Guten Tag,
ich habe eine Signalquelle die eine Sinusförmige Wechselspannung
(~20Hz-50kHz, 0-20Veff) liefern kann, der entnehmbare Strom ist auf
500mA begrenzt, wird aber meistens deutlich darunter liegen. Auch >100uA
sind realisitsch. Ich möchte Strom und Spannung aufnehmen und per 24Bit
AD-Wandler Digitalisieren um die entnommene (Wirk)Leistung zu berechnen.
Den Strom über diesen großen Dynamikbereich (<100uA - 500mA) zu messen
ist aber leider nicht so einfach. Ein normaler Stromwandler mit Kern
geht nicht, zumindest gibt es keinen fertigen der 20Hz bis mindestens
20kHz umsetzen kann. Eine Rogowskispule kennt das Problem nicht, lässt
sich sogar selber bauen. Ich bin mir aber sicher jede noch so kleine
Störung in der Umgebung damit einzufangen, damit die Spannung Sekundär
brauchbar wird sind viele Wicklungen und ziemlich viel Verstärkung
nötig. Shunt klingt logisch, ein paar 100mOhm wären zu ertragen. Leider
kann dieser nicht in die Masseleitung eingefügt werden, mit einem
Differenzverstärker würde es gehen. Es gibt viele dafür gebaute ICs die
auch die 20Veff locker verarbeiten könnten. Problem ist der CMRR, selbst
die besten Chips würden bei 20V Gleichtaktsignal einen nicht
unerheblichen Messfehler produzieren.
Mir gehen leider langsam die Ideen aus, bin über jeden Tipp froh.
Danke!
Gruß
Strommesser schrieb:> Shunt klingt logisch, ein paar 100mOhm wären zu ertragen. Leider> kann dieser nicht in die Masseleitung eingefügt werden
Könntest Du vielleicht Deine Quelle über einen Trenntrafo versorgen und
den Shunt dann in die Masseleitung hängen?
Mit 50Wdg auf einem Vitroperm-Toroiden bei 50 Ohm Bürde messe ich mit
1V/1A.
Das funktioniert für Audio-Messungen auch noch bis ca 10Hz hinab.
Klirrfaktormessungen zeigten allerdings rasch die nicht zu
vernachlässigende Unlinearität des Kernmaterials. So gesehen erscheinen
mir Auflösungen von 24bit als utopisch.
Ich glaube du brauchst garnicht einen so großen Bereich wenn du am Ende
eine Leistung heraus haben möchtest wieviele Counts soll die haben? Wenn
man von einem Ohmschen Last ausgeht und als Signal Rauschen dann ist bei
40000 Count(was echt ganzschön viel Währe) alles unter 100mV / 4mA
Irrelevant
Zuerst vielen Dank für Eure Antworten!
>Könntest Du vielleicht Deine Quelle über einen Trenntrafo versorgen und>den Shunt dann in die Masseleitung hängen?
Das geht leider nicht, das würde mir das Quellsignal zu sehr verzerren.
Ideal wäre "berührungslos" zu messen.
>Mit 50Wdg auf einem Vitroperm-Toroiden bei 50 Ohm Bürde messe ich mit>1V/1A.>Das funktioniert für Audio-Messungen auch noch bis ca 10Hz hinab.>Klirrfaktormessungen zeigten allerdings rasch die nicht zu>vernachlässigende Unlinearität des Kernmaterials.
Sehr interessant, selbst gewickelt? Mit >100 Windungen und einem OPV
eventuell als Transimpedanzverstärker könnte das reichen, ich möchte das
Quellsignal möglichst wenig belasten, auf keinen Fall nichtlinear. (Bin
überfragt ob es eine nichtlineare Rückwirkung geben kann, auf jeden Fall
bedeutet kleine Leistung Sekundär weniger Rückwirkung auf die Quelle)
Sind Einkopplungen von Magnetfeldern ein Problem?
Ich wäre jetzt davon ausgegangen das Klirrfaktor erst bei größeren
Strömen und niedriger Frequenz ein Problem sein würde, unter Umständen
stört das garnicht. Wichtig ist halt das es auf das Quellsignal keinen
nichtlinearen Einfluss hat und das die Phasenverschiebung zwischen
20Hz-20kHz ungefähr konstant ist, sonst kann man die Auswertung
vergessen.
Der Wandler wird ein Preiswerter Audio ADC, so 18-19 Bit "echte"
Auflösung sollten sich machen lassen.
>Ich glaube du brauchst garnicht einen so großen Bereich wenn du am Ende>eine Leistung heraus haben möchtest wieviele Counts soll die haben? Wenn>man von einem Ohmschen Last ausgeht und als Signal Rauschen dann ist bei>40000 Count(was echt ganzschön viel Währe) alles unter 100mV / 4mA>Irrelevant
Gedacht ist das so: Es gibt ein 7-Segment Display mit 3 Anzeigeelementen
für Peaks, der Anzeigebereich wird automatisch umgeschaltet (uW, mW, W)
Eine Balkenanzeige mit 30 LEDs zeigt die Leistung als Art PPM (VU-Meter)
logarithmisch. Der Anzeigebereich wäre im Optimalfall 10uW -> 10W. (also
60dB Dynamik) 100uW als gerade noch angezeigter Wert wären Minimum,
alles was besser ist nehme ich gerne mit :-)
Wichtig ist, es gibt keine dutzende Stellen, bei 10W Anzeige
interessiert alles unter 100mW also nicht mehr.
Gruß
Strommesser schrieb:> Gedacht ist das so: Es gibt ein 7-Segment Display mit 3 Anzeigeelementen> für Peaks, der Anzeigebereich wird automatisch umgeschaltet (uW, mW, W)> Eine Balkenanzeige mit 30 LEDs zeigt die Leistung als Art PPM (VU-Meter)> logarithmisch. Der Anzeigebereich wäre im Optimalfall 10uW -> 10W.
Aber warum musst Du dann mit dem vollen Dynamikumfang-Hammer zuschlagen
und kannst nicht auch den Messbereich umschalten?
Für die Peaks könnte man bei Bedarf auch eine zweite, grob aufgelöste
Messschaltung die ganze Zeit parallel im größten Messbereich mitlaufen
lassen.
Wenn du so hohe Anforderungen hast,
dann geht das nur mit einer galvanisch
getrennten Versorgung für die Meßschaltung,
die mit dem high-side Stromshunt mitschwimmt.
Differenzverstärker, ADC und uC werden damit
versorgt, und übertragen den Meßwert
über Optokoppler..
LG, Udo
Strommesser schrieb:> Sehr interessant, selbst gewickelt? Mit >100 Windungen und einem OPV> eventuell als Transimpedanzverstärker könnte das reichen, ich möchte das> Quellsignal möglichst wenig belasten, auf keinen Fall nichtlinear. (Bin> überfragt ob es eine nichtlineare Rückwirkung geben kann, auf jeden Fall> bedeutet kleine Leistung Sekundär weniger Rückwirkung auf die Quelle)> Sind Einkopplungen von Magnetfeldern ein Problem?
Ja, die 50Wdg sind ja schnell aufgebracht.
Da diese Vitroperm-Kerne eine sehr hohe Permeabilität aufweisen, dürfte
die Empfindlichkeit gegenüber externen Feldern eher gering ausfallen.
Allerdings habe ich nie Messungen bei derart kleinen Strömen
durchgeführt.
>10 µA-100 mA, 0.05% Error, High-Side Current Sensing:>http://www.ti.com/lit/ug/tidu033/tidu033.pdf
Danke, schaue ich mir an!
>Für die Peaks könnte man bei Bedarf auch eine zweite, grob aufgelöste>Messschaltung die ganze Zeit parallel im größten Messbereich mitlaufen>lassen.
Ist unschön, wäre aber ein Notfallplan.
>Wenn du so hohe Anforderungen hast,>dann geht das nur mit einer galvanisch>getrennten Versorgung für die Meßschaltung,>die mit dem high-side Stromshunt mitschwimmt.
Da bräuchte ich einen DC/DC Wandler, den von ihm erzeugten HF-Dreck
möchte ich nicht im Signal haben. Höchstens mit einem normalen Netztafo
eine Zusatzspannung zur verfügung stellen, ich habe aber auch da
bedenken das es in das Messsignal eingekoppelt werden könnte.
>Da diese Vitroperm-Kerne eine sehr hohe Permeabilität aufweisen, dürfte>die Empfindlichkeit gegenüber externen Feldern eher gering ausfallen.>Allerdings habe ich nie Messungen bei derart kleinen Strömen>durchgeführt.
Ich werde mich herantasten, das ist immernoch die "sauberste" Lösung
weil ohne großartigen Eingriff ins Signal. Hier liegen noch 2000:1
Wandler bester Ebay Qualität, zum experimentieren reichen die.
Man könnte einen 500:1 Wandler nehmen mit 5k Bürdewiderstand. Bei 500mA
Laststrom ergibt das Sekundär 5V, bei 10uA 100uV. (was sich ziemlich
leicht mit einem OPV verstärken lässt weil man AC Koppeln kann sodass
Offset und Biasstrom nicht stören)
Ein Nadelöhr der induktiven Stromsonde ist untere Grenzfrequenz - um
diese möglichst weit auszudehnen benötigt mach hochpermeable Kerne (=max
Induktivität). Verringerung des Bürdewiderstandes hilft auch, natürlich
auf Kosten der Empfindlichkeit.
>Verringerung des Bürdewiderstandes hilft auch, natürlich>auf Kosten der Empfindlichkeit.
Hatte ich garnicht bedacht, danke für den Hinweis!
Gemäß L=R/(2xPixfg) bräuchte ich bei 5k Bürde Minimum 40H. Das klingt
viel, die fertigen 1:2000 Wandler haben Teilweise aber laut Mouser
Katalog schon mal >100H.
https://www.mouser.de/ProductDetail/Vacuumschmelze/T60404-E4629-X010?qs=sGAEpiMZZMsx8IbIvybzbMWDgYiCXak5XQva4WXXRT0%3d
Mein Ebay China 2000:1 Wandler für 50/60Hz zeigt zu meiner Überraschung
auch >100H, wobei mein LCR Meter (Peak LCR45) "nur" bis 10H sauber
messen kann. Vielleicht kann man den Draht mit dem zu messenden Strom
einfach mehrfach durch den Wandler führen um von 2000:1 auf 500:1 zu
kommen bei gleichzeitig hoher Induktivität der Wicklung. 2000 Wicklungen
bekommt man selber aber leider eher nicht auf einen Kern.
Was begrenzt eigentlich die Bandbreite nach oben? Wicklungskapazitäten?
Ich wundere mich warum die fertig zu kaufenden Wandler mit Eisenkern
nicht wirklich in den kHz Bereich kommen.
Doof ist auch das der zu messende Strom bei 100uA schon in den nA
Bereich geht, ich muss mal schauen ob man MU-Metallgehäuse kaufen kann.
Ich meine welche für Mikrofonübertrager gesehen zu haben die sich
zweckentfremden lassen würden.
Gruß
Geht es hier eigentlich um Wirk- oder Scheinleistung?
Bei Wirkleistung spielt ja bekanntlich die Phasenverschiebung eine Rolle
und ob die mit einem Trafo über den gesamten Frequenzbereich konstant
ist?
Außerdem muss wegen der Multiplikation der Augenblickswerte die
Abtastrate wesentlich höher sein und der A/D Wandler muss negative Werte
verarbeiten können.
Strommesser schrieb:> Ideal wäre "berührungslos" zu messen.
Vergiss es.
Strommesser schrieb:> Shunt klingt logisch, ein paar 100mOhm wären zu ertragen.
Richtig.
> Leider kann dieser nicht in die Masseleitung eingefügt werden,> mit einem Differenzverstärker würde es gehen.
Über solche 'kann nicht' sollte man noch mal nachdenken, wenn die
Alternative
> Es gibt viele dafür gebaute ICs die auch die 20Veff locker> verarbeiten könnten. Problem ist der CMRR, selbst> die besten Chips würden bei 20V Gleichtaktsignal einen nicht> unerheblichen Messfehler produzieren.
also z.B. schon der genannte
8bit schrieb:> 10 µA-100 mA, 0.05% Error, High-Side Current Sensing:> http://www.ti.com/lit/ug/tidu033/tidu033.pdf
da problematisch wären. Es ist nun aber kein Hexenwerk, eine galvanische
getrennte Hilfsspannungsversorgung aufzubauen und den A/D-Wandler daraus
zu versorgen, der dann über Licht oder ADUM seine Daten überträgt.
Das Grundprinzip, Strom und Spannung messen und in Leistung umrechnen,
schaffen viele Energiekostenzähler mit hoher Auflösung und gesetzlich
garantierter Genauigkeit. Die haben es zwar etwas einfacher, 50Hz und
höhere Ströme so daß Erdmagnetfeld nicht stört, aber sind billig.
Dieter W. schrieb:> Bei Wirkleistung spielt ja bekanntlich die Phasenverschiebung eine Rolle> und ob die mit einem Trafo über den gesamten Frequenzbereich konstant> ist?
Na ja, Phasenverschiebung nützt nur bei sinusförmigem Signal. In der
Realität ist die Berechnung also untauglich, da muss man schon
Strom*Spannung instantan selber multiplizieren.
Für eine großen Dynamikumfang wäre eine Logarithmierung vielleicht das
richtige. Und für Wechselspannung gibt es dazu schöne integrierte
Lösungen, ein AD8307 oder der gute alte NE614 funktionieren mit großem
Koppelkondensator auch für Niederfrequenz. Philips hat zum NE614 mal
eine Applikationnote verfasst:
https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1991.pdf
