

http://www.conrad.de/ce/de/product/505261/

> Da braucht es keinen Hallsensor. Ein "normaler" Stromwandler mit
> Ringkern und Sekundärwicklung tut es.

Brauchen tut er nicht, aber schaden tut's auch nicht. Allerdings ist 
beim Selbstbau mit Genauigkeitsabstrichen zu rechnen, und er will wohl 
halbwegs genau messen. Für den hier

Beitrag "150A mit Mikrocontroller messen"

ist es wohl passender, der will's klein und nicht unbedingt so genau.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  MaWin (Gast)

>> Die Profis sägen auch nicht einfach einen Ringkern auf

>Doch

Nöö, die Poster oben haben das schon geschrieben, das Zeug ist ziemlich 
spröde.

>Beitrag "150A mit Mikrocontroller messen"

Jaja, die lieben Kleinen und ihre Träume ;-)

>ist es wohl passender, der will's klein und nicht unbedingt so genau.

Er muss erstmal VIEL grundlegendere Dinge lernen und umsetzen. Von 
seinem 150A Motortreiber ist er Lichtjahre entfernt.

MFG
Falk

Autor: Michael O. (mischu)
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Für Strommessungen bis 255A haben wir immer uController genommen,

ab 256A mussten wir auf DSPs ausweichen. :)

Autor: Johannes (Gast)
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> -Bandbreite ist von 20 bis unter 150 Hz.

Wenn du nur Wechselstrom messen möchtest, könnte auch eine 
Rogowski-Spule eine Lösung sein:

http://www.pemuk.com/howitworks.html
http://de.wikipedia.org/wiki/Rogowskispule

Die sind zwar auch nicht gerade billig, wenn man eine kauft. Aber es ist 
auch möglich, so etwas selber herzustellen (hab ich schon mal gemacht), 
wenn die Ansprüche an Genauigkeit und Störfestigkeit nicht so groß sind.

Der Vorteil ist, dass sich ein DC-Stör-Magnetfeld von 
Lautsprechermagneten gar nicht auswirkt.


Den Integrator kann man mit einer relativ einfachen OP-Schaltung machen.

Die obere Frequenzgrenze wird hauptsächlich durch die Spule bestimmt und 
150 Hz sind hier überhaupt kein Problem.

Die untere Grenze wird durch den Integrator und die Spule bestimmt, 20 
Hz sollten machbar sein.

Autor: Axel Krüger (axel)
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Ich muss mich korrigieren :S  Ich messe einmal sowohl 20-knapp 150Hz von 
der Endstufe zum LS wo deutlich weniger Ampere fliessen (Klemmenspannung 
LS bis 100Vss)  und eben den Strom auf der Zuleitung von der Batterie 
zur Endstufe wo dann die genannten hohen Ströme fliessen - auch 
"sinusförmig" mit dc offset

Die Frequenz ist während der Messung konst.

Vielen Dank fuer die bisherigen Tips! - fuer die Strecke Endstufe - LS 
wäre die Variante mit der Spule wirklch ueberlegenswert! Ich werde mich 
jetzt noch ein bisschen belesen und rumrechnen und dann geignete 
Materialien wie Ringkern, hallsensor für die Hallsensor Methode und für 
die Methode im letzten Post. -- Damit Probiere ich einfach mal rum und 
dann kann ich immer noch die anderen Varianten(teureren) wählen wie 
Hallmethode mit Kompensation etc.

gruss Axel

Autor: MaWin (Gast)
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> Nöö, die Poster oben haben das schon geschrieben,
> das Zeug ist ziemlich spröde.

Und ?

Liegt in deiner Werkstatt nur ein Hammer ?

Ist wie Glas mit Trennscheibe zu zersägen.

Autor: Counterfeiter (Gast)
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Ich hab mir nen Shuntwiderstand 250A = 60mV in meine Endstufenzuleitung 
gebaut... Genauigkeitsklasse 0,05

Also wenn du was genaues willst...

Bei doppeltem Strom steigt natürlich die Verlustleistung zum Quadrat.... 
aber machen wir uns mal nix vor.. meistens drückt man ja nicht länger 
als 30 Sekunden... sonst gehts aufs Material ;)

Ich hör dich schon sagen... oh nein, noch mehr Spannungsabfall :D

aber wenn du mal rechnest -> auf die 15 Watt wirst du sicher verzichten 
können ;) oder nimmst gleich nen größeren Shunt...

grüße

Basti

Autor: Volker (Gast)
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Hast Du schon mal daran gedacht,das KAbel in "U"-Form um den Sensor 
herumzuformen?
Dies würde das Magnetfeld verstärken, und die äußeren Einflüsse kommen 
weniger zum Tragen.

Für alles Andere (zumindest bei dem Sensortyp) hilft nur eine 
Abschirmung aus MU-Metall, und das willst Du Dir nicht leisten

Autor: Axel Krüger (axel)
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habe jetzt mal shunt widerstände - Preise gegoogelt - 60mV/300A ca. 60 
Euro beim ersten Treffer + zusätzliche Kabel(schuhe)   >>10Euro. 
Ansonsten waere das natuerlih ideal - es gab frueher ja mal ein 
kommerzielles System das so gemessen hat fuer Audioendstufen.

Hier mal Bilder von meinen bisherigen Sensor, damit das Bild "der 
Wackeligen" Angelegenheit verschwindet:
http://www.imgbox.de/users/eisman/240620101029.jpg
http://www.imgbox.de/users/eisman/240620101031.jpg

Super Robust(mechanisch gesehen) das Ganze!

Das Kabel rumwickeln um den Sensor um das Magnetfeld zu verstärken, 
waere mechanisch bei einem etwas anderen Sensorgehause beim duenneren 
Lautsprecherkaber zwar machbar, aber damit wuerde ich auch den 
Messbereich verkleinen - der Sensor wuerde dann schon bei weniger Ampere 
bei dem "duennen" LS Kabel voll Aussteuern.

Das ist echt krass - 20A  durch ein Kabel direkt am IC hat die gleiche 
Wirkung wie ein relativ kleiner LS-Magnet in 30cm Entfernung.

gruss

Autor: Axel Krüger (axel)
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Ich gebs auf --> habe kurz mit dem Gedanken gespielt, einen closed Loop 
Sensor zu bauen - was ja Prinzipiell mit einem Leistungsopv (zb L165) 
usw. machbar waere, da die Remanenz echt das groeßte Problem bei der 
open loop methode darstellen wuerde - ich habe heute gesucht gesucht 
gesucht und auf einer Hobbyelektronik Seite einen Ferritkern mit 26mm 
Innendurchmesser fuer superguenstige 2,00eus gefunden!!!

Jedoch bei Reichelt und Co habe ich nur den Hallsensor KMZ10B gefunden, 
der nur 4mV/(kA/m) ausgibt, und dann noch die Offsetgeschichten etc... 
Zudem wuerde ich bei 400A Primaerstrom eine mordsverlustleistung in der 
Sekundaer wiklung inkl. Messwiederstand haben.

Da auch nie sichergestellt ist, dass der Closed Loop immer mit Strom 
versorgt ist wenn Strom durchs Kabel fliesst, wuerde der Kern schon nach 
kurzer Zeit magnetisiert sein.

Dieser Open Loop hier ist interessant: 
http://de.farnell.com/lem/htfs-400-p/current-trans...

Aaber erstens ist der Innendurchmesser mit 22mm zu klein, und zweitens 
wie macht LEM das mit der Remanenz? Bei meinem oben genannten Ring 
waeren es bei 400A ueber 4kA/m Feldstaerke im Ring.

Ich werde dann wohl doch bei meinen "alten" Sensoren bleiben, die bei 
korrekter Handhabung eine Genauigkeit von ca. 98% haben bei noch weit 
ueber 100A.

Autor: R. Freitag (rfr)
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Lass den Strom einfach durch ein Rohr fliessen und befestige den Sensor 
innen.

Gruss

Robert

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  R. Freitag (rfr)

>Lass den Strom einfach durch ein Rohr fliessen und befestige den Sensor
>innen.

Optimal! Dann zeigt der immer Null an. ;-)

Google mal nach Koaxialwiderstand.

MfG
Falk

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