Grundlagen Meßtechnik

Kapitel 2 - Signalkonditionierung

2.2.2 Ströme

Die direkte Strommessung wird als Spannungsabfall über einen Widerstand Rs (Shunt) (Bild 2.25) mittels eines Differenzverstärkers (Bild 2.26) realisiert. Die Ausgangsspannung Ua berechnet sich zu:

 Gleichung 2.24

 Bild 2.25      Bild 2.26

Um zu verhindern, daß der Differenzverstärker (DV) die Meßquelle belastet, sie kann zum Teil einen hohen Innenwiderstand haben, werden vor den Eingängen Impedanzwandler gesetzt (Bild 2.27). Die Funktion des DV wird somit unabhängig von dem Innenwiderstand der zu messenden Stromes.

 Bild 2.27

Um die Gleichtaktunterdrückung zu erhöhen wird ein Elektrometersubtrahierer eingesetzt. Die Spannungsverstärkung wird in den Impedanzwandler verlagert und die Verstärkung des Subtrahierers auf 1 gesetzt (Bild 2.28). Für die Einstellung der Verstärkung ist jetzt nur noch ein Widerstand erforderlich. Die Ausgangsspannung berechnet sich zu:

 Gleichung 25

 Bild 2.28

Bekommt man durch eine gegebene Schaltung eine hohe Spannungsdifferenz und man will keine Hochspannungs OP's einsetzen, dann muß R1 wesentlich größer als R2 sein (Bild 10). Auf die Impedanzwandler kann man verzichten, weil die Eingangswiderstände sehr hochohmig sein können. Der Nachteil ist jedoch, daß die Verstärkung wesentlich kleiner als 1 ist.

 Gleichung 2.26

 Bild 2.29

Dieser Nachteil läßt sich durch Schaltung aus Bild 2.30 beheben. Die Widerstände R3 reduzieren lediglich die Gleichtakunterdrückung.

 Gleichung 2.27

 Bild 2.30

Die Messung von sehr kleinen Strömen hat den Nachteil, daß der Shunt relativ groß gewählt werden muß um eine entsprechend hohe Ausgangsspannung zu bekommen. Legt man jedoch den Shunt in den Gegenkopplungszweig der Eingangsverstärker des Substrahierers (Bild 2.31) führt dies zu einem sehr geringen Spannungsabfall.

 Gleichung 2.28

Die Randbedingung für Iin = Iout (Spannugsabfall = 0V) ist:

Mit Rs = Rss = R1 = R11 berechnet sich die Verstärkung zu:

 Gleichung 2.29

 Bild 2.31


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