Hallo! Vorneweg, ich bin nicht allzu versiert was die Thematik angeht, habe jedoch eine Aufgabe bekommen, bei welcher ich nun folgendes Problem habe: Ich bin auf der verzweifelten Suche nach einer Möglichkeit die Spannung zwischen Phase und Neutralleiter zu messen. Das ganze soll jedoch nach Möglichkeit Galvanisch getrennt sein, bzw. es soll keine leitende Verbindung zwischen Phase und Neutralleiter entstehen. Das ganze soll am Ende Digital über SPI ausgegeben werden. Dass ich einen ADC benötige ist mir klar, nur welchen? und wie messe ich die Spannung OHNE eine leitende Verbindung zu schaffen, sprich: ohne irgendwelche Brücken oder Spannungsteiler. Ich bin echt am verzweifeln und um jede Hilfe dankbar! MFG Sabrina
Die D. schrieb: > es soll keine leitende Verbindung zwischen Phase und Neutralleiter > entstehen. Ich vermute mal, Du willst keine Verbindung zwischen Neutralleiter, 'Phase' und Deiner Schaltung, Neutralleiter und 'Phase' sind schon miteinander verbunden, immer. Die D. schrieb: > und wie messe ich > die Spannung OHNE eine leitende Verbindung zu schaffen, sprich: ohne > irgendwelche Brücken oder Spannungsteiler. Nimm einen Trafo, der hat ein festes Übertragungsverhältnis das Du zurückrechnen kannst und getrennter geht es kaum.
Genauer einer Glühbirne geht das. Je nach angelegter Spannung leuchtet sie unterschiedlich hell. Helligkeit messen und du hast die Lösung.
Hi In letzter Zeit kommen öfter Aufgaben, Die vergeben wurden mit den irrsinnigsten Aufgabenstellungen und wohl nahezu keinerlei zuvor gelehrte Grundlagen. Nun gut - so gaaanz ohne Strom wird Es wohl nicht gehen - Du könntest aber vll. folgenden Ansatz mit Deinem Prof o.Ä. durchkauen: Da kein Stromfluß gewünscht ist, müssten wir schauen, ob wir statisch was machen können. Gleiche Ladungen stoßen sich ab - also auf beide Leiter je ein gefaltetes Alu-Blatt (im spannungslosen Zustand auflegen - wollte Das nur erwähnt haben). Nun brauchst Du ein optisches System, Welches erkennen kann, wie weit sich die offenen Seiten des Alu-Folien-Blattes voneinander weg bewegen - daraus sollte sich auf die Spannung schließen lassen. Ob sich Da beim N auch was zeigt - dafür bin ich zu unqualifiziert, könnte mir aber vorstellen, daß - das Gleiche passiert - gar Nichts passiert, da wir identisch mit dem Umfeld (Erde) sind Wenn doch was Strom fließen darf, könnte man einen Trafo nehmen und aus den 230V 5V machen - Die lassen sich wesentlich besser mit dem µC erschlagen. MfG
Patrick J. schrieb: > Gleiche Ladungen stoßen sich ab - also auf beide Leiter je ein > gefaltetes Alu-Blatt (im spannungslosen Zustand auflegen - wollte Das > nur erwähnt haben). Galvanometer haben leichte Probleme bei Wechselspannung . . .
Referenzoptokoppler wären noch anzumerken... Spannung messen ohne Stromfluss geht nicht. Kein Strom --> kein Spannungsabfall...
excurso schrieb: > Spannung messen ohne Stromfluss geht nicht. Doch, natürlich, siehe Elektroskop http://www.hcrs.at/BILDER/ELEKTR1.GIF (eine Feldmühle misst den Umladestrom der Kondensatorplatten, insofern würde ich bei der, obwohl sie vom Messobjekt keinen Strom zieht, trotzdem sagen: Ohne Stromfluss geht die nicht). Patrick J. schrieb: > In letzter Zeit kommen öfter Aufgaben, Die vergeben wurden mit den > irrsinnigsten Aufgabenstellungen und wohl nahezu keinerlei zuvor > gelehrte Grundlagen. Siehe excurso.
Die D. schrieb: > Das ganze soll jedoch nach Möglichkeit Galvanisch getrennt Optokoppler oder iCoupler®. Ich habe mir ein Uni-T-61D gekauft, um am PC Spannungsverläufe protokollieren zu können. Das Multimeter misst und gibt die Werte per optischer Ankopplung auf den USB aus, was auch eine galvanische Trennung gewährleistet. Ich könnte einen Arduino passend beschalten und diesen per USB abfragen, am USB einen Koppler ADUM3160 - der trennt auch sicher genug.
Die D. schrieb: > Ich bin auf der verzweifelten Suche nach einer Möglichkeit die Spannung > zwischen Phase und Neutralleiter zu messen. > Das ganze soll jedoch nach Möglichkeit Galvanisch getrennt sein, bzw. es > soll keine leitende Verbindung zwischen Phase und Neutralleiter > entstehen. > Das ganze soll am Ende Digital über SPI ausgegeben werden. > > Dass ich einen ADC benötige ist mir klar, nur welchen? und wie messe ich > die Spannung OHNE eine leitende Verbindung zu schaffen, sprich: ohne > irgendwelche Brücken oder Spannungsteiler. Normalerweise misst man die Spannung direkt mit einem AD-Wandler. Den kann man so hochohmig auslegen, das er die zu messende Spannung so gut wie nicht beeinträchtigt. Die galvanische Trennung macht man mit dem Digitalsignal, welches aus dem AD-Wandler kommt. Wenn man einen AD-Wandler mit seriellen Ausgang benutzt, ist das mit Opto- kopplern leicht zu verwirklichen.
Michael B. schrieb: > excurso schrieb: > Spannung messen ohne Stromfluss geht nicht. > > Doch, natürlich..... Naja, wie du richtig bemerkt hast, wird durch Stromfluss eine Spannung aufgebaut. Ganz ohne Stromfluss geht nicht...
Für solche Messaufgaben gibt es fertige IC, inklusive galvanische Trennung. Schließlich ist die Aufgabenstellung ja nicht gerade exotisch. Ich habe für ein Energiemssgerät schon einmal einen ADE7912 verwendet: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADE7912_7913.pdf Der kann Strom, Spannung und Temperatur galvanisch getrennt messen. Und benötigt keine Versorgung auf der getrennten Seite (bzw. bringt sie mit) - ein großer Vorteil, weil Schutztrennung (4kV-AC!) ist nicht einfach zu erreichen. Der Harken and der Sache ist: ETWAS Wissen setzt das schon voraus. Die Beschaltung ist zwar einigermaßen einfach, aber Netzspannung setzt halt schon voraus, dass man die gängigen Normen einhält. Schwieriger ist die digitale Seite. Solche IC wollen getaktet, initialisiert und ausgelesen werden. Die Rohwerte sind mit Fehlern behaftet und müssen nachbehandelt werden - einige Filter sind nötig. Schaut dich mal bei Analog Devices um, die haben mehr solche "fertige" Lösungen für solche Dinge. Etwas in der Art dürfte bei weitem die Einfachste Möglichkeit sein. Alternativ: Einen Spannungsteiler + I2C-ADC + DCDC-Wandler + Digitaler Trenner. Nachteil hier: Deutlich mehr Verbindungen zwischen Hochspannung und Digitalteil. ALLES muss wieder die 4kV aushalten. Gibts alles (z.B. MAX14937) ist aber aufwändiger.
Die D. schrieb: > Ich bin auf der verzweifelten Suche nach einer Möglichkeit die Spannung > zwischen Phase und Neutralleiter zu messen. > Das ganze soll jedoch nach Möglichkeit Galvanisch getrennt sein, bzw. es > soll keine leitende Verbindung zwischen Phase und Neutralleiter > entstehen. Folgende Papers beschreiben eine Möglichkeit kontaktlos Wechselspannung zu messen: "Feasibility study of a non-contact AC voltage measurement system" http://ieeexplore.ieee.org/document/7151301/ "An efficient digitizer for non-intrusive ac voltage measurement" http://ieeexplore.ieee.org/document/7969807/ Über die Unibibliothek hat man normalerweise Zugriff auf IEEE Xplore. Der Fluke T6-600 müsste auf ähnlicher Weise Spannung messen.
Falls es ein Fester Ohmischer Verbraucher ist, könnte man den Strom messen (Zangenamperemeter -> Spannung z.b.) und dann mittels ADC die Spannung messen. Das wäre Berührungslos.
Vielen Dank schonmal für die Zahlreichen Antworten! Wäre vielleicht folgendes eine Idee: Reihenschaltung von zwei Kondensatoren, mit je einem sehr hochohmigen Widerstand vorgeschaltet. Dann zwischen den Kondensatoren mit einem ADC die Spannung direkt messen und mit einem Operationsverstärker weitergeben. Die Phasenverschiebung wäre zum einen sehr gering, zum anderen irrelevant, da sie nach wie vor in Phase zur Spannung über der Last wäre. Lediglich der Verschiebungsstrom würde dem Strom in der Last voraus eilen, was mir egal ist. Faktisch wäre das ganze Galvanisch getrennt. Ist das eine Idee oder Mumpitz?
Die D. schrieb: > ...zum anderen > irrelevant, da sie nach wie vor in Phase zur Spannung über der Last > wäre. Nein, wäre sie nicht...
Die D. schrieb: > wo hab ich mich vertan? Steh auf dem Schlauch... Wo willst du denn genau messen? An einem der Kondensatoren? Wenn es so ist, ist der Phasenwinkel der Spannung nicht gleich dem Phasenwinkel über dem ganzen Teiler. Mehr unter Hoch- und Tiefpass... Es geht nicht deutlich hervor, was und wofür du messen willst. Würde die Amplitude schon reichen oder brauchst du exakt den zeitlichen Verlauf der Spannung?
Die D. schrieb: > Vielen Dank schonmal für die Zahlreichen Antworten! > > Wäre vielleicht folgendes eine Idee: > > Reihenschaltung von zwei Kondensatoren, mit je einem sehr hochohmigen > Widerstand vorgeschaltet. > Dann zwischen den Kondensatoren mit einem ADC die Spannung direkt messen > und mit einem Operationsverstärker weitergeben. Das entspricht nicht deinen Vorgaben: Keine leitende Verbindung, keine Spannungsteiler, Brücken etc. zwischen L und N. Nach der AD-Wandlung möchtest du mittels eines OPV etwas weitergeben??? Der schon weiter oben vorgeschlagene ADE7912 erledigt das auf ähnlicher Weise, ist galvanisch getrennt und gibt die gewandelte Spannung digital über SPI aus, erfordert aber danach eine etwas aufwendigere digitale Signalverarbeitung.
Der ADE7912 scheint mir wirklich ein cooles Teil zu sein, aber die Stromstärke die er verträgt ist deutlich zu niedrig. Und wenn ich den nur um die Spannung zu messen will, wird jemand not amused sein wenn er das Datenblatt liest
Ich muss den exakten zeitlichen Verlauf und den exakten Wert (1,5% Genauigkeit) ausgeben.
Die D. schrieb: > Ich muss den exakten zeitlichen Verlauf und den exakten Wert (1,5% > Genauigkeit) ausgeben. Also ist eine phasenverschobene Spannung keine Option? Oder besteht die Möglichkeit zurück zu rechnen? Wie genau dann das Ergebnis ist, ist allerdings unbekannt. Das hängt von den Toleranzen der verwendeten Teile ab.
Die D. schrieb: > Nein, eine Phasenverschobene Spannung ist leider keine Option :-) Dann kannst du den kapazitiven Teiler auch nicht verwenden...
Waldemar Z. schrieb: > Dann kannst du den kapazitiven Teiler auch nicht verwenden... Ein schönes Beispiel, wie man aneinander vorbei reden kann, wenn der Fragesteller keine klaren Beschreibungen gibt. Ein rein kapazitiver Spannungsteiler bewirkt keine Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung. Beide sind perfekt in Phase (wenn auch nicht in Phase zum Strom, der durch den Teiler fließt). Sobald zusätzlich Widerstände ins Spiel (Vorwiderstände oder wenn der Teiler belastet wird) ergeben sich tatsächlich Phasenverschiebungen. Und unter der Beschreibung: Die D. schrieb: > Reihenschaltung von zwei Kondensatoren, mit je einem sehr hochohmigen > Widerstand vorgeschaltet. kann man sich alle möglichen Schaltungsvarianten vorstellen: welche mit und welche ohne Phasenverschiebung. Eine kleine Schaltskizze wäre hier wesentlich klarer als die Beschreibung im Text. Den wesentlichen Kritikpunkt am kapazitiven Spannungsteiler hat aber schon Robert M. gebracht: er hilft in keiner Weise weiter, die ursprüngliche Forderung zu erfüllen (galvanische Trennung, kein Stromfluss zwischen L und N). Der kapazitive Teiler ist in der Hinsicht nicht besser als ein ohmscher Teiler. Sein einziger "Vorteil" wäre, dass er ohne Verlust(wirk)leistung auskommt. Die D. schrieb: > Der ADE7912 scheint mir wirklich ein cooles Teil zu sein, aber die > Stromstärke die er verträgt ist deutlich zu niedrig. Seltsames Argument: die Stromstärke, die er verträgt hängt alleine davon ab, welchen Shuntwiderstand du ihm gibst. Das kannst du dir doch aussuchen. Ein Riesenvorteil dieses ICs wäre, dass du eine wirkliche galvanische Trennung bekommst. Einen gewissen Stromfluss zwischen L und N wirst damit nicht vermeiden können (wegen des nötigen Teilers für die Spannungsmessung). Aber warum genau stört dich nochmal, dass du die Netzspannung mit einem kleinen Stromfluss belastest? Du musst den Stromfluss durch den Teiler bei der Strommessung ja nicht mitmessen.
Die D. schrieb: > Ich muss den exakten zeitlichen Verlauf und den exakten Wert (1,5% > Genauigkeit) ausgeben. Das ist aber sehr ungenau! Vergiß den Mist!
@Achim >Ein rein kapazitiver Spannungsteiler bewirkt keine Phasenverschiebung zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung. Wie du ja sicher gelesen hast, ist da ein ohmscher Widerstand im Spiel. Also hast du das ganze schon mal umsonst geschrieben... >Beide sind perfekt in Phase (wenn auch nicht in Phase zum Strom, der durch den Teiler fließt). Das stimmt nicht! Wir leben nicht in einer idealen Welt... Und weil >Nein, eine Phasenverschobene Spannung ist leider keine Option kann kein kapazitiver Teiler verwendet werden, welcher Art auch immer...
Waldemar Z. schrieb: > Wie du ja sicher gelesen hast, ist da ein ohmscher Widerstand im Spiel. > Also hast du das ganze schon mal umsonst geschrieben... Man natürlich auch aus ohmschen Widerständen und Kondensatoren Teiler ohne Phaseverschiebung bauen. Z.B. einen kompensierten Teiler (der ja auch schon als Lösungsvorschlag erwähnt wurde). Bist du sicher, dass die Beschreibung des TO nicht das gemeint hat? Deswegen mein Hinweis: über Schaltungen sollte man nicht irgendetwas unklares erzählen, sondern man sollte eine klare Skizze machen. Dann gibt es auch eine eindeutige Antwort zur Phasenverschiebung. Dass der kapazitive Teiler aus anderen Gründen nicht weiterhilft (unabhängig vom Thema Phasenverschiebung) wurde ja auch schon erklärt. Waldemar Z. schrieb: > Das stimmt nicht! > Wir leben nicht in einer idealen Welt... Was wollst du jetzt damit sagen? Dass in einem rein kapazitiven Teiler Eingang und Ausgang nicht in Phase sind? Dann bin ich immer noch anderer Ansicht als du. Oder hängst du dich daran auf, dass ich geschrieben habe, sie seien "exakt" in Phase? Ok, das "exakt" stimmt nicht. "Völlig exakte" Teiler kann man realen Kondensatoren tatsächlich genau so wenig bauen wie mit realen Widerständen.
Die D. schrieb: > Der ADE7912 scheint mir wirklich ein cooles Teil zu sein, aber die > Stromstärke die er verträgt ist deutlich zu niedrig. > Und wenn ich den nur um die Spannung zu messen will, wird jemand not > amused sein wenn er das Datenblatt liest Von Strom messen war bis jetzt nicht die Rede. AD-Wandler, also auch der ADE7912, messen ausschließlich Spannung. Stromstärke wird indirekt über einen Shuntwiderstand bestimmt. Wieviel Strom der ADE "verträgt" hängt von dir ab.
Nach Rücksprache mit dem Betreuer wurden die Kriterien abgeschwächt, weshalb ich nochmals die Rahmenlage erläutern möchte. Messbrücken etc. dürfen nun mit geeignet hohen Widerständen verwendet werden. Durch die Induktive Last können Spannungen bis 1,2kv auftreten, weshalb der Messbereich zwischen -1,2kv und +1,2kv liegt. Die Spannung soll durch eine geeignete Schaltung und einen 16 Bit ADC an einen externen Controller via SPI ausgegeben werden. Das Digitale Ausgangssignal muss galvanisch getrennt sein. In der Schaltung ist bereits ein Strommesschip mit einer VDD von 3,3V verbaut, weshalb es äußerst günstig wäre, wenn der ADC für die Spannung selbige VDD hätte. Viele Grüße und Dank Sabrina
Hi 2,4kV = 2400V bei 65536 'Einzelschritten' macht eine Schrittspannung/Auflösung von 36,6mV. Die zu erwartenden Messergebnisse bewegen sich im Bereich -325,xV und 325,xV Was recht genau 27% des 'großen Bereich' entspricht. Wir werfen somit fast 3/4tel des Messbereich weg, damit wir 'möglichst exakt' messend auf maximal 1,5% Abweichung kommen? Wobei ich jetzt die 1,5% gerade nicht mehr finde - die 27% bleiben davon aber unberührt. Eine Ausgabe über einen Opto-Koppler sehe ich jetzt nicht als unmöglich an, wenn wir Davon wohl auch zwei brauchen werden. MfG PS: In meinem nächsten Leben werde ich 'Betreuer'
Dann erleuchte mich doch bitte lieber Patrick, was ist dein Vorschlag? Ich hab nunmal den Messbereich den ich abdecken muss von quasi 2,4kv. und irgendwie muss ich das digital ausgeben.
Zumal gerade der Bereich zwischen 325V und 1200V der eigentlich interessante ist, ich frage mich wie man dann so frech sinnlose Beiträge von sich geben kann, ohne überhaupt die Anwendung zu kennen.
Hi Weshalb die Tatsache, daß 16bit=65536 'Schritte' sind, und somit bei einem Spannungsbereich von -1200V bis 1200V eine Auflösung von 63mV über bleibt, frech ist, erschließt sich mir nicht, lässt aber an unserem Bildungssystem zweifeln. Ok, mittlerweile darf sogar etwas Strom fließen, was die Messerei um Einiges einfacher macht. Einzig 'nach Außen' wollen wir eine galvanische Trennung, was wohl auch hinzubekommen ist. Gibt es noch irgend welche Kleinigkeiten, Die irgendwie wissenswert sind, damit ich Dir Deine Hausaufgaben machen kann? (Ja, Das war frech) MfG PS: Du kannst Deinen Post, solange Keiner geantwortet hat und in einem gewissen Zeitfenster (mir derzeit unbekannt), auch editieren. Edit: +-2400 geschrieben - ist natürlich Unsinn Edit²: Die +-1200V kamen auch erst nach der Rücksprache mit Deinem Betreuer und dem vereinfachen der Aufgabe - davor ging es um Phase und N, wo wir zwischen 325 und Null wären - Plus/Minus.
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ansonsten gibt es keine Rahmenbedingungen. PS: Beträgt die Auflösung nicht 36,6mV (statt 63mV wie du geschrieben hast) bei 16 Bit und 1200VAC. Und frech finde ich die herablassende Art, jeder fängt irgendwo klein an.
Hi Jupp, Zahlendreher. Im 'frechen' Post standen die 36 richtig drin. Mein Post ging in die Richtung, daß der zuvor angedachte Messbereich 'ein klein Wenig' erweitert wurde, was der Auflösung nicht sonderlich entgegen kommt. Zuvor -325...325V zu -1200...1200V, wobei ich davon ausging, daß der eigentliche Messbereich, also der Bereich des Interesse, sich nicht geändert hat, es sich somit um die 650V 'um Null herum' handelt. Dadurch hätten wir noch ~1/4tel des Messbereich, was die Sache ebenfalls nicht genauer macht. Wenn ich Dich erneut interpretiere, geht es gar nicht um den 'normalen' Bereich, sondern darum, auszulesen, was die angeschlossene Induktivität im Abschaltmoment so treibt. Somit werfen wir bestenfalls die 27% weg, sofern Die nicht wirklich interessieren - mach 3/4 bis 4/4 interessante Messwerte - wir kommen der Sache schon näher. Selber würde ich wohl so vorgehen: Die Mess-Schaltung als Zweipol aufbauen, quasi in den Gleichstromkreis eines Brückengleichrichter. Wenn hier die Diodenverluste nicht hinzunehmen sind, ggf. was Aktives. GND des µC auf das negative Potential, dadurch eine zu messende Spannung zwischen 0...2400V. Das per Spannungsteiler auf µC-gerechte Werte runterteilen. Den Strom könnte man magnetisch messen, da man sich so einen Shunt spart, Der den Rest wieder verfälscht. Dann ab Start-Signal nacheinander Spannung und Strom messen, so lange, bis der Speicher voll ist. Sinniger wäre eine gleichzeitige Messung, müsste aber selber recherchieren, welcher µC Das gleichzeitig drauf hat, hätte Das aber noch nicht selber gebraucht, wenn's auch nicht ganz uninteressant ist. Die gesammelten Daten nach außen funken (bzw. per SPI). So besser? MfG
Ich danke vielmals! Der Spannungsabfall über den Dioden dürfte ja eigentlich sehr gering ausfallen und nicht ins Gewicht fallen bei 1,2kV AC. Ich verstehe gerade nur nicht, woher der ADC oder der Controller weiß, ob das nun eine positive oder negative Spannung ist, die er da misst, wenn ich alles über einen Gleichrichter jage.
Hi Weiß Er nicht - Das müsste man ggf. 'mitzählen' oder extern erfassen. Beim 'Mitzählen' hätte man zu 50% die richtige Seite. Wobei: Durch die Gleichrichtung wird die Spannung NICHT verdoppelt, wir bekämen also die doppelte Auflösung, müssen 'nur bis 1200V' messen. Die -1200V würden ja 'Gleichgerichtet' und entsprächen wieder 1200V. Bei 50Hz ist die Periodenlänge halbwegs bekannt und absehbar, wodurch wir den Nulldurchgang erkennen/bestimmen können. Danach sind die Messwerte 'umzudrehen'. Zumindest bei der Spannung sollte sich Das so recht simpel lösen lassen. Beim Strom bin ich mir Da nicht ganz so sicher - laut den erfassten Daten hätten wir IMMER Wirkleistung - bei einer Induktivität nicht Mal theoretisch der Fall - den Strom vll. außerhalb der Messbrücke ermitteln? Dann müssten wir uns beim Messen nur noch einig sein, mit welchem Vorzeichen unsere Spannung mehr Sinn ergibt, damit wir phasenrichtig bleiben. MfG
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