Strommessung mit Shunt

Ein ganz ernst gemeinter Rat: Lass es bitte. Du hast ganz offensichtlich 
nicht die nötigen Grundkentnisse dafür.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

Alfonse E. schrieb:

> Ich möchte den Strom eines beliebigen Verbrauchers (Lampe, Lötkolben,
> ...) messen. Als Spannungsquelle dient die Steckdose(max 16A).

Wie wärs, wenn Du ein normales Multimeter zum Messen benutzen würdest?
Falls Du die Meßwerte weiter verarbeiten willst: Viele Multimeter
haben einen digitalen Datenausgasng.

Alfonse E. schrieb:
> Ich möchte den Strom eines beliebigen Verbrauchers (Lampe, Lötkolben,
> ...) messen. Als Spannungsquelle dient die Steckdose(max 16A). Zur
> Strommessung dient ein Shunt (0.5-2mOhm). Da der Spannungsabfall am
> Shunt klein ist müsste ich die Spannung mittels OP verstärken.

Dann würde ich als Shunt einen 0,1 Ohm, 50W Widerstand nehmen, um beim 
Messen auf den OP verzichten zu können.

Bei einem 0.1 Ohm Widerstand sind die Verluste viel zu hoch. Ich möchte 
es schon ziemlich niedrig halten. Ich würde dann gerne mit einem AD 
Wandler die Werte einlesen und die Leistung des Verbrauchers berechnen. 
(Spannung werde ich über Spannungsteiler mit Offset messen). Außerdem 
wie hoch ist die Toleranz bei einem Widerstand der eine Leistung von 50 
Watt aushält? 10%?!

Das Ding ist ja das ein OP nur im Bereich seiner Versorgung verstärken 
kann. Also kann ich mit einseitiger Spannungsversorgung keine negativen 
Spannungen verstärken.

MfG
Alfonse

Alfonse E. schrieb:
> Ich würde dann gerne mit einem AD
> Wandler die Werte einlesen und die Leistung des Verbrauchers berechnen.
> (Spannung werde ich über Spannungsteiler mit Offset messen).

Dir ist aber schon klar, dass man auch die Phasenverschiebung zwischen 
Strom und Spannung berücksichtigen muss um die Wirkleistung zu 
berechnen.

Hallo,

meinst du, du könntest auch so etwas benutzen?

http://www.ebay.de/itm/161997902643

Damit ist nämlich deine Messung völlig galvanisch getrennt und du kannst 
die Messspannung auf ein beliebiges Potenzial deiner Wahl legen und ganz 
einfach messen.

Spannungsmessung kann auch über einen Trafo versorgen.

Falls du direkt mit einem Shunt messen willst musst du zur 
Datenübertragung eh eine galvanische Trennung realisieren. Oder du 
zeigst die Daten auf einem Display an aber musst dann ALLES so gut 
isolieren, dass überall >1000V Isolation herrschen. An allen berührbaren 
Teilen.

Falls du ein eigenes Energiekostenmessgerät entwickeln willst: Nunja. Es 
gibt coolere, ungefährlichere und erfolgsversprechendere Projekte 
mittleren Anspruchs und Energiekostenmessgeräte sind nicht teuer :D

lg

Eine andere Moeglichkeit waere es mit Hallsensoren zu machen.

Mark

@Dieter Werner
Ja ist mir klar! Man kann ja Spannung und Strom abwechselnd messen und 
addieren und dann daraus den Mittelwert berechnen.

@Paul H.
Das Ding hat aber nur einen Bereich von 5A

@Mark W.
Hallsensor zu verwenden wird schwierig da ich zum Schalten des 
Verbrauchers ein Relais verwende. Außerdem ist die größe der Platine 
sehr beschränkt und somit werden auch andere Leitung in der nähe des 
Hallsensor sein.

Mich würde es einfach interessieren, ob es trotz einseitiger 
Spannungsversorgung des OPs eine Möglichkeit gibt die Spannung an einem 
kleinen Shunt zu verarbeiten.
Ich habe von Current Shunt Monitor gehört. Die haben aber nur eine 
begrenzte Vcm (so um die 80 V) und bei High Side hätte ich ja extrem 
hohe Gleichtakspannungen.
Bei Low Side wäre das aber nicht der Fall. Dafür wird aber der 
Massepegel (vom Verbraucher gesehen) gegenüber der eigentlichen Masse 
angehoben. Wie würde das den Verbraucher beeinflussen? Laufen normale 
Verbraucher, wie Lampe, Föhn, Lötkolben, etc, weiterhin ordnungsgemäß? 
Bzw.bei welchen Geräte darf eine Anhebung auf keinen Fall vorkommen ?

MfG
Alfonse

Alfonse E. schrieb:

> Mich würde es einfach interessieren, ob es trotz einseitiger
> Spannungsversorgung des OPs eine Möglichkeit gibt die Spannung an einem
> kleinen Shunt zu verarbeiten.

Die gibt es, aber bei Deinen eher geringen Kenntnissen solltest
Du besser mit Kleinspannung und nicht mit Netzspannung arbeiten.
Gerade zur Strommessung gibt es jede Menge Fertigprodukte, die
nicht so gefährlich sind wie ein Shunt im 230V-Kreis.

Hallo,

daher nimmt man da auch Stromtrafos zur Messung.
Außerdem musst du bei deiner Shuntmessung aufpassen wie rum du den 
Stecker in die Dose steckst wenn du dein Messsignal auf einen festen 
Punkt beziehst.
Angenommen du findest einen Shunt-Monitor, der auf deiner Lowside messen 
kann und dir dein Signal Massebezogen ausgibt. Dreh den Stecker um und 
schon wird eine highside Messung draus.
Da handelst du dir nur Probleme ein und es ist gefährlich.
Aus der Steckdose kann auch kein Gleichstrom kommen, da du es hier mit 
Wechselstrom zu tun hast.

Falls du ein Energie Meter bauen willst, die funktionieren tatsächlich 
über Shunts. Da gibt es fertige Chips, die gleich 3 ADC mit 24bit mit 
eingebaut haben. Schau mal bei Microchip (da gibt es ein Evalboard dazu) 
und bei Analog Device.
http://www.analog.com/media/en/news-marketing-collateral/product-highlight/481527443EnergyMeasurementProductsFINAL.pdf

Selber da irgendwas zu machen mit LM324 und Co wird dich wohl nicht ans 
Ziel führen.

Gruß, Jens

Auch Messgleichrichter brauchen eine symmetrische Spannungsversorgung. 
Warum also keine nehmen? Einfach einen kleinen Trafo mit zwei 
Sekundärwicklungen.

Alternativ könnte man es wohl auch so wie bei den Audioschaltungen 
machen und die Spannungssignale aus dem Shunt über einen Kondensator 
einkoppeln und auf Vcc/2 legen. Man könnte auch mit einer Ladungspumpe 
ICL7660, LTC1044, eine symmetrische Spannung erzeugen.

Die Stromwandler gibt es übrigens nicht nur bis 5A, musst halt mal 
gucken. Die Spannungsmessung muss natürlich separat erfolgen, das geht 
damit nicht. Da kannst du dir jetzt überlegen, ob du die auch galvanisch 
getrennt mit einem Übertrager vornimmst.. also ein kleiner unbelasteter 
Netztrafo oder ob du sowohl Strom als auch Spannung wirklich auf 
Netzpotenzial misst und dann einfach die Daten galvanisch getrennt zu 
deiner Schnittstelle überträgst. Oder ob du das ganze einfach 
Berührungssicher gegen 1000V in ein Gehäuse einbaust.

Alfonse E. schrieb:
> Bei einem 0.1 Ohm Widerstand sind die Verluste viel zu hoch.

Bei 16A wären es 25,6W Verlustleistung am 0R1 Shunt, das sind 0,7% der 
Gesamtleistung. Die Ungenauigkeit der Leistungs- bzw. Strommessung via 
Shunt wäre < 1%, selbst wenn der Shunt eine Ungenauigkeit vom 10% besäße 
(die meisten haben 5%).

Hallo!

Gleich vorweg: Netzspannung sollte kein Spielzeug sein. Daher sollte man 
entsprechenden Respekt dafür entwickeln. (Nicht zu verwechseln mit Angst 
...) Aber ich denke mir, dessen bist du bewusst.

Ich mache etwas ähnliches wie du. Ich habe zunächst den N-Leiter als 
Bezugspotenzial für all meine Messungen definiert. Ich bin mir dessen 
bewusst, dass man dort auch schnell mal L1 anschließt, wenn man den 
Stecker dreht. Letztlich ist das aber auch egal, wenn man dafür sorgt, 
dass die komplette Außenwelt gut isoliert ist. Das heißt: alle 
Datenverbindungen nach außen sind galvanisch getrennt und du hast ein 
vernünftiges Gehäuse um die ganze Geschichte gebaut. Eine Verpolung ist 
damit eine reine Phasendrehung von Spannung und Strom um 180°.

Für die Versorgung nutze ich einen Trafo mit zwei Sekundärwicklungen. 
Zusammen mit Linearreglern komme ich dann auf +-5V mit Bezug auf den 
N-Leiter, womit ich meine gesamte Messschaltung betreibe.

Spannungsmessung: Die Schaltung besteht aus einem einfachen 
Spannungsteiler zwischen L1 und N. Achtung: Spannungsfestigkeit der 
Widerstände beachten! Die geht nach einem Tiefpass auf einen OP, der den 
Nullpunkt auf 1,75V verschiebt und dann auf den ADC des 
Mikrocontrollers, der im Bereich 0..2,5V messen kann.

Strommessung: Hier messe ich den Strom über einen 10mOhm-Shunt, über den 
ich über einen Intrumentenverstärker die abfallende Spannung messe. Hier 
verstärke ich entsprechend und schiebe ebenfalls den Nullpunkt auf 1,75V 
und messe mit einem anderem ADC-Kanal des µC.

Für die Leistungsbestimmung taste ich Strom und Spannung regelmäßig ab. 
Das passiert bei mir mit kleiner zeitlicher Verschiebung, da die 
ADC-Kanäle des µC nur gemultiplext sind. Als Datenkommunikation nehme 
ich den UART abgetrennt über Optokoppler.

Meine Lochrasterversuche sehen auch schon ganz gut aus. Bisher arbeite 
ich mit einer USV, die ich noch rumstehen hatte, im Batteriebetrieb als 
Ersatz für einen nicht vorhandenen Trenntrafo. Alle Experimente mache 
ich galvanisch getrennt vom Netz! Solltest du in jedem Fall auch machen! 
Meine nächsten Schritte werden sein: Eine vernünftige Software für den 
µC schreiben (bisher gibt es ein reines dumpen der Messwerte) und alles 
in eine gescheite Platine gießen.

Bei Gelegenheit kann ich noch mal mein LTspice Modell dazu hochladen ... 
bin aber gerade unterwegs.

Ich hoffe, das hilft dir
LG Jue


PS: Andere Messtricks, wie bspw. Trafos, kapazitive Spannungsteiler, ... 
haben mir zu viel Phasenverschiebung erzeugt. Evtl. gibts bei mir 
irgendwann Version 2, wo diese Verschiebungen softwareseitig korrigiert 
werden. Das wird aber eine ganze Ecke komplizierter ...

Danke Jürgen für deinen Beitrag! Hat mir sehr geholfen.
Mich würden dein LTspice Modell sehr interessieren. Wäre cool wenn du es 
in diesem Forumbeitrag hochladen würdest.

MfG
Alfonse

Wie versprochen hier das LTspice Modell plus Screenshot der Schaltung. 
Ich hoffe, dass ich keine exotischen Bauteile verwendet habe ...

Bitte beachten, dass die Schaltung noch frei von Schutzschaltungen ist. 
Hier und da eine TVS-Diode/Varistor wäre wohl meiner Meinung nach 
sinnvoll.

Viel Spaß und Erfolg damit! Spreng dich nicht in die Luft ;)