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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Präzisionsstromquelle 10A


Autor: Anton K. (Gast)
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Hallo Forum!
Ich bin auf der Suche nach einer Präzisionsstromquelle bis 10A. Die 
Genauigkeit sollte 0,1% oder besser sein. Kennt jemand einen Hersteller, 
der so was anbietet?
Viele Grüße
Anton

Autor: ths (Gast)
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Wechselstrom?

Gleichstrom?

Bürdenspannung?

Es macht vom Aufwand einen gewissen Unterschied, ob man einen 10 A 
Wechselstrom mit Frequenz 1 MHz in einen 1 kOhm Widerstand reindrückt 
oder 10 A Gleichstrom in 1 Ohm.

Autor: M. Köhler (sylaina)
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Anton K. schrieb:
> Hallo Forum!
> Ich bin auf der Suche nach einer Präzisionsstromquelle bis 10A. Die
> Genauigkeit sollte 0,1% oder besser sein. Kennt jemand einen Hersteller,
> der so was anbietet?
> Viele Grüße
> Anton

Keysight, B2900er Serie

Autor: Achim Hensel (anymouse)
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M. K. schrieb:
> Keysight, B2900er Serie

Vorsicht, die schaffen die 10A -- glaube ich -- nur im Pulsbetrieb. 
Dauerbetrieb geht nur bis 3A.

ths schrieb:
> Wechselstrom?
> Gleichstrom?
> Bürdenspannung?

Sehr wichtige Angaben!

: Bearbeitet durch User
Autor: Anton K. (Gast)
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Hallo,
Danke soweit. Es geht um DC-Betrieb. Die Keysight-Geräte habe ich auch 
schon gesehen. Aber wie Achim Hensel sagt, können die nur gepulst die 
10A.
Anton

Autor: Dieter Werner (dds5)
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Die Baureihe 55xx von Fluke geht teilweise bis 20A, der Preis dürfte 
aber auch beachtlich sein.

Autor: Achim Hensel (anymouse)
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Wäre ein Keithley 228 genau genug? Gibt es bei Helmut Singer für 
1500/1700 €.
Ansonsten bräuchte man ein Keithley 228A (1700/2100 €)

: Bearbeitet durch User
Autor: Spannungsteiler (Gast)
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Autor: Anton K. (Gast)
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Hallo,

vielen Dank. Ich habe mir das mal angesehen:
Keysight B2900-Serie nur 0,4% +25mA (außerdem nur gepulst, max. 1ms) :(.
Keithley 228A nur 0,5% +10mA
TDK-Lambda Zup-Serie nur 0,4% +40mA
Fluke 55xx ja, 0,06%, aber das ist wirklich oversize. Ich will 
eigentlich nur eine Stromquelle und keinen kompletten Multikalibrator. 
Der dürfte bei über 20k€ liegen...

Gruß,
Anton

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Anton K. (Gast)

>eigentlich nur eine Stromquelle und keinen kompletten Multikalibrator.

Wofür brauchst du denn so viel so genauen Strom?

Bei welcher Maximalspannung?

Der Knackpunkt einer so genauen Stromquelle ist im Wesentlichen nur die 
eigene Strommessung, der Rest ist unkritisch. Kann man ggf. selber 
bauen. Man nehmen einen sehr guten, bisweilen arg überdimensionierten 
Shunt mit 4-Draht Anschluß (Überdimensionierung = geringe Erwärmung = 
weniger Drift), der Rest ist der Klassiker aus dem Lehrbuch. Allerdings 
muss man das Ding irgendwo kalibrieren lassen. Auf YouTube gibt es ein 
Video mit Bob Pease, wo er eine 1A Präzisionsquelle baut.

Autor: Anton K. (Gast)
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@Falk Brunner

Es geht um die Charakterisierung und Validierung von Shunt-Widerständen 
von einigen 10 Mikroohm. Ich brauche bei diesen geringen Widerständen 
halt etwas Strom, damit auch ein nennenswerter Spannungsabfall zustande 
kommt.

Über den Selbstbau habe ich auch schon nachgedacht. Aber zuerst möchte 
ich wissen, was es am Markt gibt. Zu alle dem sollte die Stromquelle 
auch als Prüfmittel überwacht werden können.

Autor: Patrick J. (ho-bit-hun-ter)
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Hi

Wie sieht es aus, wenn Du den Spannungsverlauf des Shunt aufzeichnest, 
während sich ein zuvor eingemessener Kondensator durch Diesen entlädt?
Da sollten zumindest die genannten 10A machbar sein.

Stelle mir das ungefähr so vor:
Dicken Kondensator (kA, ob Doppelschicht dafür taugen) auf definierte 
Spannung aufladen.
Kondensator über Shunt kurzschließen und die Spannung am C in engem 
Zeitraster erfassen.

Um eine 'Richtung' zu bekommen, müsste man mit einem bekannten Shunt die 
Schaltung zuerst 'einnorden', damit man sagen kann: Diese Messwerte 
entsprechen einem Shunt XYZ.
Wenn diese Messung 2..3 Mal die gleichen Ergebnisse liefert, einen 
anderen, ebenfalls bekannten Shunt ausmessen und schauen, ob die 
Messwerte sich wie 'erwartet' zeigen, also, daß man durch diese Werte 
auf den Shunt schließen kann.

Wenn Dem so ist, kommen Deine auszumessende Shunts an die Reihe.


MfG

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Anton K. (Gast)

>Es geht um die Charakterisierung und Validierung von Shunt-Widerständen
>von einigen 10 Mikroohm. Ich brauche bei diesen geringen Widerständen
>halt etwas Strom, damit auch ein nennenswerter Spannungsabfall zustande
>kommt.

Nein. Der Rest der Welt schafft das auch mit weniger Strom, hier meist 
1A. Der Trick liegt in der Messung. Also suchst du keine 10A 
Konstantstromquelle sondern ein gutes Mikroohmmeßgerät. Das sind 2 
verschiedene Paar Schuhe. Siehe Netiquette!

"Besonders für Anfänger gilt: Gerade am Anfang ist es immer gut zu 
sagen, was man insgesamt erreichen will und nicht so sehr Annahmen 
darüber zu treffen, wie man es erreichen könnte und dann das Wie zu 
hinterfragen. Oft ist der Denkfehler nämlich schon im Ansatz und man 
kann besser helfen, wenn man das Ziel des Fragenden kennt."

Autor: Lurchi (Gast)
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Für das Nachmessen des Widerstandes reicht das Mikro-ohmmeter. Für die 
vollständige Charakterisierung wird man aber schon noch eine kräftige 
Stromquelle brauchen, denn nur so kann man Effekte wie die 
Eigenerwärmung und ggf. magnetische Effekte direkt erfassen. Es kann 
also gut sein, dass man auch deutlich mehr als 10 A braucht.

Allerdings wird man eher keine super genaue Stromquelle brauchen, 
sondern einen guten Shunt (oder DC Stromsenseor) und dann 1 bzw. 2 DMMs, 
um die Spannungen an beiden Shunts zu messen und zu vergleichen.

Autor: Max Mustermann (jens2001)
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Wenn du feststellst  dass du ein Problem hast das außer dir niemand hat, 
dann soltest du aufhören über die Lösung des Problems nach zu denken 
sondern lieber darüber nachdenken warum du ein Problem hast das außer 
dir niemand hat!

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Max M. schrieb:
> Wenn du feststellst  dass du ein Problem hast das außer dir
> niemand hat,
> dann soltest du aufhören über die Lösung des Problems nach zu denken
> sondern lieber darüber nachdenken warum du ein Problem hast das außer
> dir niemand hat!

/ironie_on

Genau. Wenn man so vorgeht, kann man auf den Fortschritt bequem warten.


/ironie_off

Autor: Sven D. (sven_la)
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Max M. schrieb:
> Wenn du feststellst  dass du ein Problem hast das außer dir niemand hat,
> dann soltest du aufhören über die Lösung des Problems nach zu denken
> sondern lieber darüber nachdenken warum du ein Problem hast das außer
> dir niemand hat!

Youtube-Video "Homer Simpson - Hard to do"

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Anton K. schrieb:
> Es geht um die Charakterisierung und Validierung von Shunt-Widerständen
> von einigen 10 Mikroohm. Ich brauche bei diesen geringen Widerständen
> halt etwas Strom, damit auch ein nennenswerter Spannungsabfall zustande
> kommt.

rechnen wir mal a bisserl:

Das setzt bei 10A und z.b. 50 uOhm aber ein Voltmeter mit 0,0000005 V 
Auflösung und Genauigkeit voraus  (wenn Du auch 0.1 % Meßenauigkeit 
willst.
Das Messgerät zeigt bei 10A/50uOhm 0,5 Millivolt an. Wird schwer.

Bei einer DC-Stromquelle sind da Thermospannungen bereits das absolute 
NOGO für Deine Messung.

Du kommst also entweder um (oldschool) Thompson Bridge oder AC-Quelle 
und -Messung nicht drumrum.


>
> Über den Selbstbau habe ich auch schon nachgedacht. Aber zuerst möchte
> ich wissen, was es am Markt gibt.

Es gibt fertige Mikrohmmeter von z.B. BURSTER

> Zu alle dem sollte die Stromquelle
> auch als Prüfmittel überwacht werden können.

Tja, aber eine 10A Stromquelle wird Deine Messung  so nicht 
ermöglichen...s.o.

Autor: Anton K. (Gast)
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Hallo,

Patrick J. schrieb:
> Wie sieht es aus, wenn Du den Spannungsverlauf des Shunt aufzeichnest,
> während sich ein zuvor eingemessener Kondensator durch Diesen entlädt?

Nette Idee! Ich denke aber, das bei den geringen Widerständen die 
Entladung sehr schnell geht. Dadurch dürften induktive Anteile dann ins 
Gewicht fallen. Möglicherweise ist es auch nicht genau genug, da 
gespeicherte Ladungen in (großen) Kondensatoren schwer beherrschbar 
sind.

Falk B. schrieb:
> Nein. Der Rest der Welt schafft das auch mit weniger Strom, hier meist
> 1A. Der Trick liegt in der Messung. Also suchst du keine 10A
> Konstantstromquelle sondern ein gutes Mikroohmmeßgerät.

Tja, ich habe schon verschiedene Mikroohmmeter ausprobiert und die 
Spezifikationen studiert. Alle für diesen Widerstandsberich arbeiten 
auch mit 10A oder mehr, meist dann gepulst, um die Erwärmung des 
Messobjekts gering zu halten.
Leider waren alle bisher zu ungenau. Selbst die, welche laut 
Spezifikation gepasst hätten, hatten im Test eine Wiederholgenauigkeit, 
die schlechter war als die angegebene Genauigkeit :-(

Lurchi schrieb:
> Allerdings wird man eher keine super genaue Stromquelle brauchen,
> sondern einen guten Shunt (oder DC Stromsenseor) und dann 1 bzw. 2 DMMs,
> um die Spannungen an beiden Shunts zu messen und zu vergleichen.

Ja, so mache ich es bisher. Ich will es halt etwas komfortabler haben. 
Außerdem erhoffe ich mir, dass eine genauere Stromquelle auch stabiler 
(weniger Welligkeit und Rauschen) arbeitet.

Andrew T. schrieb:
> Das Messgerät zeigt bei 10A/50uOhm 0,5 Millivolt an. Wird schwer.

Das geht. Spannugen von 500 Mikrovolt kann ich auf 0,01% genau messen.

> Es gibt fertige Mikrohmmeter von z.B. BURSTER

Oh ja, danke. Das 2304 sieht von den Daten gut aus. Das muss ich mal 
testen. Das misst aber auch mit 10A.

Max M. schrieb:
> Wenn du feststellst  dass du ein Problem hast das außer dir niemand hat,
> dann soltest du aufhören über die Lösung des Problems nach zu denken
> sondern lieber darüber nachdenken warum du ein Problem hast das außer
> dir niemand hat!

Tsstss. Das ist jetzt aber offtopic. Wenn alle so denken wie Du, würde 
es keine neuen Erfindungen mehr geben...

Gruß und schönes Wochenende!

Autor: Lurchi (Gast)
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Wenn man gleichzeitig misst, sollten Schwankungen in der Stromquelle 
nicht so auffallen. Das Problem bei den fertigen Stromquellen ist aber 
auf auch eher die absolute Genauigkeit und weniger das Rauschen oder die 
kurzzeitige Stabilität.

Eine AC Messung wäre ggf. zu überlegen. Neben dem geringeren Fehlern 
durch Thermospannungen und Rauschen hätte man auch noch den Vorteil, 
dass man Transformatoren nutzen kann. Das ist zum einen gut, um die 
hohen Ströme zu erzeugen aber auch um differentielle Spannungen zu 
messen / verstärken. Auch sind Stromtransformatoren ggf. genau genug, so 
dass man ggf. keinen Ref. Shunt für 10 A oder gar 100 A braucht.

Man könnte auch unter 50 Hz gehen - eine andere Frequenz als 50 Hz wäre 
für eine genaue Messung sowieso eine gute Idee. Je nach Aufbau kann man 
in 1. Näherung auch die Induktiven Anteile mit berücksichtigen und 
getrennt bestimmen. D.h. die Fehler durch parasitäre Induktivität werden 
ggf. nicht so groß.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Anton K. (Gast)

>Spezifikation gepasst hätten, hatten im Test eine Wiederholgenauigkeit,
>die schlechter war als die angegebene Genauigkeit :-(

hmm.

>> Das Messgerät zeigt bei 10A/50uOhm 0,5 Millivolt an. Wird schwer.

>Das geht. Spannugen von 500 Mikrovolt kann ich auf 0,01% genau messen.

Wirklich? Das sind 50nV. Oder meinst du eher AUFLÖSEN?

Siehe Auflösung und Genauigkeit.

>> Es gibt fertige Mikrohmmeter von z.B. BURSTER

>Oh ja, danke. Das 2304 sieht von den Daten gut aus. Das muss ich mal
>testen. Das misst aber auch mit 10A.

Hier scheint jemand Ahnung von der Materie zu haben.

https://lowcurrent.wordpress.com/2017/02/10/kleine...

Er hat auch mal im Forum geschrieben.

Beitrag "Re: Wie ~0.01Ω-Widerstände messen?"

Autor: Автомат Калашникова (dermeckrige)
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Keithley hat zahlreiche SMUs mit den unterschiedlichsten Spannungen und 
Stromstärken im Angebot. Vielleicht wirst Du da fündig.

Die Keithley 2650 klingen für Deinen Anwendungsfall erstmal nicht 
verkehrt. Immerhin 50A Pulsstrom, zwei Geräte können auch skaliert 
werden (100A).

https://www.tek.com/keithley-source-measure-units

: Bearbeitet durch User
Autor: Fabian F. (fabian_f55)
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Du brauchst doch gar nicht exakt 10A sondern du musst nur genau wissen 
wie viel denn durchfließt. Obs nun 9,95 oder 10,1 A sind ist ja für die 
Erwärmung Banane.
Ergo. 10V Quelle mit 1Ohm 0,05% Shunt.
Die Spannung am Shunt mit 0,05% Messgerät messen und der rest ist 
Mathematik.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Fabian F. schrieb:
> Die Spannung am Shunt mit 0,05% Messgerät messen und der rest ist
> Mathematik.

Naja, den Strom würde ich bei DC schon noch wenden. Es wurde ja schon 
gesagt, dass die Spannung über dem Shunt extrem klein wird.

Wie hier auch schon gesagt wurde, würde ich eher einen Shunt nehmen und 
diesen kalibrieren lassen und keine Stromquelle. Das hat den Vorteil, 
dass man keine Spannung absolut messen muss. Man muss nur die Spannungen 
der Shunts ins Verhältnis setzen. Auch das Thermospannungsproblem lässt 
sich so leichter lösen. Dazu müssten die Shunts in der gleiche 
Größenordnung sein, so dass man das Voltmeter für beiden Spannungen im 
gleichen Range verwenden kann.

Ich glaube ich würde für 50µR meinen Burster 1240-0,1R nehmen mit 0,02% 
Toleranz. Dazu dann das Keithley 182 mit 60ppm+16ppm im 3mV Bereich und 
dann 2A durch das Ganze schicken. Wenn ich mich nicht vertan habe, dann 
ergibt das 0,07% Fehler (totales Differential, wenn man mit RSS rechnet 
entsprechend weniger). 1A reicht leider nicht ganz aus um unter 0,1% zu 
kommen, obwohl der Burster da eigentlich für vorgesehen ist.

Ob so ein 50µR Shunt bei 2A den gleichen Widerstandswert hat, wie bei 
100A ist natürlich noch eine andere Frage. Darum ist es sicher sinnvoll 
den Shunt möglichst da zu messen wo er auch eingesetzt werden soll.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Anton K. schrieb:
> Lurchi schrieb:
>> Allerdings wird man eher keine super genaue Stromquelle brauchen,
>> sondern einen guten Shunt (oder DC Stromsenseor) und dann 1 bzw. 2 DMMs,
>> um die Spannungen an beiden Shunts zu messen und zu vergleichen.
>
> Ja, so mache ich es bisher. Ich will es halt etwas komfortabler haben.
> Außerdem erhoffe ich mir, dass eine genauere Stromquelle auch stabiler
> (weniger Welligkeit und Rauschen) arbeitet.

Sorry, das hatte ich vorher irgendwie überlesen. Inwiefern denn 
komfortabler? Nicht umstecken müssen oder geht es Dir darum, wirklich 
nur ein Gerät aus dem Schrank zu holen um den Shunt direkt anschließen 
zu können?

Autor: Автомат Калашникова (dermeckrige)
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Ich frage mich, warum Thermospannungen hier ein großes Problem 
darstellen sollen. Es interessiert ja nicht die absolute gemessene 
Spannung, sondern lediglich die Spannungsänderung beim anlegen des 
(gepulsten) Stromes um die Widerstand zu vermessen. Bei automatisiertem 
Messablauf ist die Messung zudem sehr kurz, so dass sich vorhandene 
Thermospannungen kaum während der Messung ändern werden. Damit sollte es 
ausreichen, einmal vor und einmal während des Stromflusses die Spannung 
über den Widerstand absolut zu messen und im Anschluss die Differenz zu 
bilden. Die Messung wird ja nicht länger als ein paar hundert 
Millisekunden dauern (10 NPLC mal angenommen).

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Автомат К. schrieb:
> Ich frage mich, warum Thermospannungen hier ein großes Problem
> darstellen sollen. Es interessiert ja nicht die absolute gemessene
> Spannung, sondern lediglich die Spannungsänderung beim anlegen des
> (gepulsten) Stromes um die Widerstand zu vermessen. Bei automatisiertem
> Messablauf ist die Messung zudem sehr kurz, so dass sich vorhandene
> Thermospannungen kaum während der Messung ändern werden. Damit sollte es
> ausreichen, einmal vor und einmal während des Stromflusses die Spannung
> über den Widerstand absolut zu messen und im Anschluss die Differenz zu
> bilden. Die Messung wird ja nicht länger als ein paar hundert
> Millisekunden dauern (10 NPLC mal angenommen).

Ich habe das nur noch mal geschrieben, weil sich dies hier:

Fabian F. schrieb:
> Die Spannung am Shunt mit 0,05% Messgerät messen und der rest ist
> Mathematik.

Imho so liest als müsse man einfach nur die Spannung messen. Das ist bei 
einigen 10µV halt nicht möglich (bei DC). Klar kann man die 
Thermospannung einfach unterdrücken in dem man entweder umpolt oder 
einmal mit und einmal ohne Strom misst. Umpolen ist thermisch aber 
schöner.

Autor: xxx (Gast)
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Die Messzeit wird einige Sekunden betragen müssen, allein schon um das 
Rauschen genügend integrieren zu können. Und auch weil ein zum Vergleich 
herangezogener Shunt ein Weilchen braucht, bis er thermisch 
eingeschwungen ist. Damit spielen Thermospannungen eine enorme Rolle.

Der Versuch, die Funktionalität eines Mikroohmmeters einnfach mal so 
nachzubauen, darf als sportlich betrachtet werden. Zumal dann, wenn man 
die möglichen Einflussgrößen noch nicht alle kennt.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Man kann das ganze doch vor der Messung schon einschwingen lassen. Zudem 
kann man auch über ganze Zyklen mitteln, dann sollten sich sich ändernde 
Thermospannungen auch deutlich besser unterdrücken lassen.

Autor: xxx (Gast)
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Sowieso. Völlig korrekt. Was macht der 1240? Alle fehlenden ppm 
gefunden?

Autor: fp am Morgen (Gast)
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>Du brauchst doch gar nicht exakt 10A sondern du musst nur genau wissen
>wie viel denn durchfließt. Obs nun 9,95 oder 10,1 A sind ist ja für die
>Erwärmung Banane.
>Ergo. 10V Quelle mit 1Ohm 0,05% Shunt.
>Die Spannung am Shunt mit 0,05% Messgerät messen und der rest ist
>Mathematik.
Prinzipiell ein guter Ansatz.
Sind aber 10 Watt am Widerstand und 1Ohm 0.05% ist auch nicht ohne.
Vor allen müsstest Du da wohl einen mit 20Watt oder mehr nehmen, damit 
er nicht an seinem Limit läuft.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
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Zudem müsste er auch trotz 10W bei 0,05% bleiben. Mit 1Ohm wird das eher 
nichts werden.

@xxx: Ich bin noch dran ;)

Autor: Fabian F. (fabian_f55)
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fp am Morgen schrieb:
>>Du brauchst doch gar nicht exakt 10A sondern du musst nur genau wissen
>>wie viel denn durchfließt. Obs nun 9,95 oder 10,1 A sind ist ja für die
>>Erwärmung Banane.
>>Ergo. 10V Quelle mit 1Ohm 0,05% Shunt.
>>Die Spannung am Shunt mit 0,05% Messgerät messen und der rest ist
>>Mathematik.
> Prinzipiell ein guter Ansatz.
> Sind aber 10 Watt am Widerstand und 1Ohm 0.05% ist auch nicht ohne.
> Vor allen müsstest Du da wohl einen mit 20Watt oder mehr nehmen, damit
> er nicht an seinem Limit läuft.

Keine Ahnung obs das als Einzel-Bauelement gibt. Aber wir haben uns auf 
der Arbeit auch mal eine 5Ohm Präzisionslast aus 20 3W 0,01% 100Ohm 
Widerständen zusammengebaut.
Das geliehende Präzisions-Ohmmeter hat genau 5,000 Ohm angeteigt. Für 
Temperaturbeständigkeit ist das ganze im Ölbad. mit konstant 20°C. Haben 
da auch schon 100W durch gejagt ohne das die Widerstände hops gehen

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