Messung hoher Ströme am Auto mit einem Oszilloskop

Hallo,

das Video zeigt wie man die typischerweise hohen Ströme im KFZ mit einem Oszilloskop misst. Hierzu wird ein sehr kleiner Messwiderstand, üblicherweise als Shunt bezeichnet, in den Stromkreis eingeschleift. Die am Shunt abgefallene Spannung ist proportional zum Strom. Moderne digitale Oszilloskope erlauben sogar die direkte Umrechnung und zeigen die Messwerte direkt in Ampere an. Das Video zeigt die Durchführ einer solchen Messung und erklärt die nötigen Einstellungen am Oszilloskop.


Viele Grüße,

Jürgen

Dazu sollte man sagen, dass das eher eine Schätzung als eine Messung ist. Bei z. B. 50 A bräuchte man einen Widerstand in der Größe von irgendwas um 0,01 Ohm um nicht gleich alle Leistung im Shunt zu verbraten. Da werden die Verluste in den Messleitungen und Steckern schon überproportional groß. Da würde ich eine Strommesszange am Oszi bevorzugen.

Wie üblich verständlich und einfach erklärt.

Hast du dich schon mal gefragt, warum dein Shunt vier Schraubanschlüsse hat?
Dann könntest du dir in Zukunft den Aufwand mit dem zusätzlichen Multimeter im Stromkreis "zum kalibrieren" sparen.
Stichwort Vierdrahtmessung.
(Im übrigen vermute ich, dass du im Moment den Spannungsanschluss als Stromanschluss missbrauchst. Die Leistungsklemmen gehören an die äußeren beiden Schrauben, sofern der Shunt nicht sehr ungewöhnlich aufgebaut ist...)

Also flink noch eine BNC-Buchse in das Gehäuse vom Shunt einbauen und dann direkt mit einem Koax-Kabel zum Oszi verbinden, ohne Adapter 4mm auf BNC.

Bei z. B. 50 A bräuchte man einen Widerstand in der Größe von irgendwas um 0,01 Ohm

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Der gezeigte Shunt ist für ca. 20 A max geeignet. Mehr können auch die 4mm Buchsen nicht dauerhaft ab. Von daher passt das.
Aber klar ist: Anlasserströme kann man so natürlich nicht messen. Dafür nimmt man dann eine Strommesszange mit BNC-Ausgang. Vor allem spart man sich damit auch das Auftrennen von Kabeln.
Und 10 mOhm wäre für 50 A noch deutlich zu groß. Nimm dafür lieber so 1 mOhm, sonst leuchtet der Shunt.

Hallo,

die Vierdrahtmessung ist nur nötig, wenn man genau den Widerstand des Shunt bräuchte, weil irgendein Oldtimermessgerät gerade auf diesen Widerstand kalibriert ist. Da das digitale Oszi einen belieben Faktor erlaubt, kommen die Anschlüsse einfach zum Widerstand hinzu. Wenn ich mich richtig erinnere wurde der gesamte Widerstand dadurch ca. 20% größer.

Man bestimmt einmal den Faktor (sprich den kompletten Widerstand), schreibt den Wert auf das Gehäuse und gut ist für alle zukünftigen Messungen, der Gesamtwiderstand ändert sich ja nicht.

Noch eine Bemerkung zu den Stromzangen, ich finde die Teile sehr gut, und benutze sie natürlich auch regelmäßig. Man muss aber auch zwei Nachteile sehen. Wie im Video gezeigt liegt der Fehler bei kleinen Strömen durchaus bei 10 % und in der Praxis viel schlimmer, oft kommt man aus Platzgründen mit der Zange nicht um das Kabel.

Viele Grüße,

Jürgen

Dr944S2 schrieb:

Man bestimmt einmal den Faktor (sprich den kompletten Widerstand), schreibt den Wert auf das Gehäuse und gut ist für alle zukünftigen Messungen, der Gesamtwiderstand ändert sich ja nicht.

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Doch! Und wie der sich ändert.
Die Übergangswiderstände deiner 4mm Steckverbinder ändern sich bei jedem Steckvorgang. Das sind Änderungen, die in Relation zu dem 10 mOhm Shunt wirklich ins Gewicht fallen, weil da schnell mal 1-2 mOhm mehr oder weniger dazu kommen.
Mit anderen Worten: 10 bis 20 % zusätzlicher Messfehler nur durch die Übergangswiderstände sind da locker drin. (Alle weiteren Fehlerquellen kommen noch dazu.)

Die Vierdrahtmessung wird also nicht nur benötigt, um den Widerstandswert exakt zu kennen, sondern auch, damit der Widerstandwert konstant bleibt.

Hallo,

warum blieb dann der bestimmte Faktor die ganze Zeit konstant? Offensichtlich der Beweis, dass der Widerstand der Steckverbindung nicht variabel zum Gesamtwiderstand beiträgt.

Viele Grüße,

Jürgen

Offensichtlich der Beweis, dass der Widerstand der Steckverbindung nicht variabel zum Gesamtwiderstand beiträgt.

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Auf Basis von 10 Jahren Erfahrung im Bereich Messtechnik würde ich das mit einem schlichten nö erwidern.

Zufall? Glück? Mondphase?
Das kann in einem Monat anders aussehen. Erst recht, wenn du das Laborkabel mal gegen ein anderes austauschst. Es hat schon Gründe, dass solche Shunts fast immer vier Anschlüsse haben.

Aber wenn du wirklich glaubst, dass deine Zweidrahtmessung langfristig zuverlässige Ergebnisse liefert, dann ist das ok. Dann aber bitte keine Seitenhiebe auf die Messgenauigkeit von Stromzangen.

Geht da nicht einiges durcheinander (wohl leider auch von mir)?

Für die Strommessung braucht man keine Vierleitermessung, weil man nicht den Widerstand, sondern den Spannungsabfall bestimmt. Aufgrund des sehr kleinen Stromflusses durch das Messgerät sind irgendwelche Leitungs- und Klemmverluste dabei recht egal (das ist ja das Prinzip der Vierleitermessung). Die Vierleitermessung braucht es, um den exakten Widerstand des Shunts zu bestimmten. Das fällt natürlich weg, wenn man das Gesamtsystem anhand eines anderen Messgeräts kalibriert - dann ist auch der Widerstand der Klemmen völlig egal.

Schließt man den Shunt richtig an, werden Klemmverluste auch nicht mitgemessen, weil der Spannungsabfall dazwischen bestimmt wird.

Warum das alles konstant blieb? Höchstwahrscheinlich, weil das ganze System unpräzise ist. Gerade in der Preisklasse sind Oszis nicht für präzise, sondern für schnelle Messungen gebaut. Das zeigt sich schon alleine an der Auflösung, die bei günstigen Geräten gerne mal nur 8 Bit (also 256 Stufen zwischen negativem und positivem Vollausschlag beträgt). Dazu kommt, dass die Teile im Millivoltbereich an der unteren Bestimmungsgrenze und damit nahe am Rauschen arbeiten. Dann kommen noch die Fehler der Widerstandsmessung bzw. Kalibrierung dazu. Wenn du da einen Wert mit 10 % Fehler bekommst, ist das meiner Meinung nach schon wirklich gut.

Übrigens: Wenn die Stromzange nur ein- bis zweimal pro Sekunde anzeigt, ist das für die Messaufgabe die falsche Stromzange. Es gibt Zangen, die direkt ans Oszi angeschlossen werden und dann bis mehrere Kilohertz messen können. Habe hier eine Chauvin Arnoux PAC 17 - dummerweise sind die nicht ganz billig.

Ein_Gast schrieb:

Für die Strommessung braucht man keine Vierleitermessung, weil man nicht den Widerstand, sondern den Spannungsabfall bestimmt.

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Doch, die braucht man. Denn sonst misst man den Spannungsabfall über einem veränderlichen Widerstand.
Außer: Man gleicht das System direkt vor jeder Messung gegen ein genau messendes Gerät ab, ohne anschließend irgendwelche Steckverbinder zu trennen und neu zu stecken. Aber dann kann man auch gleich dieses Messgerät zum Messen verwenden, denn es steckt ja unweigerlich mit im zu messenden Stromkreis drin.

Ich zitiere wegen der fortgeschrittenen Stunde einfach mal Wikipedia zum Thema Vierdrahtmessung:
Das Prinzip gilt analog bei der Strommessung mittels eines niederohmigen Shunts; hierbei wird die Unbekannte Stromstärke durch einen bekannten Widerstand mittels der abfallenden Spannung ermittelt.
[...]
Die Vierleitermessung wird vor allem bei der Messung kleiner Widerstände eingesetzt, wenn die parasitären Widerstände von Zuleitungen und Kontaktstellen nicht mehr vernachlässigbar klein gegenüber dem zu messenden Widerstand sind. Beispiele, in denen die Vierleitermessung erforderlich wird, sind:
-Bei Strommesswiderständen kann der Kontaktwiderstand größer sein als der Nennwert des Widerstands; darüber hinaus ist der Kontaktwiderstand mitunter schwierig zu ermitteln oder kaum abzuschätzenden Schwankungen unterworfen. Eine rechnerische Korrektur ist unter diesen Umständen nicht möglich.

Übrigens: Wenn die Stromzange nur ein- bis zweimal pro Sekunde anzeigt, ist das für die Messaufgabe die falsche Stromzange. Es gibt Zangen, die direkt ans Oszi angeschlossen werden und dann bis mehrere Kilohertz messen können. Habe hier eine Chauvin Arnoux PAC 17 - dummerweise sind die nicht ganz billig.

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Ansichtssache. Für einen guten Shunt zahlt man ungefähr genau so viel (z.B. Burster Gernsbach, Serie 1240).
Es gibt auch Stromzangen bis in den dreistelligen Megahertz-Bereich, z.B. die TCPA-Serie von Tektronix. Und die haben keine 10 % Abweichung. Dummerweise sind die noch ein bißchen weniger billig.

Ah...

Mir war nicht klar, dass man eine einfache Spannungsmessung am Shunt als "Vierleitermessung" bezeichnet, sobald die Hauptanschlüsse außen sind. Hatte es so verstanden, dass du mit vier Kabeln zum Oszi willst oder fortlaufend den Widerstand messen möchtest.

Dev schrieb:

Es gibt auch Stromzangen bis in den dreistelligen Megahertz-Bereich, z.B. die TCPA-Serie von Tektronix. Und die haben keine 10 % Abweichung. Dummerweise sind die noch ein bißchen weniger billig.

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Es ging mir mehr um einen Bereich, den sich Heimanwender noch leisten können.
Dass die Skala nach oben offen ist, will ich nicht bezweifeln.

Meine Zange ist auch schon mit einer Genauigkeit von 1,5 % angegeben. Ich bezweifle aber, dass das Gesamtsystem inkl. 200-€-Oszi diesen Wert halten könnte.