Strommessung mit Spannungs-DAQ-Systemen

Der Strom wird oft direkt mit einem Daten-Erfassungsgerät (DAQ) gemessen.

    DAQ-Geräte, die Spannungen messen, sind für den Benutzer in der Regel leichter zugänglich.Diese Methode erfordert, dass der Strom in eine Spannung umgewandelt wird, damit das Spannungs-DAQ-Gerät das Signal lesen kann.

Dies kann mit einem elektrischen Schunt erreicht werden, benötigt aber ein System mit hoher Eingangsimpedanz. Berechnungen mit etablierten Formeln sind auch erforderlich, um den optimalen Shunt zu bestimmen.

Eingangsimpedanz

Die elektrische Impedanz ist eine Messung des Widerstands eines Schaltkreises gegen den Strom, wenn eine Spannung angeschlossen wird.

Das Eingangsimpedanznetzwerk eines Quellnetzwerks beinhaltet sowohl

• Statische & 

• Dynamische Gegenwehr.

Elektrische Gegenwehr wird häufiger als Reaktanz als statische Gegenwehr erkannt.

Ein Lastnetzwerk ist der Teil eines elektrischen Netzwerks, der Elektrizität nutzt, während ein Transmissionsnetzwerk der Abschnitt ist, der Energie überträgt. Die Ausgangsimpedanz des Quellnetzwerks und die Eingangsimpedanz des Lastnetzwerks bestimmen, wie Energie vom Quell- zum Lastnetzwerk transportiert wird.

Impedanz wird häufig verwendet, um die elektrische Effizienz eines Netzwerks zu bewerten, was normalerweise das Verhältnis von nutzbarem Leistungsausgang zu typischerweise erfordert, das Netzwerk zu segmentieren und sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsimpedanz zwischen den Segmenten zu bestimmen.

Effizienz wird definiert als das Verhältnis der Eingangsimpedanz zur Gesamtimpedanz, das heißt, der Summe von Eingangs- und Ausgangsimpedanz.

Für Wechselstromschaltkreise verursacht die Reaktanzkomponente der Impedanz häufig große Leistungsverluste. Aufgrund dieser Verluste kann der Strom des Schaltkreises aus der Phase mit der Spannung sein.

Da Leistung eine Kombination aus Spannung und Strom ist, ist die über den Schaltkreis gelieferte Leistung geringer, wenn die Spannung nicht in Phase ist.

Gleichstromschaltkreise haben keine Reaktanz und leiden daher nicht darunter.

Daten-Erfassungssysteme

DAQ bezieht sich auf die Methode, elektrische Signale abzutasten, die häufig verwendet werden, um physikalische Bedingungen zu messen.

• Sensoren,

• Signalkonditionierungsschaltungen und

• Eine Analog-Digital-Umsetzung, um physische Eigenschaften in ein Analogsignal umzuwandeln

sind unter den drei Komponenten.

Die Signalkonditionierungsschaltungen wandeln Signale in digitale Werte um, die transformiert werden können. Die digitalen Werte werden anschließend über einen Analog-Digital-Wandler konvertiert. Datenlogger sind der gebräuchlichste Name für eigenständige DAQ-Systeme.

Datenrekorder mit niedriger Eingangsimpedanz haben normalerweise eine Eingangsimpedanz von etwa 22 kΩ. Bei hoher Eingangsimpedanz muss sie mindestens 100 MΩ betragen, Einheitskosten.

Dieser Typ von Datenlogger hat auch einen Analog-Digital-Wandler (successive approximation). Er sollte auch acht single-ended Kanäle mit unabhängigen A/D auf Spannungseingängen von 1V, 2V, 5V und 10V enthalten.

Elektrischer Shunt

Ein elektrischer Shunt ist ein Instrument, das einen Niederwiderstandsweg verwendet, um Elektrizität um einen Punkt im Schaltkreis herum zu leiten.

Ein Amperemesser kann durch die Verwendung eines der zahlreichen möglichen Amperemesser-Shunts einen zu großen Strom messen, den es nicht direkt genau messen kann.

Dieser Art von bekanntem Widerstand ist relativ minimal im Vergleich zum Laststrom des Schaltkreises. Um ihn passieren zu lassen, wird der Shunt in Reihe damit verbunden.

Die Spannungsabfall (VD) über dem Shunt kann dann gemessen werden, indem ein Voltmeter an jedem Ende des Shunts angeschlossen wird. Der Widerstand des Shunts und dieser Spannungsabfall können dann berechnet werden.

Der Spannungsabfall bei maximaler Stromstärke des Shunts, der nach einer bestimmten Betriebszeit deklassiert werden muss, ist der Wert, der einen Shunt auszeichnet, und beträgt in der Regel 50 mV, 75 mV oder 100 mV.

Shunts haben häufig eine De-Rating für Minuten an kontinuierlicher Nutzung. Der Widerstand eines Shunts kann von seinen Spezifikationen sowie von seiner Temperatur und thermischen Drift abweichen. Bei 80 °C (176 °F) beginnen Shunts oft, thermische Drift zu erfahren und irreparable Schäden zu erleiden.

Berechnungen

Die Standardformel zur Bestimmung des Stroms in einem Schaltkreis lautet

I = V/R

Wobei,

V – Spannung (V)

I – Strom (Ampere) und

R – Widerstand (Ω)

In einem Shunt entspricht der Widerstand dem spezifizierten Widerstand des Geräts, und die Spannung entspricht der Spannungsdifferenz zwischen den Vin+ und Vin--Eingangsterminalen des Voltmeters.

Sicherzustellen, dass der Spannungsabfall innerhalb eines bestimmten Bereichs bleibt, ist der wichtigste Schritt in diesem Prozess. Ein angemessenes Signal-Rausch-Verhältnis erfordert oft einen Mindestverlust von mehreren Volt.