Drehstrom messen – U – I – P – cos φ … Geschwindigkeit vs Präzision

Hohe Messgeschwindigkeit, außerordentliche Präzision und optimale Auflösung zugleich …
das ist kein Widerspruch!

Elektrische Prüfungen finden immer im Spannungsfeld aus größtmöglicher Präzision bei schnellstmöglicher Prüfzeit statt. Während elektrische Sicherheitsprüfungen mit ihren fest definierten Mindestprüfzeiten kaum Optimierungspotential hergeben, sehen die Möglichkeiten für Verbesserungen der Messgeschwindigkeit bei Funktions- und Qualitätsprüfungen wiederum ganz anders aus:

Messgeschwindigkeit

Zeitliche Abläufe von Funktions- und Qualitätsprüfungen ergeben sich aus den Produkteigenschaften und dem eigenen Qualitätsanspruch – aber nicht ausschließlich! Besonders der technologische Ansatz im Prüfgerätedesign ist hier von entscheidender Bedeutung.

Prüfgeräte sind meist in zeitoptimierte Produktionsketten integriert. Sie müssen schnell und verlässlich sein und dürfen keinen Flaschenhals im Ablauf bilden.

Ihr Anspruch: „Das Prüfgerät muss in all seinen Betriebszuständen maximale Performance bringen.“

Dies betrifft die gesamte Software und insbesondere die Effizienz jeder einzelnen Prüfmethode. Alle Sicherheitsprüfungen und die meisten Funktions- sowie Qualitätsprüfungen basieren im Kern auf elektrischen Messungen, die schon während und spätestens am Ende des Prüfschritts ausgewertet werden.
Entscheidend für die Gesamtmessdauer ist die möglichst hohe Messgeschwindigkeit. Darunter darf aber nicht die Präzision der Messung leiden!

Außerordentliche Präzision: Vom analogen Signal zum digitalen Messwert – Details für den Technik-Freak

Die Basis aller Berechnungen im Prüfgerät sind digitale Messwerte.
Wie kommt man nun von einem analogen Signal zum digitalen Messwert?
Hierzu werden Analog-Digital-Umsetzer verwendet.

Der analoge Signalverlauf wird mit diesen Halbleiter-Chips in digitale Einzelwerte umgesetzt. Ein digitaler Einzelwert wird auch als Abtastwert (englisch: Sample) bezeichnet. Misst man z. B. 1000 Einzelwerte pro Sekunde spricht man von einer Abtastrate von 1 kSps.

Anhand der Grafik ist schön erkennbar, dass die Präzision einer Messung von der Anzahl der Abtastwerte in einem Zeitraum und von der treppenförmigen Auflösung des analogen Signals abhängt.

Auf den Punkt gebracht:
Je geringer der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Abtastwerten und je feiner die Auflösung der Amplitude ist, um so exakter bilden die digitalen Messwerte die analoge Realität ab.

Das Ergebnis daraus sind präzise und wiederholgenaue Messergebnisse.

Optimale Auflösung – größtmögliche Messgenauigkeit

Hohe Messgenauigkeit gelingt nur auf Kosten der Messgeschwindigkeit, und umgekehrt. Dies ist ein technisches Grundgesetz. Das war in der Vergangenheit so und das wird auch in der Zukunft weiter so bleiben.

Besonders deutlich wird dies bei der Verwendung eines sehr genauen Tisch-/Einbau-Multimeters in einem Prüfgerät. Einige Prüfgerätehersteller setzen gerne derartige Multimeter ein. Die Genauigkeit ist sicherlich gut, aber die Messgeschwindigkeit ist oft sehr bescheiden. Und das steht dann wieder konträr zu der Forderung, dass ein Prüfautomat kein zeitlicher Flaschenhals sein soll.
Ein weiterer Nachteil von Multimetern ist, dass sie keine einzelnen Abtastwerte sondern nur komplett aufbereitete Effektiv- oder Gleichspannungswerte liefern. Dadurch gehen eine Menge sehr wichtiger Detailinformationen für spezielle Signalanalysen und schnelle Reaktionsmöglichkeiten auf hochdynamische Prüfereignisse verloren.

Und wie sieht die Lösung bei SCHLEICH aus?

SCHLEICH hat schon immer die Messtechnik-Hardware als auch die Software selbst entwickelt.
Dadurch sind die Messungen perfekt an die geforderte Präzision der einzelnen Prüfmethoden angepasst.
Die Messgeschwindigkeit in Kombination mit hoher Messgenauigkeit bildet dabei eine perfekte Einheit.

Es ist unser Anspruch, die schnellsten Prüfautomaten zu bieten – und das ohne Kompromisse bei der Messgenauigkeit.
– Dipl. Ing. Martin Lahrmann

Neue Drehstrom-Messtechnik

Funktionsprüfungen finden im Bereich kleinster bis auch höchster Ströme statt. Dabei sind Ströme von 0,1 mA bis über 1 kA keine Seltenheit. Das ist ein enormer Dynamikbereich. Träge Messtechnik mit zeitfressenden Autorange-Umschaltungen ist hier ungeeignet. Dies ist ein weiterer signifikanter Nachteil von Multimetern.
Die Messung muss also mit hoher Abtastrate und hoher Auflösung erfolgen. Sie muss netzperiodengenau die Effektivwerte der Halb- oder Vollperioden sowie des Gleichspannunganteils ermitteln.

Die SCHLEICH-Messtechnik war immer schon stark. Aber auch Bewährtes lässt sich mit technisch neuen Möglichkeiten steigern.
Deshalb haben wir ein umfangreiches Upgrade unserer Drehstrom-Messtechnik durchgeführt. Das Ergebnis ist noch mehr Präzision und noch mehr Geschwindigkeit. Natürlich alles in kompletter Eigenentwicklung.

Denn unser Grundprinzip lautet: Wir müssen immer alle Fäden in der Hand halten und dürfen nicht abhängig von zugekauften Einzelkomponenten und deren Nachteilen sein.

Eckdaten der Drehstrom-Messtechnik

Spannungsmessung	von 0,1 V bis 600 V U_LN – gemessen zu einem virtuellem Nullpunkt
	von 0,1 V bis 1000 V U_LL
	potentialfreie Messung
	Auflösung bis 24 bit
	Klassengenauigkeit besser 0,1
Strombereich	von < 0,1 mA bis > 1000 A
	potentialfreie Messung
	Stromwandler on board
	externe Stromwandler über 1000 A, z. B. LEM / DANFYSIK
	externe Stromshunts
	Auflösung bis 24 bit
	Klassengenauigkeit besser 0,1
Abtastrate	bis 2000 kSps
Ethernet	1 GBit
Messung	2-kanalige Einzelphasenmessung, instantaneous – 1xU plus 1xI absolut zeitsynchron
	6-kanalige Drehstrommessung, instantaneous – 3xU plus 3xI absolut zeitsynchron
	12-kanalige Messung, instantaneous – 3xU plus 3xI plus 6 freie Kanäle absolut zeitsynchron
Leistungsmessung	Augenblicksleistung, instantaneous
	Scheinleistung, Wirkleistung, Blindleistung, instantaneous
Leistungsfaktor cos φ	inkludiert

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