Stroommeting met behulp van voltage DAQ-systemen

Stroom wordt vaak rechtstreeks gemeten met behulp van een data-acquisitie (DAQ) apparaat.

    DAQ-apparaten die spanning meten, zijn aan de andere kant vaak gemakkelijker toegankelijk voor de gebruiker.Deze methode vereist het omzetten van de stroom naar spanning zodat het DAQ-apparaat voor spanning het signaal kan lezen.

Dit kan worden bereikt met een elektrische shunt, maar het vereist een systeem met een hoge ingangsimpedantie. Berekeningen met gebruik van gevestigde formules zijn ook nodig om de optimale shunt te bepalen.

Ingangsimpedantie

Elektrische impedantie is een maat voor de weerstand van een circuit tegen stroom als er een spanning op aangesloten is.

Het ingangsimpedantienetwerk van een bronnennetwerk, dat zowel

• Statische & 

• Dynamische oppositie bevat.

Elektrische oppositie wordt vaker herkend als reactantie dan statische oppositie.

Een belastingsnetwerk is het onderdeel van een elektrisch netwerk dat elektriciteit gebruikt, terwijl een transmissienetwerk het gedeelte is dat energie transporteert. De uitgangsimpedantie van het bronnennetwerk en de ingangsimpedantie van het belastingsnetwerk bepalen hoe energie van de bron naar het belastingsnetwerk wordt getransporteerd.

Impedantie wordt vaak gebruikt om de elektrische efficiëntie van een netwerk te beoordelen, wat normaal gesproken het verhouding is van bruikbare vermogensuitvoer tot doorgaans vereist segmentatie van het netwerk en bepaling van zowel de ingangs- als de uitgangsimpedantie tussen de segmenten.

Efficiëntie wordt gedefinieerd als het verhouding van ingangsimpedantie tot totale impedantie, dat wil zeggen, de som van ingangsimpedantie en uitgangsimpedantie.

Voor wisselstroomcircuits veroorzaakt de reactantiecomponent van de impedantie vaak grote vermogensverliezen. Door deze verliezen kan de stroom in het circuit uit fase zijn met de spanning.

Omdat vermogen een combinatie is van zowel spanning als stroom, is het over het circuit geleverde vermogen minder dan als de spanning in fase zou zijn.

Gelijkstroomcircuits hebben geen reactantie en lijden daarom niet onder.

Data-acquisitiesystemen

DAQ verwijst naar de methode van het monsternemen van elektrische signalen, die vaak worden gebruikt om fysieke omstandigheden te meten.

• Sensoren,

• Signaalconditioneringsschakelingen, en

• Een analoge-naar-digitale converter om fysieke kenmerken om te zetten in een analoog signaal

zijn onderdeel van de drie componenten.

De signaalconditioneringsschakelingen zetten signalen om in digitale waarden die kunnen worden getransformeerd. De digitale waarden worden vervolgens omgezet via een analoge-naar-digitale converter. Dataloggers zijn de meest gangbare naam voor standalone DAQ-systemen.

Gegevensrecorders met lage ingangsimpedantie hebben doorgaans een ingangsimpedantie van ongeveer 22kΩ. Met een hoge ingangsimpedantie moet het een ingangsimpedantie van minimaal 100 MΩ hebben, kosteneenheid.

Deze type datalogger heeft ook een analoge-naar-digitale (successieve benadering)converter. Het moet ook acht single-ended kanalen bevatten met onafhankelijke A/D op spanning-ingangen van 1V, 2V, 5V en 10V.

Elektrische shunt

Een elektrische shunt is een instrument dat een pad met lage weerstand gebruikt om elektriciteit om een punt in een circuit heen te voeren.

Een ammeter kan stroom bepalen die te groot is om direct nauwkeurig te meten door gebruik te maken van een van de vele denkbare ammetershunts.

Deze soort nauwkeurig bekende weerstand is relatief klein in vergelijking met de laadcircuittestroom. Om erdoorheen te gaan, wordt de shunt in serie aangesloten.

De spanningval (VD) over de shunt kan vervolgens worden gemeten door een voltmeter aan beide uiteinden van de shunt aan te sluiten. De weerstand van de shunt en deze spanningval kunnen vervolgens worden berekend.

De spanningval bij de maximale stroom van de shunt, die na een vooraf bepaalde periode van werking moet worden gedegradeerd, is de waarde die een shunt onderscheidt en is meestal 50 mV, 75 mV of 100 mV.

Shunts hebben vaak een de-rating voor minuten van continu gebruik. De weerstand van een shunt kan afwijken van de specificaties, evenals van de temperatuur en thermische drift. Bij 80 °C (176 °F) beginnen shunts vaak te lijden aan thermische drift en onherstelbare schade.

Berekeningen

De standaardformule voor het bepalen van de stroom in een circuit is

I = V/R

Waarbij,

V – Spanning (V)

I – Stroom (Ampères) en

R – Weerstand (Ω)

In een shunt is de weerstand gelijk aan de nominale weerstand van het apparaat, en de spanning is gelijk aan het spanningsverschil tussen de Vin+ en Vin- ingangen van de voltmeter.

Zorgen dat de spanningval binnen een bepaald bereik blijft, is de belangrijkste stap in dit proces. Een adequate signaal-geluid-verhouding vereist vaak een minimale verlies van enkele volt.

<