Stromspitzen messen

Warum eine Messkarte einem Oszilloskop oder Multimeter vorzuziehen ist

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Eine PC-basierende Highspeed-Strommessung

Eine interessante Alternative für die Strommessung im industriellen Umfeld bietet die All-in-One-Lösung von ALLDAQ in Form der CompactPCI-Karte ADQ-412. Der große Strommessbereich der Karte wird durch einen ±25-mA- bis ±50-A-Messbereich realisiert. Beide Messbereiche sind mit je einem hochpräzisen Shunt-Widerstand des Herstellers Isabellenhütte ausgestattet. Dabei ist der Messbereich ±25 mA mit einem Shuntwiderstand von 10 Ω und der ±50-A-Bereich mit einem Shuntwiderstand von 5 mΩ versehen. Die Umschaltung zwischen den Messbereichen erfolgt ohne Unterbrechung des Stromkreises durch die Applikation des Anwenders.

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Je Kanal generiert die Messkarte bei Über- bzw. Unterschreiten des ±25-mA-Messbereichs ein entsprechendes Interruptereignis, das auf Applikationsebene für die automatische Bereichswahl genutzt werden kann. Unabhängig davon schaltet ein Hardware-Komparator automatisch in den 50-A-Messbereich, sobald die 25 mA um mehr als 12,5 Prozent überschritten werden. Dieser Schutzmechanismus greift unabhängig von Betriebssystem und Applikationssoftware.

Hohe Auflösung von 18 Bit des A/D-Wandlers

Beide Kanäle sind mit einem 18 Bit A/D-Wandler bestückt, die synchron mit bis zu 1,6 MS/s abtasten können. Damit erlaubt die ADQ-412 die für eine Strommessung ungewöhnlich hohe Bandbreite von 20 kHz für Rechtecksignale bei einer sehr hohen Genauigkeit. Die Werte können einzeln oder timergesteuert erfasst werden. Bei Bedarf lässt sich die Messung über zwei externe TTL-Triggereingänge (RP-SMA-Buchse) starten oder stoppen.

Durch die potentialgetrennten Kanäle kann der Messtechniker volldifferentiell messen. Ein Bezug zu einer gemeinsamen Masse der Kanäle oder zur PC-Masse ist nicht notwendig. Von konventionellen Strommessungen mit dem Multimeter ist man es gewöhnt, dass es unerheblich ist, ob das DUT im Plus- oder Minus-Pfad eingeschleift wird. Bei einer auf einen PC-basierenden Messung ist das jedoch nicht selbstverständlich.

Zu beachten ist außerdem, dass ein isolierter Analogteil, der mit aktiven Bauelementen wie einem A/D-Wandler bestückt ist, mit Spannung versorgt werden muss und die Digital-Daten via Optokoppler oder induktiver Kopplung an den PC übertragen werden müssen. Das entscheidende Kriterium ist hier die Spezifikation des DC/DC-Wandlers, der letztlich für die Spannungsfestigkeit der Eingangsstufe verantwortlich ist. Im Falle der Messkarte ADQ-412 ist der Wert so ausgelegt, dass selbst eine Drehstrommessung mit dem DUT im Minus-Pfad problemlos möglich ist. Dies trägt zur Sicherheit im Feld bei und reduziert den Aufwand für eine sonst nötige Verpolungssicherung.

Zur Integration erhält der Anwender die Treibersoftware für Windows XP/Vista/7/8 oder auf Anfrage auch Linux sowie umfassende Programmierunterstützung. Dazu gehören Beispiele für C++, C#, Visual Basic und Pascal. Eine Bibliothek mit Virtual Instruments (VIs) erleichtert vielen Anwendern die Einbindung in LabVIEW-Projekte.

Die elektrische Leistung als wichtige Kenngröße

Der elektrische Strom ist stets in engem Zusammenhang mit der elektrischen Spannung zu sehen. Der Grund ist einfach: Ohne eine entsprechende Potentialdifferenz, welche die Elektronen anschiebt, gibt es auch keinen Stromfluss. Und die daraus resultierende elektrische Leistung als Produkt aus Spannung und Strom ist bekanntlich eine wichtige Kenngröße zahlreicher Produktspezifikationen: Angefangen von der Leistungsaufnahme hochintegrierter Chips bis hin zur Leistungsmessung in den Drehstromnetzen.

Die hohe Spannungsfestigkeit der vorgestellten Messkarte wird gestärkt durch die eine kurze Betrachtung der Drehstrom-Kennwerte. Der Effektivwert der in Europa üblichen Drehstromnetze liegt für die Dreiecksschaltung mit L1 zu L2, L1 zu L3 und L2 zu L3 bei einer Spannung von 230 V × √3 = 400 V. Zudem errechnet sich der relevante Scheitelwert im Dreiphasensystem aus 400 V × √2 = 565 V. Damit liegt die CompactPCI-Messkarte ADQ-412 mit einer spezifizierten Isolationsspannung von 700 V deutlich über den geforderten Wert. Weitere Produktvarianten der Messkarte und speziell für die Leistungsmessung sind bereits in Planung.

* Josef Reicherzer ist für die Öffentlichkeitsarbeit der Division ALLDAQ bei der ALLNET GmbH Computersysteme in Germering verantwortlich.

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