Geräteeigenschaften Die Spezifikationen breitbandiger Leistungsmessgeräte

Autor / Redakteur: Ugur Gürsoy * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Auf welche Eigenschaften eines Leistungsmessgerätes kommt es an und wie sind die verschiedenen Fakten der marktüblichen Spezifikationen zu bewerten? Wir geben einen Überblick.

Anbieter zum Thema

Angebot an Leistungsmesstechnik: Yokogawa hat mit dem PX8000 PrecisionPowerScope das weltweit einzige Messinstrument vorgestellt, welches die zeitbasierte Analysemöglichkeit eines Oszilloskops mit der rückführbaren Messgenauigkeit eines Leistungsmessgeräts vereint.
Angebot an Leistungsmesstechnik: Yokogawa hat mit dem PX8000 PrecisionPowerScope das weltweit einzige Messinstrument vorgestellt, welches die zeitbasierte Analysemöglichkeit eines Oszilloskops mit der rückführbaren Messgenauigkeit eines Leistungsmessgeräts vereint.
(Yokogawa)

Der Markt präziser elektrischer Leistungsmessgeräte ist hart umkämpft. Der japanische Hersteller Yokogawa bietet seit mehr als 60 Jahren Leistungsmessgeräte und bringt nahezu jährlich ein neues Modell nach neuestem Stand der Technik auf den Markt. Die Erfindung eines elektrischen Strommessgerätes vor knapp 100 Jahren war der Grundstein.

Im Markt der Leistungsmessgeräte gibt es keine einheitlichen Spezifikationsvorschriften. Jeder Anbieter kann seine Bezugsgrößen frei definieren. Prozent- und Bandbreitenangaben sind ohne weiteres nicht vergleichbar. Die Bezugsgrößen müssen klar erkenntlich sein. Zum Teil sind auch Datenblattangaben nicht direkt vergleichbar, so dass für einen zukünftigen Anwender oder Einkäufer ein schneller, objektiver Vergleich ohne Detailwissen oder kompetente Beratung unmöglich wird. Es gibt viele Einflussfaktoren, die für die Ermittlung des möglichen Gesamtfehlers (= Messunsicherheit) berücksichtigt werden müssen. Dazu zählen beispielsweise Amplitudengenauigkeit, Crest-Faktor- (CF-)Betrachtung, Phasenwinkelfehler (δ), Temperaturbereiche der Spezifikationen, Aufwärmzeit, Stabilität der Periodenerkennung oder Gleichtaktunterdrückung.

Garantierte und typische Genauigkeitsangaben

Yokogawa garantiert als einziger Hersteller seine Messunsicherheiten für jedes produzierte und kalibrierte Leistungsmessgerät. Die Genauigkeitsangaben der WT-Modelle gelten ab 1 bis zu 130 Prozent der Messbereichsausnutzung. Daher verwundert es nicht, dass die Messinstrumente in den Kalibrierprotokollen 5 bis 10 Mal besser sind als die Datenblattangaben. Können Hersteller die Genauigkeitsangaben nicht garantieren, beziehen sie sich auf ihre typischen Genauigkeiten. Unbekannte Randbedingungen von typischen Genauigkeitsangaben sind mit großer Vorsicht zu genießen.

Für die Harmonischen-Analyse kommt bei allen Yokogawa Power Analysatoren eine PLL – Phase Locked Loop zum Einsatz. Das ist ein zusätzlicher Oszillator mit Phasenregelschleife, der präzise die Grundfrequenz erfasst. Dank der Rechenleistung (DSP) der Leistungsmessgeräte können Frequenzspektren bis zur 500. Harmonischen analysiert werden – simultan zur normalen Leistungsmessung. Yokogawa gibt die Genauigkeitsangaben für die Harmonischen-Analyse an.

Prinzipbedingt können für FFT-Analysen ohne PLL, die von vielen anderen Herstellern angewendet werden, keine Genauigkeiten spezifiziert werden. Somit sind die FFT-Analysen nicht kalibrierbar. Eventuelle Aussagen zur Normenkonformität von Harmonischen-Messungen sind häufig nicht belastbar, weil die entsprechenden Normen immer auch Anforderungen an die Messgenauigkeiten enthalten. Als Beispiel seien die Standby-Messungen nach IEC62301 erwähnt. Dafür wird eine Harmonischen-Analyse gefordert, um Total Harmonic Content und Total Harmonic Distorsion zu bestimmen.

Basis- und Amplitudengenauigkeit sowie Crest-Faktor

In den Datenblättern wird üblicherweise die Basis- oder Grundgenauigkeit beworben. Hierfür gibt es keinen einheitlichen Bezugspunkt unter den Herstellern. Sehr oft wird die Basisgenauigkeit auf die Genauigkeitsangaben bei Sinus 50/60 Hz und Leistungsfaktor = 1 bezogen. Hier weisen alle Power Meter ihre höchste Genauigkeit auf.

Die Amplitudengenauigkeit wird für Strom, Spannung und Leistung in Prozent vom Messwert (MW) plus Prozent vom Messbereich (MB) angegeben. Bei der Leistung ist für den MB das Produkt aus dem Spannungs- und Strommessbereich einzusetzen. Wie stark der Messbereichsfehler in den Gesamtfehler eingeht, ist von der Aussteuerung abhängig. Bei der Definition des Messbereichsfehlers gibt es jedoch Unterschiede, die jedem Anwender bewusst sein müssen.

Je nach Hersteller kann der Messbereich als Spitzenwert oder Effektivwert mit CF definiert sein. In der Theorie wird der CF eines Signals als Quotient von Spitzenwert zu Effektivwert definiert. Messbereiche der Leistungsmessgeräte Yokogawa sind als Effektivwert mit CF definiert. Der CF ist in diesem Fall ein Maß für die Dynamik eines Messeinganges in Bezug auf den Nominalwert. Der Standardwert ist 3 und umschaltbar auf 6. Bezogen auf die Definition anderer Hersteller wäre der Yokogawa CF somit 300, denn in einem Messbereich können bei effektiver Signalausteuerung von nur 1 Prozent trotzdem Amplitudenspitzen mit ±300 Prozent ohne Beeinträchtigung verarbeitet werden. Beispiel: Im Messbereich 100 Veff werden in der Einstellung CF = 3 Spitzen von ±300 V problemlos erfasst. Die garantierten Toleranzangaben gelten für eine untere Messbereichsausnutzung von 1 Prozent (bei CF = 6 sind es 2 Prozent), im Beispiel also 1 Veff. 300 Vpeak geteilt durch 1 Veff ergibt einen CF von 300.

Ergänzendes zum Thema
Yokogawa auf dem Anwenderforum Oszilloskope

Thema: Leistungsmessung mit dem Oszilloskop – Ein Widerspruch?

Das Wort Leistungsmessung wird aktuell oft mit Energieeffizienz-Messungen von Elektromotoren oder Umrichtern mit einem Leistungsmesser oder Prüfstand verknüpft. Um Wirkungsgrad- und Effizienzmessungen möglichst genau vorzunehmen ist die Integration von Messwerten über mehrere Sekunden bis hin zu Stunden notwendig-keine Aufgabe für ein Oszilloskop.

Besonders aber, wenn es sich um schnelle Signaländerung handelt – ist ein traditionelles Leistungsmessgerät mit langer Integrationszeit nicht der optimale Ansatz. Der Vortrag erläutert, welche Art von Messgerät für eine schnelle bzw. Transiente Leistungsmessung geeignet ist.

Oft werden beim Einsatz eines Oszilloskops in der Leistungsmessung wichtige Eigenschaften der Tastköpfe außer Acht gelassen, so dass die Messergebnisse teils inkorrekt sind.

Die Oszilloskop Serie von Yokogawa bietet eine spezielle Leistungsoption an, die u.a. für eine Netzteil-Analyse einsetzbar ist. Im Vortrag wird besprochen, welche Möglichkeiten und Funktion die Option bietet, welche Unterschiede es zu einem Leistungsmesser gibt und was bei der Verwendung von Zubehör zu beachten ist. Weitere Details zum Anwenderforum Oszilloskope finden Sie hier.

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