Spannung berührungslos Messen

Antennen sind dafür gebaut, möglichst viel abzustrahlen bzw zu 
empfangen.

Kabel hingegen sollen idealerweise nichts Abstrahlen. Was du auf diese 
Art empfängst, sind ungewollte Seiteneffekte. und weil sie ungewollt 
sind, wirst du dazu auch keine klaren finden.

Ich bin auch nicht Sicher, ob du so den Nulldurchgang korrekt erfassen 
kannst. Denn jeder Verbraucher und (in geringem Maße auch) jeder Leiter 
bewirken eine Phasenverschiebung.

Hall Sensor? Generell sollte das erstmal ein Magnetfeld sein. Mit einer 
Spule sind vermutlich auch bessere Ergebnisse zu bekommen.

Was Du da machst ist nichts anderes als das Signal kapazitiv an Deine 
Schaltung zu koppeln.
Ein Leiter innen und ein Stück Kupfer aussen umlaufen bildet einen 
Zylinderkondensator.
Hier steht, wie man ihn berechnen kann:
http://de.wikipedia.org/wiki/Zylinderkondensator

Das findest du in jedem Fachbuch zu den Grundlagen.
Stell dir das mal so vor:
Die Isolierung deiner Leitung ist das Dielektrikum und die Kupferfolie 
ist die eine Elektrode und die Leitung die andere. Das ist einfach ein 
Kondensator. Und genau so kannst du das auch berechnen.
Du kannst aber auch eindache einen Kondensator in Reihe an den AD Port 
hängen. Da wirst du genau den gleichen Effekt haben.

Gruß

Guest schrieb:
> Hall Sensor? Generell sollte das erstmal ein Magnetfeld sein. Mit
> einer
> Spule sind vermutlich auch bessere Ergebnisse zu bekommen.

Magnetfelder hat man erst, wenn auch Strom fließt. Möchte man 
Nulldurchgänge sehen, wenn noch kein Strom fließt (z.B. um diesen dann 
erst einzuschalten), ist eine kapazitive Kopplung schon von der Idee her 
nicht das schlechteste.

Allerdings ist natürlich die Kapazität des Kondensators aus Draht und 
Kupfermantel nicht eben sehr groß.

mse2 schrieb:
> Guest schrieb:
>> Hall Sensor? Generell sollte das erstmal ein Magnetfeld seinJa. Mit
>> einer
>> Spule sind vermutlich auch bessere Ergebnisse zu bekommen.
>
> Magnetfelder hat man erst, wenn auch Strom fließt. Möchte man
> Nulldurchgänge sehen, wenn noch kein Strom fließt (z.B. um diesen dann
> erst einzuschalten), ist eine kapazitive Kopplung schon von der Idee her
> nicht das schlechteste.
>
> Allerdings ist natürlich die Kapazität des Kondensators aus Draht und
> Kupfermantel nicht eben sehr groß.

Ja richtig, ich habe direkt an Stromzangen gedacht und bin dann davon 
ausgegangen, dass eben auch Strom fließt. Wenn man das Kabel nicht 
ändern kann (Material und Durchmesser) wird die Kopplung aber wohl nur 
besser werden, wenn der TO auch die Fläche größer macht.  Geht das 
nicht, hat er pech gehabt und könnte es mal mit digitaler 
Signalverarbeitung versuchen. Zum Beispiel mit einem Sinus korrelieren, 
um die Phasenlage zu schätzen.

Steff schrieb:
> Ich möchte gerne 230V Wechselspannung berührungslos messen, um letztlich
> die Nulldurchgänge feststellen zu können. Der Wert ist nicht
> entscheident.
Eine Sache ist dabei noch zu bedenken: Deine Kapazität bildet zusammen 
mit dem Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung einen Hochpass, 
der die Phase des Sinus entsprechend verschiebt. Sofern Dein 
Eingangswiderstand nicht die Größenordnung von 10GOhm oder mehr hat, 
hast Du eine große Phasenverschiebung zwischen dem Netzsinus und Deinem 
Signal, sodass die Nulldurchgänge nicht an den gleichen Stellen sind.

Mampf F. schrieb:
> dass man den Strom durch
> das Kabel erhält.

...den er aber gar nicht will, wie schon gesagt wurde.
Er möchte die Spannung haben, um auch einen Leiter, der nicht 
stromdurchflossen ist, auswerten zu können.

um weiterzudiskutieren, sollte man wissen, ob der TO Spannung oder Strom 
meint. Die Kapazitive Kopplung erfasst die Spannung zwischen Leiter und 
GND der Schaltung. Man könnte die Kopplung auch als 
Spannung-Strom-Wandlung auffassen, den AD-Wandler eher niederohmig 
auslegen. Dann hat man im Nulldurchgang das ADC-Betrags-Maximum. Ist die 
Spannung nicht sinusförmig, wie es bei nachgeschaltetem Triac oder 
Gleichrichter-Ladeelko gern vorkommen kann, hat man an dieser Stelle 
Pech gehabt.
Eine Strommesszange ist ein ganz anderes Prinzip, kann als AC-Messung 
ausgeführt sein (Trafo mit Messwicklung niederohmig abgeschlossen; oder 
aber mit Hall-Sensor. Damit würde man hinweise auf den 
Strom-Nulldurchgang erhalten; aber nicht auf den 
Spannungs-Nulldurchgang! Wenn der Strom durch ein Triac geschaltet wird, 
ist das dann auch nicht verwendbar.

abc.def schrieb:
> um weiterzudiskutieren, sollte man wissen, ob der TO Spannung oder Strom
> meint.

Dafür muss man sich nur den Titel des Threads anschauen. Da steht ganz 
eindeutig:
"Spannung berührungslos messen"

npn schrieb:
> abc.def schrieb:
>> um weiterzudiskutieren, sollte man wissen, ob der TO Spannung oder Strom
>> meint.
>
> Dafür muss man sich nur den Titel des Threads anschauen. Da steht ganz
> eindeutig:
> "Spannung berührungslos messen"
einmal das!

Mampf F. schrieb:
> Normalerweise wickelt man ein paar Windungen Draht um das Kabel
> und der
> Stromfluss induziert Spannung. Wie ein Trafo ...
Natürlich könnte man das Magnetfeld detektieren, wenn eines da wäre 
(sprich: Strom flösse). Aber nicht so, wie Du beschrieben hast!
Die Magnetfeldlinien laufen kreisförmig um den Leiter. Damit etwas in 
einer Leiterschleife induziert wird, müssen diese Feldlinien durch die 
Schleife hindurch gehen. Du schlägst vor, den Draht, der die Schleife 
bilden soll, in Richtung der Feldlinien zu wickeln. Der Effekt wäre 
minimal bis Null.

mse2 schrieb:
> ... Der Effekt wäre
> minimal bis Null.
Ergänzung dazu: bei einer Stromzange läuft kein Leiter um den 
stromführenden Draht sondern ein Ferrit. Um diesen Ferrit herum ist die 
Spule gewickelt, in der dann in der Tat das induziert wird, was zum 
Messen verwendet werden kann.

Harald Wilhelms schrieb:
> Wie bereits gesagt, ist das eine kapazitive Kopplung. Da bei einer
> solchen Kopplung auch Ströme fliessen, kann man nicht unbedingt
> von "berührungslos" sprechen. Wesentlich definierter kannst Du
> eine solche Kopplung aber mit einem normalen Kondensator machen,
> den Du direkt an Deiner 230V-Spannung anschliessen kannst.

Der Vorteil der Drahtummantelungsmethode ist immerhin, dass der 
Spannungsführende Draht nicht angetastet werden muss, was ein geringeres 
Sicherheitsrisiko bedeutet.
Als Bastler würde ich das lieber so machen als die 230V-Leitung 
anzuzapfen (wobei: kommt darauf an, wozu die Nulldurchgänge benutzt 
werden sollen, wenn am Ende sowieso 230V-Leitungen geschaltet werden... 
naja, muss jeder selber wissen!).

Danke ersteinmal für die vielen Antworten und guten Hinweise!

Die meisten haben es ja richtig gelesen, es soll die Spannung gemessen 
werden. Den Strom, wenn denn einer fließt, messe ich zusätzlich mit 
einem Hallsensor. Nun brauche ich die Nulldurchgänge, um die 
Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung zu messen.

Mir geht es im Moment hauptsächlich darum, die Messmethode zu 
verbessern. Im Moment ist es ja ein Zylinderkondensator und der liefert 
mir auch ein schönes Signal (in wieweit die Phasenverschiebung korrekt 
oder verschoben ist, muss ich noch überprüfuen).

Schön wäre es, wenn der Leiter nicht umhüllt werden muss, so wie bei den 
Flukemessgeräten. Es stellt sich aber die Frage, wie die die Elektrode 
ausführen. Sie muss schließlich empfindlich sein, darf aber auch nicht 
jeden Mist einfangen...

Steff schrieb:
> Die meisten haben es ja richtig gelesen, es soll die Spannung gemessen
> werden.

Den kleinsten Netztrafo, den man kriegen kann, an die 220V, und von der 
Sekundärspannung nach allen Regeln der Kunst den Nulldurchgang messen. 
Und bevor jetzt kommt, es fließt kein Strom, parallel an die 
Netzspannung.

MfG Klaus

Es ist leider nicht möglich etwas an die Netzspannung anzuschließen, 
daher berührungslose Messung.

http://www.elektronik-labor.de/Labortagebuch/Tagebuch08/Tagebuch0408.html#rel

Sebastian schrieb:
> http://www.elektronik-labor.de/Labortagebuch/Tageb...

Es geht um Spannung, nicht um Strom.

und wann steigt in deiner leitung der strom an?

Garnicht, denn es fließt nicht immer Strom.

Wenn du einen Vorschlag hast, schreib es bitte konkreter.

Sebastian schrieb:
> und wann steigt in deiner leitung der strom an?
- Wenn man die Impedanz verkleinert
- 90° nachdem die Spannung ansteigt wenn man einen induktiven 
Verbraucher hat
- Irgendwann zwischen 0° und 90° nachdem die Spannung ansteigt wenn man 
einen ohmsch-induktiven Verbraucher hat
- 90° bevor die Spannung ansteigt wenn man einen kapazitiven Verbraucher 
hat
- Irgendwann zwischen 0° und 90° bevor die Spannung ansteigt wenn man 
einen ohmsch-kapazitiven Verbraucher hat
- In Phase mit der Spannung wenn man einen rein ohmschen Verbraucher 
hat.

Schon traurig, dass hier viele en Unterschied zwischen Strom und 
Spannung nicht kennen...

ET schrieb:
> Schon traurig, dass hier viele en Unterschied zwischen Strom und
> Spannung nicht kennen...
Nicht wahr?! (Gerade in diesem Forum sollte man doch denken, ...)

Bevor das jetzt in einen "hate-thread" umschlägt, bitte zurück zum Thema 
:D

Also, nochmal zurück zum Anfang:

Mittels kapazitiver Kopplung soll das Elektrische Feld eines Leiters 
gemessen werden. An dem Leiter ist kein Verbraucher (zumindest nicht 
immer).

Zylinderkondensator, wie ich es bisher gemacht habe, funktioniert ganz 
gut.

Die Frage ist nun, wie könnte man das noch Verbessern? Wie machen es 
Fluke und co (das Kabel wird nicht umschlossen)?
Der Trick ist offenbar mehrere Kondensatoren in Reihe zu schalten, da 
die größte Spannung am Kondesator mit der kleinsten Kapazität abfällt.

Wie könnte man das also übertragen?
Über den kleinen Kondensator die Spannung messen. Das wäre eventuell 
eine Möglichkeit.

Leiter
||
||Kupferfolie   kleines C
|| |-------------||-----------GND
||
||

> Der Trick ist offenbar mehrere Kondensatoren in Reihe zu schalten,
> da die größte Spannung am Kondensator mit der kleinsten Kapazität abfällt.

Genau so. Denn ein Widerstand würde wiederum die Phase verschieben.

Allerdings, wird dieses Konstrukt auch auf Radiowellen reagieren. Man 
könnte einen Filter dahinter schalten, der nur 50Hz durchlässt, doch der 
würde wiederum die Phase verschieben.

Ist alles nicht so einfach, wie man es gerne hätte.

Harald Wilhelms schrieb:
> Steff schrieb:
>
>> Die Frage ist nun, wie könnte man das noch Verbessern?
>
> Wie bereits gesagt, richtigen Kondensator für definierte Verhältnisse.
> So oder so muss aber der Spannungsanschluss für 230V isoliert werden.
> Besser wäre ein (Spannungswandler-)Trafo, weil man dann wirklich
> eine echte, galvanische Trennung hätte.

Sorry, aber so ganz verstehe ich nicht, wie du das meinst.
Der Kondesator soll also direkt an die Leitung angeschlossen werden? Das 
geht leider nicht. Genauso kann ich auch keinen Trafo anschließen.

Stefan Us schrieb:
>> Der Trick ist offenbar mehrere Kondensatoren in Reihe zu
> schalten,
>> da die größte Spannung am Kondensator mit der kleinsten Kapazität abfällt.
>
> Genau so. Denn ein Widerstand würde wiederum die Phase verschieben.
>
> Allerdings, wird dieses Konstrukt auch auf Radiowellen reagieren. Man
> könnte einen Filter dahinter schalten, der nur 50Hz durchlässt, doch der
> würde wiederum die Phase verschieben.
>
> Ist alles nicht so einfach, wie man es gerne hätte.

Ich werde das ausprobieren. Ein zusätzlicher Filter ist kein Problem.


Viele Dank an alle, die sich beteiligt haben!

Steff schrieb:
Stefan Us schrieb:
>>> Der Trick ist offenbar mehrere Kondensatoren in Reihe zu
>> schalten,
>>> da die größte Spannung am Kondensator mit der kleinsten Kapazität abfällt.
>>
>> Genau so. Denn ein Widerstand würde wiederum die Phase verschieben.

> Ich werde das ausprobieren. Ein zusätzlicher Filter ist kein Problem.

Irgend einen Widerstand (bzw. Impedanz) wirst Du in jedem Falle an 
dieser Stelle haben. Mit welcher Elektronik soll das Signal denn 
ausgewertet werden? Deren Eingangswiderstand (oder -impedanz) wirkt 
hier.

> Irgend einen Widerstand (bzw. Impedanz) wirst Du in jedem
> Falle an dieser Stelle haben.

Es gibt auch kapazitiv arbeitende Bauteile, zum Beispiel OP-Amps mit 
Feldeffekt-Transistoren an den Eingängen (z.B. TL071).

Harald Wilhelms schrieb:
> Steff schrieb:
>
>> Der Kondesator soll also direkt an die Leitung angeschlossen werden? Das
>> geht leider nicht.
>
> Das tust Du aber, auch wenn Du das nicht so siehst. Nur, das Dein
> Kondensator etwas anders aussieht und recht undefinierte Daten hat.
Physikalisch gesehen ist das zwar richtig, sicherheitstechnisch gibt es 
aber schon einen Unterschied, ob man auf die blanke Ader zugreift oder 
nicht.

Steff schrieb:
> Es ist leider nicht möglich etwas an die Netzspannung anzuschließen,
> daher berührungslose Messung.

Irgendwie wird doch die Netzspannung an die Leitung kommen und wenn ein 
Verbraucher dran ist, wird der doch auch irgendwie angeschlossen sein. 
Man kann sich das Leben auch kompliziert machen.

Spannung kann nur zwischen zwei Punkten (Potentialen) gemessen werden.
Ein Potential kann dabei das Erdpotential sein.
Eine Messung könnte eventuell wie folgt stattfinden.

Potential 1                   Potential 2
(z.B. Leiter 1                Leiter 2 z.B. Erde oder
 z.B. Außenleiter 1)          oder Neutralleiter)

   |                 C              |
   |X|---+-----------||-------+---|X|
   |     |                    |     |
   |     |        R_______    |     |
   |     +--------|       |---+     |
   |              |_______|         |

Das "X" steht für einen Isolator, der hier als Dielektrikum der
kapazitiven Ankopplung an beiden Leitern dient.
Der sehr hochohmige Widerstand R entlädt die Kapazität C.
Die Spannung an der Kapazität "C" und parallel am Widerstand "R" folgt
aufgrund der kapazitiven Kopplung der Spannung zwischen den beiden
Leitern (z.B. L1 und N). An Stelle des Widerstandes "R" kann ersatzweise 
oder
zusätzlich eine OP-Schaltung (Komparator) andocken.
Die neutralleiterseitige Ankopplung könnte eventuell als Potentialbezug 
0V
dienen! Die Isolation und die Fläche der Ankopplung an die Leiter 
sollten
flächen-, dicken-, material- und abstandsgleich ausgeführt werden.

Werner W. schrieb:
> trebor schrieb:
>> Spannung kann nur zwischen zwei Punkten (Potentialen) gemessen werden.
>
> Jau. Vier Jahre später....

Und ein Fluke T6-600 misst die Spannung (AC) auch berührungslos.