Hallo Leute,
ich möchte gerne einen DC-Strom messen, dem ein AC-Strom überlagert ist.
Der AC-Strom kann dabei Werte von bis zu 60A annehmen, der DC-Offset
kann max. +-2A betragen. Die Spannung beträgt 230V (325V Spitze) @ 50Hz.
Praktisch bedeutet das ja, dass der Sinusstrom (AC) um den Betrag des
DC-Offset nach oben oder nach unter verschoben ist.
Gibt es eine einfache möglichkeit den DC-Stom von dem AC-Strom zu
trennen, wie es z.B. bei einem Oszilloskop über einen in Reihe
geschalteten Kondensator gemacht wird.
Mir ist auch noch nicht klar was prizipiell die beste Methode ist den
Strom zu messen. Möglichkeiten wären ja über einen Shunt bzw. einen
Stromsensor.
MAVAC
zB. LEM Stromwandler.
AC/DC Trennung machst du erst dort wo statt des Stroms dann eine
Spannung gemessen wird. Im Fall des Stromwandlers dann die
Ausgangsspannung. Den DC kannst du einfach eliminieren in dem du den
Wert über einen Kondensator in deine Spannungsmessung einkoppelst.
Beispiel:
http://www.lem.com/hq/de/component/option,com_catalog/task,displaymodel/id,90.J3.23.000.0/
Dawatt schrieb:> Wie ist es technisch möglich, dass bei 230V AC ein DC Strom auftritt?
z.B. wurden dafür besondere RCDs entwickelt um solche Gleichfehlerströme
zu erkennen. Defekte Frequenzumrichter oder Photovoltaikwechselrichter
können sowas hervorrufen.
MAVAC schrieb:> Gibt es eine einfache möglichkeit den DC-Stom von dem AC-Strom zu> trennen,
Bessere Multimeter bieten eine solche Möglichkeit, die können aber
nicht direkt 60A messen. Da braucht man einen zusätzlichen Shunt.
Gruss
Harald
Udo Schmitt schrieb:> AC/DC Trennung machst du erst dort wo statt des Stroms dann eine> Spannung gemessen wird.
Jop, das ist klar. In beiden Fällen, also mittels Stromsensor bzw. Shunt
möchte ich zunächst auf eine Spannung wandeln. Problem ist nur das ich
mit einer Genauigkeit von 1mA messen möchte wenn ein AC-Strom von 50A
fließt. So wie ich das im Moment sehe haben Stromsensoren (LEM,
Vacuumschmelzen, etc..) keine ausreichende Genauigkeit. Was dann noch
möglich wäre das ganze auf mehrere Messbereich aufteilen.
> Den DC kannst du einfach eliminieren in dem du den> Wert über einen Kondensator in deine Spannungsmessung einkoppelst.
Jop, also wie beim Oszilloskop. Gibt es denn dann noch eine möglichkeit
auf den DC-Offset zu schließen. Also könnte man ja z.B. die Amplituden
von AC+DC und nur AC Vergleichen und aus der Differenz müsste man ja auf
den DC-Offset schließen können, oder? Oder gibt es da elegantere
Lösungen?
MAVAC schrieb:> roblem ist nur das ich> mit einer Genauigkeit von 1mA messen möchte wenn ein AC-Strom von 50A> fließt.
Sportlich sportlich, Wie immer kommt so eine Aussage erst hinterher. Um
diese Genauigkeit zu erreichen ist nichts mehr mit Bastelei. Da wird es
richtig teuer!
Udo Schmitt schrieb:> Sportlich sportlich, Wie immer kommt so eine Aussage erst hinterher. Um> diese Genauigkeit zu erreichen ist nichts mehr mit Bastelei. Da wird es> richtig teuer!
Ich dachte ich heb mir das beste für den Schluss auf ;-) Nein, kleiner
Scherz. Diese genauigkeit möchte ich nur erreichen wenn ich AC+DC nicht
von einander Trennen kann, da ich den DC-Offset der max. +-2A sein kann
auf 1mA genau messen möchte. Wenn ich es aber bewerkstelligt bekomme,
dass ich AC und DC getrennt bekommt reicht mir im AC eine schlechtere
Auflösung.
Mal nochmal zurück zum Kondensator. Wie würde man soetwas überhaupt
dimensionieren? Also bei einer DC-Spannung ist der kapazitive
Blindwiderstand eines idealen Kondensator ja unendlich Groß. Bei einer
einer Frequenz von 50Hz und einem Kondensator von sagen wir mal 47µF
würde der kap. Blindwiderstand ja ~68 Ohm betragen. Das ist doch
eigentlich nur ein Problem wenn ich am "Ausgang" des Kondesators nicht
hochohmig Messe?
Ein weiteres Problem bei meinem oben beschriebenen Verfahren AC+DC in AC
trennen und dann die Differenz der Amplituden bestimmen, könnte ja an
der durch den Kondensator hervorgerufenen Phasenverschiebung scheitern,
oder?
MAVAC schrieb:> Mal ein ganz anderer Ansatz:>> http://www.pressebox.de/pressemitteilung/elmos-semiconductor-ag/ELMOS-Kontaktlose-Strommessung-mit-hoher-Genauigkeit/boxid/517309>> Taugen solche Sensoren etwas?
Och komm, kannst du nicht selbst lesen?
Was genau verstehst du an der Ausssage nicht:
"Die typische Genauigkeitsabweichung beträgt 1,5% FS"
Steht klar und deutlich in deinem Link!
Bedeutet daß der Fehler bei einem Sensor mit max. 100A (FS = full scale)
bis zu 1,5A beträgt.
Zudem ist das ein Pressetext, kein Datenblatt. Die Marketingfuzzies sind
ja dafür bekannt, daß sie technische Daten sehr präzise und eher
untertrieben weitergeben :-(.
Soll ich dir jetzt noch den mathematischen Beweiss erbringen, daß 1,5A
deutlich mehr ist als deine geforderten 1mA??????
Ich bin hier raus.
Gute Meßinstrumente haben eine Genauigkeit von 1%.
Du forderst eine Genauigkeit von 0.05%.
Da mußt Du aber lange suchen,bist Du ein solches Instrument findest
und obendrein noch ein Vermögen ausgeben.
Für Meßinstrumente brauchst Du entsprechende Meßwiderstände.
Die noch zu gerade vertretbaren Kosten herzustellende Meßwiderstände
(in reinster Handarbeit hergestellt und mit
Wheatstonscher-Präzisionsbrücke ausgemessen liegt bei 0,5 %).
Hinzu kommt der Temperaturkoeffizent. Allein der macht schon Deine
gefordete
Genauigkeit zum unerfüülbaren Wunschtraum.
Edgar
Edgar Falke schrieb:> Die noch zu gerade vertretbaren Kosten herzustellende Meßwiderstände> (in reinster Handarbeit hergestellt und mit> Wheatstonscher-Präzisionsbrücke ausgemessen liegt bei 0,5 %).
Naja, da ist man inzwischen etwas weiter. Widerstände mit Toleranzen
von 10 E-4 sind problemlos kaufbar; aber eben nicht billig.
Gruss
Harald
Udo Schmitt schrieb:> Bedeutet daß der Fehler bei einem Sensor mit max. 100A (FS = full scale)> bis zu 1,5A beträgt.
Ja, im Vergleich zu den Stromsensoren ala Lem, Vacuumschmelte ist die
Genauigkeit schlechter. Allerdings sehe ich andere Vorteil, wie z.B.
eine geringere Empfindlichkeit gegen Einstreuungen von außen.
Aber ich muss dir schon recht geben, der Text ist natürlich mit einem
gewissen Hintergrund so geschreiben.
Edgar Falke schrieb:> Für Meßinstrumente brauchst Du entsprechende Meßwiderstände.> Die noch zu gerade vertretbaren Kosten herzustellende Meßwiderstände> (in reinster Handarbeit hergestellt und mit> Wheatstonscher-Präzisionsbrücke ausgemessen liegt bei 0,5 %).
Das würde ich so nicht unterschreiben. Klar, macht es sinn einen genauen
Messwiderstand einzusetzen. Aber ist das den wirklich notwendig. Gerade
bei hochwertigen Messgeräten besteht ja auch immer die möglichkeit der
Kalibrierung.
Also würde ich einfach den Strom mit einem kalibierten Messgergerät
messen und dann meine Anzeige / Messwerte über eine einfach
Geradengleichung anpassen. Dann kann man noch die ganze Aperatur in eine
Klimaschrank stellen, damit man etwaige Temperatureinflüsse bei der
Kalibierung ausschließt.
Eine spätere Kompensation der Temperatureinflüsse kann man dann über
einen Temperatursensor + µC und ein wenig Mathematik vollziehen.
Aber möglicherweiße benötige ich diese hohe genauigkeit gar nicht. Zu
meinem Verfahren den DC-Offset aus der (AC+DC - AC) Differenz zu
bestimmen hat noch keiner eine aussage gemacht.
MAVAC schrieb:> Maybe schrieb:>> AC und DC über einen Shunt, die Shuntspannung über eine Spule anstatt>> Kondensator...>> Ja, werde ich auf jedenfall mal ausprobieren.
Der Shunt muss natürlich für den vollen (Misch-)Strom dimensioniert
werden. Ich denke, Deine recht hohen Genauigkeitsforderungen wirst
Du nicht einhalten können. Vielleicht musst Du Dein ganzes Konzept
neu überdenken und den Gleichstrom beispielsweise dort messen, wo
er in Dein Signal eingekoppelt wird.
Gruss
Harald
Vielleicht geht der folgende Weg: Einfach den Gesamtstrom über einen
Stromsensor auskoppeln und mit einem halbwegs schnellen und genauen ADC
die beiden Halbwellen erfassen. Aus der Differenz zwischen positiver und
negativer Halbwelle könnte man den DC-Anteil ermitteln und aus der Summe
von positiver und negativer HW den Gesamtstrom. Das ganze noch mit
entsprechendem Oversampling / Tiefpass um höherfrequente Störungen zu
eliminieren.
Allerdings ist auch damit die geforderte Genauigkeit nicht zu erreichen,
schon allein wegen der Daten der üblichen Stromsensoren...
So ganz klar sind mir Deine Vorstellungen immer noch nicht:
Gilt die 0,1 mA Genauigkeitsanforderung auch bei den 2A? Oder ist das
nur die kleinste Auflösungsstufe, die Du haben möchtest?
Sprich: Willst Du zwischen 2000,0 mA und 2000,1 mA (0,005 %)
unterscheiden können, oder reicht Dir die Unterscheidungsmöglichkeit
zwischen 2,00 A und 2,02 A (1%), aber auch 10mA und 10,1 mA (1%)?
Und brauchst Du wirklich diese "Genauigkeit", oder nur die "Auflösung"?
Die genaue Höhe des AC-Stroms scheint für das Messproblem ja
uninteressant zu sein.
Drehspulinstrument parallel zu einem Kondensator, vor beides ein
entsprechender Vorwiderstand, und das parallel zum Shunt? Die Trägheit
des Drehspulinstrumentes bildet dann den Tiefpass.
Harald Wilhelms schrieb:> Der Shunt muss natürlich für den vollen (Misch-)Strom dimensioniert> werden.
Jap, ist mir klar, also max. 62A spitze + noch ein wenig Sicherheit.
> Ich denke, Deine recht hohen Genauigkeitsforderungen wirst> Du nicht einhalten können.
Bei dem Einsatz von einem Stromsensor stimme ich da mit dier überein, da
habe ich bis jetzt nur welche mit einer besten Genauigkeit von 0,5% FS
gesehen.
Aber bei dem Einsatz eines Shunts wird die Genauigkeit / Auflösung ja
nur durch den Differenz-Verstärker bzw. AD-Wandler begrenzt. Da könnte
ich mir vorstellen dass das möglich ist. Dann müsste man nur einen
Differnzverstärker mit hoher Gleichtaktspg. finden.
> Vielleicht musst Du Dein ganzes Konzept> neu überdenken und den Gleichstrom beispielsweise dort messen, wo> er in Dein Signal eingekoppelt wird.
Das ist mir leider nicht möglich, sonst hätte ich das natürlich gemacht.
Aber vllt. klappt das ja mit der Trennung von AC und DC-Strom.
Jens schrieb:> Allerdings ist auch damit die geforderte Genauigkeit nicht zu erreichen,> schon allein wegen der Daten der üblichen Stromsensoren...
Jop das stimmt wohl, aber vllt. mit einem Shunt?
> Vielleicht geht der folgende Weg: Einfach den Gesamtstrom über einen> Stromsensor auskoppeln und mit einem halbwegs schnellen und genauen ADC> die beiden Halbwellen erfassen. Aus der Differenz zwischen positiver und> negativer Halbwelle könnte man den DC-Anteil ermitteln und aus der Summe> von positiver und negativer HW den Gesamtstrom. Das ganze noch mit> entsprechendem Oversampling / Tiefpass um höherfrequente Störungen zu> eliminieren.
Ja, ist eine möglichkeit aber da müsste man sich schon sehr verbiegen um
anährend an die Genauigkeit ran zu kommen um dann letzten endes zu
merken, dass es doch nicht reicht. Aber ist an sich eine Super idee und
vorallem vergleichsweise Kostengünstig, da ja der meißte Teil in
Software erledigt wird.
Achim Hensel schrieb:> Sprich: Willst Du zwischen 2000,0 mA und 2000,1 mA (0,005 %)> unterscheiden können,
Jap, das will ich. Und das ist denke ich auch realistisch, da ich das
schon einmal für DC-Strom mit einem Shunt und einem INA826 für natürlich
geringere Spannungen (30V) erreicht habe. Allerdings nochmal mit
anpassung der Messkurve in einem µC über eine Geradengleichung.
Natürlich ohne jetzt irgendwelche Temperaturdrifts zu beachten.
> Die genaue Höhe des AC-Stroms scheint für das Messproblem ja> uninteressant zu sein.
Das ist nur dann richtig wenn ich AC und DC-Strom voneinander getrennt
bekomme ohne die Genauigkeit durch z.B. einen davorgeschalteten
Stromsensor zu verschlechtern. Somst muss ich ja, wenn ich es rein in
Software löse irgendwie 1mA DC bei einem 60A überlagerten AC Strom
messen.
MAVAC schrieb:> Natürlich ohne jetzt irgendwelche Temperaturdrifts zu beachten.
Die geforderten 0,005% sind 50ppm (oder irre ich mich da?).
Die Gain-Drift lt. Datenblatt des INA826 liegt bei 35ppm/K (für G>1).
Bei 2°C Temperaturunterschied also mehr als die gewollten 50ppm.
Hinzu kommen noch TK von Shunt, Gain-Einstell-Widerstand, und andere
Drifts, die Abhängigkeit vom AC-Strom, ...;
Ich bezweifel daher aus dem Bauch heraus, dass Deine DC-Schaltung eine
Genauigkeit von 50ppm hat, auch wenn sie die betreffende Auflösung
liefert.
Wenn Dir aber reicht, dass Du einen Stromunterschied von 0,1mA bei 2A
detektieren möchtest, ohne genau wissen zu müssen, ob es jetzt 2000,1mA
zu 2000,0mA statt 2000,1mA zu 2000,2mA sind, also eine geringere
Genauigkeit, aber entsprechende Auflösung reicht, (und Du vorher und
auch später regelmäßig die individuellen Messkurven aufnehmen kannst),
könnte man sicher eine entsprechende Schaltung finden.
Also Kondensator seriell zu Widerstand (bildet einen Spannungsteiler mit
unterschiedlichem Verhalten für Gleich- und Wechselstrom), das ganze
parallel zum Shunt. Messung des Spannungsabfall parallel zum
Kondensator, meinetwegen mit dem INA826; dessen Ausgangssignal dann auf
einen ADC. Das ganze floatet auf dem Potential vor oder nach dem Shunt.
Nach dem ADC kann man digital ohne Genauigkeitsverlust galvanisch
trennen.
So Leute ist gibt was zu Gucken, ich hab die Variante der Entkopplung
von AC und DC mal praktisch ausprobiert, dazu anbei die
Oszilloskopbilder.
Den "Strom" habe ich mit einem Funktionsgenerator simuliert, also über
eine Spannung AC+DC von der ich ausgegangen bin. Wie ich die
letztenendes erfasse sein erstmal nicht so wichtig. Frequenz habe ich
ich auf 50Hz gestellt. Das Ausgangssingal des Fktn.-Gen. hat eine
AC-Amplitude von 2V und einen DC-Offset von +1V und liegt an Channel 1
an (das Signal mit der höheren Amplitude). An Channel 2 habe ich das
selbe Signal über einen 1µF Elko geschaltet, man erkennt schon, das nach
einer gewissen Zeit nur noch die Wechselspg. zu sehen ist.
Dann habe ich mal das Signal an Ch 2 invertiert und mit dem Signal von
Ch1 addiert, es ergibt sich der Spannungsoffset von 1V mit einer
gewissen Restwelligkeit.
Das ganze habe ich auch nochmal mit einer 100µH Spule getestet, das hat
leider nicht funktioniert, diese erzeugte den selben Kurvenverlauf wie
die Fktn.-Gen. Ausgangsspannung.
Achim Hensel schrieb:> Ich bezweifel daher aus dem Bauch heraus, dass Deine DC-Schaltung eine> Genauigkeit von 50ppm hat, auch wenn sie die betreffende Auflösung> liefert.
Ja gut mag sein das ich öffters genauigkeit und Auflösung durcheinander
werfe ;-)
> Nach dem ADC kann man digital ohne Genauigkeitsverlust galvanisch> trennen.
Jap, dann am besten einen ADC mit SPI nehmen, da geht dann die
galvanische Trennung auch einfacher als bei I2C.
Ich hab mir mal den Artikel
(http://www.mikrocontroller.net/articles/Aufl%C3%B6sung_und_Genauigkeit)
durchgelesen und muss einräumen, dass ich tatsächlich Genauigkeit und
Auflösung einfach wild vermischt habe, also meine ich natürlich bei
2000mA eine Auflösung von 1mA. Danke an Achim Hensel der mich durch
seinen Text darauf aufmerksam gemacht hat.
