Calibration Portal

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Häufig gestellte Fragen

A. Auswahl und Spezifizierung eines Messwandlers

Wie Sie Danisense Stromwandler und Systemschnittstellen auswählen

B. Genauigkeit, Kalibrierung und Langzeitstabilität

Generell ist es mit unseren Stromwandlern auch möglich, sehr geringe Ströme zu messen. Die Angaben zur Genauigkeit finden Sie im Datenblatt auf Seite 3.

Hier können Sie den Gesamtfehler auch für sehr kleine Ströme berechnen.

Die Gesamtgenauigkeit des DS50UB-10V ist nachstehend dargestellt.

Die höchstmögliche Genauigkeit lässt sich erzielen, wenn der Gleichstrom-Offset des Stromwandlers im Messgerät kompensiert wird. Die gestrichelten Kurven zeigen die Genauigkeit ohne Gleichstrom-Offset. Die Genauigkeit bei einem Primärstrom von 2,5 mA (0,005 % desIPN-Gleichstroms) beträgt bei diesem Stromwandler ±2 %.

Nachstehend finden Sie Messwerte für das Modell DS50UB-10V ohne Gleichstromversatz aus der laufenden Produktion.

Diese Genauigkeiten lassen sich nur mit professionellen Messgeräten erzielen, die über geeignete Filteroptionen verfügen. Auf diese Weise lassen sich Störsignale so weit wie möglich ausblenden.

Alle Daten zur Berechnung der Genauigkeit des Strommesswandlers sind im Datenblatt aufgeführt. Die Berechnung wurde für den DS200UB-10V durchgeführt.

Bei einem gemischten Signal sollte die Genauigkeit für jede Frequenzkomponente berechnet werden. In diesem Beispiel berechnen wir die Genauigkeit für das Gleichstromsignal. Daher verwenden wir die Genauigkeitsdaten, die für Frequenzen unter 10 Hz angegeben sind (<10 Hz). Der gesamte Verhältnisfehler lässt sich anhand der folgenden Gleichung berechnen.

Diese Formel ist im Datenblatt auf Seite 3 aufgeführt.

Die Daten finden Sie wie folgt im Datenblatt.

Wenn wir nun die Genauigkeit der Amplitude für 10 A berechnen, ergibt sich folgende Gleichung.

Wenn Sie einen Primärstrom von 10 A messen und Ihr Messgerät das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers berücksichtigt hat

Sie erhalten eine Sekundärspannung von

Wenn Sie über einen idealen Stromwandler ohne Amplitudenfehler verfügen. Wir haben jedoch eine berechnet. Das bedeutet, dass Ihr Messgerät eine Spannung anzeigt, die zwischen den folgenden berechneten Werten liegt.

Der prozentuale Amplitudenfehler beim Momentanwert von 10 A lässt sich wie folgt berechnen.

Der Verhältnisfehler lässt sich durch Kompensation des Offsetfehlers verringern.

Der Übersetzungsfehler lässt sich nun für jeden Primärstrom berechnen, selbst für sehr kleine Werte. Bitte beachten Sie, dass der Übersetzungsfehler bei kleineren Primärströmen zunimmt.

Die Phasenverschiebung ist im Datenblatt für Frequenzkomponenten unterhalb von 10 Hz mit einer Genauigkeit von 0,01° angegeben.

Grafisch lässt sich dies anhand des folgenden Diagramms veranschaulichen.

Dies hängt von der Auflösung m in Bit Ihres Analog-Digital-Wandlers (ADC) ab. Diese bestimmt die Anzahl der Stufen M, die sich wie folgt berechnen lässt: . Der Wert einer Stufe (niedrigstwertiges Bit – LSB) ist ein Parameter der theoretischen Auflösung des ADC im Verhältnis zu seinem analogen Ausgangsbereich.
Nehmen wir beispielsweise an, dass der Messbereich des Signaleingangs für den DS50UB-10V mit angegeben ist. Fließt nun ein Gleichstrom von +50 A durch den DS50UB-10V, so ergibt sich daraus eine Spannung von 10 V auf der Sekundärseite des Stromwandlers. Das Übersetzungsverhältnis ist definiert als V/A = 1/5.

Der Einsatz von ADCs mit höherer Auflösung stellt in der Regel höhere Anforderungen an rauscharme Bauteile sowie an Abschirmungs- und Erdungskonzepte. Es handelt sich hierbei also um mathematische Werte.

Garantie ab Herstellungsdatum gemäß Seriennummer:

  • 24 Monate Garantie auf die Funktionsfähigkeit des Stromwandlers
  • 24 Monate Garantie auf die Richtigkeit der Angaben im Datenblatt

Die im Datenblatt angegebenen Genauigkeitswerte beziehen sich auf die gesamte Lebensdauer des Stromwandlers. Nach 24 Monaten empfiehlt es sich, alle 1 bis 2 Jahre Kalibrierungen durchzuführen, um die Zuverlässigkeit der von unseren Stromwandlern gelieferten Messwerte gemäß den vom Endkunden festgelegten Qualitätsrichtlinien zu gewährleisten.

C. Bandbreiten- und Frequenzverhalten

Leistungsanalysatoren verwenden in der Regel die folgende Grundformel zur Berechnung der Wirkleistung.

So werden die digitalisierten Momentanwerte der Spannung v(t) und des Stroms i(t) miteinander multipliziert und die Ergebnisse über ein definiertes Zeitfenster aufsummiert. Grundsätzlich werden Gleichstromkomponenten, alle harmonischen und nichtharmonischen Komponenten bis zur Bandbreitengrenze oder Filtergrenzfrequenz des Netzanalysators berücksichtigt.

Die Grenzfrequenz eines Leistungsanalysators ist die Frequenz, die die Grenze zwischen einem Durchlassbereich und einem Sperrbereich für die an die Eingangskanäle angelegten Messsignale kennzeichnet. Der Durchlassbereich umfasst den Frequenzbereich, den der Filter durchlässt (minimale Dämpfung), und der Sperrbereich umfasst den Frequenzbereich, den der Filter zurückweist (hohe Dämpfung). Die Grenzfrequenz wird manchmal als der Punkt im Filtergang definiert, an dem das Übergangsband und das Durchlassband aufeinandertreffen, beispielsweise als der Punkt, an dem der Ausgangspegel des Filters um 50 % abfällt bzw. ansteigt (d. h. ±3 dB, da ein Abfall bzw. Anstieg um 3 dB in etwa der halben Leistung entspricht) des Inbandpegels, unter der Annahme eines konstanten Eingangspegels. Sie wird manchmal auch als Halbwertsfrequenz oder ±3-dB-Frequenz bezeichnet.

Das Sperrband des Filters ist im Wesentlichen das Frequenzband, das vom Filter unterdrückt wird. Es beginnt an dem Punkt, an dem der Filter den erforderlichen Unterdrückungsgrad erreicht.

Die Eingangssignale der Messkanäle werden bei der Grenzfrequenz um -3 dB gedämpft. Alle Frequenzanteile oder Rauschsignale oberhalb dieser Grenzfrequenz werden gedämpft.

Aufgrund der durch den Tiefpassfilter verursachten Zeitverzögerung sollten alle miteinander interagierenden Kanäle dieselben Filtercharakteristiken aufweisen. Andernfalls muss die interne Software des Messgeräts eine zusätzliche Zeitverzögerung aufgrund eines anderen Filtertyps kompensieren.

Die Induktivität des Wandlers selbst trägt selbst oberhalb des aktiven Bereichs von ca. 9–10 kHz nicht wesentlich zum gesamten Primärkreis bei. Die Kunden werden wahrscheinlich eine wesentlich größere Induktivität durch die Verkabelung im Primärkreis feststellen.

Die Begründung lautet wie folgt:

  • Wenn der DCCT außerhalb des aktiven Bereichs betrieben wird, wirkt er als Stromwandler, und obwohl der Fluss nicht vollständig null ist, sind die tatsächlichen Flusswerte sehr gering, solange ein Pfad vorhanden ist, über den die sekundären Kompensations-Amperespulen die primären Amperespulen ausgleichen können.
  • Da wir im DCCT Kerne mit hoher Permeabilität und ohne Luftspalt verwenden, handelt es sich nicht um einen Induktor, der auf einen Pulverkern mit verteilten Luftspalten gewickelt ist, oder um einen Ferritkern mit einem absichtlich eingebauten Luftspalt zur Speicherung von magnetischer Energie.
  • Werden in der jeweiligen Konfiguration mehrere Primärwicklungen verwendet, um den Primärstrom zu erhöhen, kann der Kunde die Induktivität ermitteln, indem er die Primärwicklungen um den Danisense-Stromwandler als Luftkernspule berechnet.

In vielen Fällen liegt die angegebene Bandbreite des Stromwandlers unterhalb der Bandbreite des Messgeräts. Signalkomponenten, die oberhalb der angegebenen Bandbreite des Stromwandlers auf die Sekundärseite übertragen werden, können erheblich verstärkt oder gedämpft werden. Die Bandbreite der Stromwandler wird nicht durch ein Tiefpassfilter mit der entsprechenden Grenzfrequenz begrenzt.

Laut den Danisense-Datenblättern verfügen alle Stromwandler über eine angegebene Bandbreite. Der Wert ist auf Seite 2 zu finden.

Störsignale oder hochfrequente Anteile im Primärsignal können vom Strommesswandler im Bereich zwischen der angegebenen Bandbreite des Strommesswandlers und der Grenzfrequenz verstärkt oder gedämpft werden, was zu verfälschten Messwerten führen kann.

D. Installation und Verkabelung

Insbesondere wenn der Primärleiter mehrmals um den Stromwandler gewickelt ist, können sich die schnellen Spannungsänderungen in den Stromwandler einkoppeln. (Handbuch, Seite 18)

Um diese unerwünschten Wirkungen so gering wie möglich zu halten, sollten die folgenden Maßnahmen ergriffen werden.

  • Stellen Sie sicher, dass die Wicklungen um den Wandler gleichmäßig verteilt (ausgeglichen) sind.
  • Achten Sie darauf, dass die Schlaufen um den Wandler nicht zu fest sitzen.
  • Messen Sie nach Möglichkeit auf der „kalten“ Seite der Anlage. (Rückleiter)
  • Erden Sie das Aluminiumgehäuse des Wandlers (entfernen Sie zuvor die Farbe an der Gehäusehalterung; siehe Handbuch, Seite 18).
  • Verwenden Sie ein geerdetes Metallrohr, das durch den Öffnungsdurchmesser des Wandlers verläuft, wobei sich die Wicklung im Inneren dieses Rohrs befindet, um die Elektronik des Wandlers abzuschirmen.

Sie benötigen im Messkanal einen 50-Ohm-Widerstand, dessen Wert der charakteristischen Impedanz des Koaxialkabels entspricht, falls es zu Reflexionen am Anschlusskabel kommen kann, d. h. bei der Messung von Hochfrequenzsignalen oder Impulsen mit steilen Flanken.

Ohne einen solchen Abschluss an einem oder beiden Enden des Kabels kann sich eine reflektierte Welle mehrmals im Kabel hin und her ausbreiten. Das Messsignal kann auf diese Weise stark verzerrt werden.

Es wird allgemein empfohlen, für Spannungssignale hochohmige Eingänge ab 1 MOhm zu verwenden. Der unerwünschte Stromfluss durch einen hochohmigen Widerstand im Messgerät wird dadurch sehr gering gehalten, was negative Auswirkungen auf die von uns angegebene Genauigkeit verringert.

Außenradius – Innenradius = Abstand vom Außengehäuse des Stromwandlers zum Rückleiter oder zum benachbarten Leiter.

Serien DQ, DS, DL, DM, DL:

Das Gehäuse des Stromwandlers besteht aus Aluminium und bietet somit Schutz vor unerwünschten hochfrequenten Störungen. Wird der Stromwandler über ein DaniSense-DSUB-Kabel an eine DaniSense-Systemschnittstelleneinheit (DSSIU) angeschlossen, sind das Gehäuse und die Kabelabschirmung elektrisch mit der Erdung des Versorgungsnetzes verbunden.

DT-Serie:

Das Gehäuse ist aus Kunststoff und Aluminium gefertigt. Der Wandlerkopf ist mit einer Kupferfolie umhüllt, die über den DSUB-Anschluss auch mit der Kabelabschirmung des DSUB-Kabels verbunden ist. Die Kabelabschirmung ist über die DSSIU mit der Netzwerkerde verbunden.

DR-Serie:

Der Schallkopf ist mit einer Kupferfolie umhüllt, die mit der Kabelabschirmung verbunden ist. Die Kabelabschirmung ist mit der Erde des Versorgungsnetzes in der Elektroniksteuerungsbox verbunden.

E. Überlastung, Sättigung und Schutz

Um diese Frage zu beantworten, nehmen wir den Stromwandler DS50ID als Beispiel. Im Datenblatt finden wir die folgenden Informationen.

Die folgende Abbildung zeigt die einzelnen Daten zum Primärstrom. Der Stromwandler kann im grünen Bereich betrieben werden.

  1. Ein Primärstrom, der die Überlastgrenze (IOL) überschreitet, kann den Stromwandler unabhängig von der Dauer beschädigen.
  2. Ein Primärstrom zwischen 150 A und 1500 A über einen Zeitraum von 100 ms bis ~1 s könnte den Sensor potenziell ebenfalls beschädigen, gäbe es nicht die erweiterte Sensorschutzschaltung (ASPC). Die Eigenschaften dieser Schutzmethode sind im Benutzerhandbuch im Kapitel „4.9 Advanced Sensor Protection Circuit (ASPC)“ beschrieben.
  3. Ein Primärstrom zwischen mindestens 75 A (abhängig von Last- und Kabelwiderstandswerten, Versorgungsspannungen, Umgebungstemperatur usw.) und 1.500 A über einen Zeitraum von mehr als ~1 s führt dazu, dass der Stromwandler in die Sättigung gelangt und die ASPC aktiviert wird. Weitere Informationen finden Sie in der Bedienungsanleitung in den Kapiteln „4.3 Sättigungsverhalten“ und „4.9 Erweiterte Sensorschutzschaltung (ASPC)“.

Dies ist das erwartete Verhalten der Danisense-Stromwandler. Aufgrund der fehlenden Stromversorgung kann der Stromwandler die magnetische Flussdichte in den Magnetkernen vorübergehend nicht mehr auf 0 regeln. Aus diesem Grund werden diese Stromwandler auch als Nullfluss-Stromwandler bezeichnet. Wird der Primärstrom nicht abgeschaltet, erzeugt er weiterhin ein Magnetfeld und damit einen Magnetfluss in den Eisenkernen. Wird der Stromwandler durch Anschließen des DSUB-Kabels wieder in Betrieb genommen, bleibt die grüne LED dunkel und das Gerät verbleibt im Fehlerzustand. Der Grund dafür ist, dass sich der Flux-Gate-Detektor aufgrund des vor dem Einschalten des Messwandlers vorhandenen Primärstroms in der Sättigung befindet, sodass die Steuerung des Messwandlers nicht in der Lage ist, das Magnetfeld im Inneren des Kerns aufzuheben. Die Folge kann ein größerer Offset-Fehler bzw. eine stärkere Magnetisierung des Kerns sein.

Um die vorgegebenen Fehlerwerte wieder zu erreichen, sollte der Primärstrom nur dann eingeschaltet werden, wenn die Stromversorgung des Stromwandlers ordnungsgemäß funktioniert. Nur so kann gewährleistet werden, dass keine Restmagnetisierung der Eisenkerne auftritt.

Sollte das DSUB-Kabel während des Testbetriebs versehentlich vom Stromwandler getrennt und anschließend wieder angeschlossen werden, muss der Primärstrom auf Null gesetzt werden. Danach sollte der Stromwandler wieder wie erwartet funktionieren.

Ja. Auf Seite 22 des Handbuchs wird die Funktionsweise der Fluxgate-Sensoren ausführlich erläutert.

Stromwandler – Sättigungswert

Der Stromsensor wird dann wieder ordnungsgemäß funktionieren.

Im Allgemeinen können Sie den ohmschen Widerstand erhöhen, wenn Sie geringe Primärströme messen. In den meisten Datenblättern finden Sie dazu Abbildung 2.

Steigt der Primärstrom bei Verwendung eines hochohmigen Lastwiderstands an, erhöht sich die Spannung am Lastwiderstand, und ab einem bestimmten Punkt schaltet das Relais im Messumformer den Messumformer in den Aus-Zustand.

Der Mechanismus funktioniert folgendermaßen: Sobald die Hochspannung am Lastwiderstand einen Wert erreicht, der nahe an der Versorgungsspannung des DCCT liegt, kann der Operationsverstärker im DCCT keinen weiteren Strom mehr liefern, und der Magnetkern verlässt den Nullfluss-Betrieb, d. h., der Fluxgate-Detektor geht in die Sättigung über. Dies führt dazu, dass das Relais den Wandlerausgang abschaltet.

Der Wandler darf nicht beschädigt sein.

Dies ist das erwartete Verhalten des Stromwandlers. Der Grund dafür ist, dass der Offset-Fehler des Messwertaufnehmers innerhalb der Spezifikation bleiben soll.

Der Fluxgate-Sensor befindet sich im Sättigungszustand und kann den Kompensationsstrom nicht mehr regeln, sodass die Relaiskontakte geschlossen werden und die Wicklung kurzschließen, um die Elektronik zu schützen.

F. Störungen und Signalqualität

Heutzutage verursachen nichtlineare Lasten wie Schaltnetzteile nicht nur harmonische Verzerrungen im Stromnetz, sondern sind oft auch für elektromagnetische Strahlung verantwortlich. So werden beispielsweise magnetische Streufelder von Wicklungskomponenten und elektrische Streufelder von Leitern mit hohen Impulsspannungen erzeugt. Diese Felder können in den Stromwandler einkoppeln. Oszilloskope können zur Aufzeichnung dieser Schwingungen verwendet werden.

Bei einem DS50UB-10V ohne angeschlossenes Netzteil und mit nicht geerdetem Gehäuse lässt sich über den BNC-Anschluss eine Schwingung von ca. 44 MHz feststellen. Diese Schwingung entspricht einem Primärstrom von ca. 20 mA (Spitze-Spitze). Die Messung wurde auf einem handelsüblichen Schreibtisch im Homeoffice durchgeführt.

Die Störung liegt außerhalb der spezifizierten Bandbreite des Stromwandlers von 500 kHz. Ein Tiefpassfilter im einstelligen MHz-Bereich könnte diese Störung deutlich reduzieren.

In Laboraufbauten kommen stets Netzteile zum Einsatz. Neben dem Laptop benötigen auch Messgeräte wie Oszilloskope ein Netzteil, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt. Um den internen Transformator so klein wie möglich zu halten, wird die Netzspannung in hohe Frequenzen umgewandelt. Dies führt zu elektromagnetischer Strahlung, die sich beispielsweise mit einer kurzgeschlossenen Oszilloskop-Sonde qualitativ nachweisen lässt.

Diese Strahlung kann z.B. das innere Loch des Stromwandlers durchdringen und ist daher im Sekundärsignal zu erkennen.

Auf dem obigen Bild ist eine Schwingung bei ca. 3,33 MHz zu erkennen. Die Strommesswandler verfügen am Ausgang über keinen Tiefpassfilter, sodass diese Signale in der Regel nicht gedämpft werden. Für Oszilloskopanwendungen wird empfohlen, Oszilloskope zu verwenden, die das Eingangssignal filtern können, um hochfrequente Störungen zu minimieren.

Ja, das ist richtig. In der Regel ist die im Datenblatt angegebene Erregungsfrequenz des Strommesswandlers ersichtlich. Beim Modell DS50UB-10V beispielsweise ist die Erregungsfrequenz mit 31,25 kHz angegeben. Diese Schwingung ist Teil des Gleichstromversorgungsstroms.

G. Schnittstelleneinheiten und Ausgangsmodule

Das 1-V-Modul ist rein passiv und verfügt über einen Messwiderstand. Das 10-V-Modul hingegen verfügt über eine aktive Verstärkerschaltung. Aus diesem Grund tritt beim 1-V-Modul kein Offset-Fehler auf, sodass es in dieser Hinsicht als genauer einzustufen ist. Auch der Verhältnisfehler ist etwas geringer als beim 10-V-Modul. Diese Daten sind im Datenblatt der Schnittstelleneinheit DSSIU-6-1U-V aufgeführt.

https://danisense.com/products/dssiu-6-1u-v/datasheet/

Allerdings können elektromagnetische Störungen und ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis des ausgewählten Messgeräts diesen Vorteil zunichte machen.

Es obliegt daher dem Kunden, die Vor- und Nachteile von 1-V- und 10-V-Ausgangsmodulen selbst abzuwägen.

Das Spannungsausgangsmodul (VOM) kann hochpräzise Ausgangssignale von bis zu 12 V liefern. Entspricht der Nennprimärstrom einer Ausgangsspannung von 10 V, kann ein Überstrom von bis zu 120 % des Nennprimärstroms gemessen werden. Allerdings muss der am DSSIU-6-1U-V installierte Stromwandler mit Stromausgang für diesen Überstrom ausgelegt sein.

Die 1-V-Module bestehen lediglich aus einem passiven Shunt. Die Ausgangsspannung richtet sich nach dem Primärstrom gemäß den Spezifikationen des Stromwandlers mit Stromausgang.

H. Produktinformationen und Support

Jeder Danisense-Stromwandler ist mit einem Typenschild versehen. Die Seriennummer gibt das Herstellungsdatum eindeutig an. Die ersten beiden Ziffern bezeichnen das Herstellungsjahr, die Ziffern drei und vier die Produktionswoche.