Ob einen Ruhestrom messen oder die kurzzeitigen Stromspitzen – wenn es um Präzision geht, scheitern Oszilloskop oder Multimeter. Eine Lösung verspricht die CompactPCI-Karte ADQ-412 von ALLDAQ.
Messkarte zum dynamischen Strommessen: Für Ruhestrom und Stromspitzen eignet sich die ADQ-412 gleichermaßen. Der Messbereich der Karte gliedert sich in die Messbereiche ±25 mA und ±50 A. Beide Messbereiche sind mit je einem hochpräzisen Shunt-Widerstand des Herstellers Isabellenhütte ausgestattet.
(Alldaq)
Den meisten Entwicklern und Prüfingenieuren ist der Ausspruch „Wer misst, misst Mist“ sehr wohl bekannt. Wenn es um das Stichwort Strommessung geht, werden viele als erstes an ihr Multimeter oder die berührungslose Messung mit Hilfe der Strommesszange denken. Doch wie sieht es bei der Strommessung in automatisierten Messsystemen aus, wie sie beispielsweise in der Qualitätssicherung oder der Elektromobilität immer häufiger vorkommt?
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Sehr oft handelt es sich dabei um eine vermeintlich einfache Strommessung in der täglichen Praxis, die allerdings mit einigem Aufwand verbunden ist. Der Grund hierfür ist einfach: Es müssen zahlreiche Anforderungen an die Messung vereint werden. Die im Folgenden aufgeführten Punkte zeigen auf, was der Messtechniker im Vorfeld einer Strommessung zu beachten hat:
Möglichst einfache Feldverdrahtung, um Übergangswiderstände zu vermeiden
Das Wechseln des Messbereichs sollte kein Umstecken erfordern
Dynamische Signale sollten messbar sein
Sehr hohe Genauigkeit bis in den µA-Bereich
Geringe Temperaturdrift
Anwender-Kalibrierung möglichst unter Einbeziehung der Feldverdrahtung
Potentialtrennung zwischen den Messkanälen
Messung sollte unabhängig von Anschaltung des DUT im negativen oder positiven Pfad möglich sein
Vor diesem Hintergrund hat ALLDAQ eine genau und schnell messende CompactPCI-Karte für die unterbrechungsfreie Strommessung von 1 µA bis 50 A entwickelt. Am Beispiel einer Ruhestrom-Messung einerseits und der Analyse von Stromspitzen andererseits stellen wir zwei Methoden gegenüber: die konventionelle, Messgeräte-basierende und die PC-basierende Methode.
Mit einem laborüblichen 6,5-stelligen Multimeter, im Test ist ein DM3068 von Rigol, lassen sich Gleichströme und Wechselströme von ungefähr 10 kHz bis hinab in den Micro-Ampere-Bereich mit guter Genauigkeit messen. Bei Kontroll-Messungen von wenigen µA fällt auf, dass das Multimeter ein Rauschen auf das Messsignal aufmoduliert. Das ist in Relation zum Messsignal relativ viel, entspricht aber dem spezifizierten SNR-Wert des Herstellers. Ein typischer Anwendungsfall einer solchen Ruhestrom-Messung ist beispielsweise die Qualitätskontrolle am Ende einer Fertigungslinie. Ein Prüfkriterium ist dabei der Ruhestrom, der, sofern er innerhalb einer definierten Hüllkurve bleibt, eine Aussage über die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit eines Geräts liefern kann.
Sollen sehr kurze Impulse gemessen werden, wie zum Beispiel die Stromspitzen beim Einschalten eines elektrischen Geräts, dann ist ein Standard-Multimeter als Messgerät ungeeignet. Grund ist, dass sich mit diesem Messgerät nur Effektivwerte periodischer Signale bis 10 kHz darstellen lassen. Ersatzweise muss ein relativ aufwendiger Aufbau mit einem Messwiderstand, dem sogenannten Shunt, und einem Oszilloskop herhalten.
Über den Spannungsabfall am Shunt wird der Stromverlauf qualitativ dargestellt. Für eine exakte Vermessung der Stromspitze ist diese Methode jedoch ungeeignet, da die vertikale Auflösung von typischerweise 8 Bit bei Standard-Oszilloskopen zu grob ist. In der Praxis werden oft Schaltmatrizen verwendet um je nach Größenordnung des Stromes zwischen verschiedenen Strommessbereichen, sprich Shunts umzuschalten.
Durch Übergangswiderstände der Schalter entstehen Toleranzen, die nicht ohne weiteres kompensiert werden können. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist die kurzzeitige Unterbrechung der Stromzufuhr im Umschaltmoment. Dies ist in der Regel unerwünscht, da das DUT möglicherweise neu Booten muss. Ein typischer Anwendungsfall ist die genaue Messung von Einschaltströmen, um Geräte-Spezifikationen und gesetzliche Richtlinien zu überprüfen.