Vermogensmeter bouwen

No_Brain,
Lees jij wel eens dingen die anderen schrijven? Ook met vermenigvuldigen gaat het niet.

Op 10 maart 2006 01:20:17 schreef Freddy:
@ Aedolon,
Een frequentiemeter heeft geen zin als je zowel wissel- als gelijkstroom wilt meten. Ook bij deze methode wordt er geen rekening gehouden met een eventuele faseverschuiving. En hebben de spanning en stroom niet exact dezelfde vorm, dan ga je ook de mist in.

Freddy, de frequentiemeter is om te voldoen aan het nyquist criterium, je hebt gelijk dat er inderdaad een faseverschuiving kan zijn maar erg belangrijk is dit niet.
Had er alleen niet zo over nagedacht want bij rare stroomgolfvormen klopt het niet (bijvoorbeeld een spoel met grote inductantie op een blokgolf)

Er wordt wel rekening gehouden met de faseverschuiving want er wordt namelijk in 1 periode f*2 keer het spanningsstroomproduct genomen en dan gedeeld!

Ik ben nog steeds benieuwd naar de exacte school opdracht van de TS. :-)

Meest nette methode lijkt me om de temperatuur van een laagohmige weerstand in de toevoer leiding te plaatsen en de temperatuur te meten van die weerstand. Daaruit is het vermogen af te leiden. Over de weerstand meet je meteen de spanning, die is evenredig aan de hoeveelheid stroom door het te meten apparaat.

Meet vervolgens de spanning over de voedingsklemmen.

Dan kan je fase, stroom en spanning bepalen en daarmee vermogen meten en je blind vermogen.

Ik moet toegeven dat deze vermogensmetingen voor mij zelden voorkomen en ik meer met vermogens metingen op HF speel. :+

Op 10 maart 2006 01:20:17 schreef Freddy:
@ No_Brain,
Sinds wanneer levert URMS + IRMS een vermogen op? let op: plus!

Simpel, als de waarden in dB's opgegeven zijn.
10dbV+ 10dBA= 20 dBW

dBVA dan toch ? .. ;)

Het lijkt me nog niet zo simpel om een tussenschakel-vermogensmeter te bouwen welke bij een min of meer willekeurig spectrum van het verloop van U en I altijd goede meetgegevens geeft.

Je zult je afhankelijk van hoe snel en nauwkeurig beide gesampled (of analoog verwerkt) kunnen worden toch moeten beperken. Een ingebouwde indicatie van mogelijke problemen (met b.v. te hoge frq's) zou dan nuttig zijn.

Op 10 maart 2006 19:08:41 schreef jovak:
Meest nette methode lijkt me om de temperatuur van een laagohmige weerstand in de toevoer leiding te plaatsen en de temperatuur te meten van die weerstand. Daaruit is het vermogen af te leiden. Over de weerstand meet je meteen de spanning, die is evenredig aan de hoeveelheid stroom door het te meten apparaat.

Ik heb hier toch een paar opmerkingen over:

Ten eerste is zeer lastig om zeer nauwkeurig de temperatuur van een object vast te stellen. Ten tweede hangt de temperatuur van een object af van meer parameters dan alleen de stroom. Zo is ondermeer de omgevingstemperatuur van invloed en speelt de luchtstroom rond dat object een grote rol.
Nu zijn er wel speciale weerstandsdraad met vastgelaste thermokoppels in een glazen ballon te koop die veel effecten elimineren, maar niet alles.
In weze bepaald men met deze meetmethode de RMS-stroom.

Als ik het goed begrepen heb wil je naast de temperatuurmeting ook nog eens de spanning meten over de stroommeetweerstand om de stroom te bepalen. Waarom twee keer de stroom bepalen? (indirect en direct).

Tja Aart, de theorie achter vermogensbepaling blijkt lastig uitlegbaar. De optelling van de dB waarden van spanning en stroom levert inderdaad een VA waarde op in plaats van W. Harmonischen met hoge frequenties in relatie tot de grondgolf kunnen aardig roet in het eten gooien. Maar bij netspanningstoepassingen zit de meeste energie in de eerste drie, vier harmonischen.

Door de indirecte stroom de RMS te bepalen meetje het werkelijke vermogen. Door de spanning over die weerstand te bepalen en de spanning over het te meten device te bepalen kan je iets zeggen over het blinde vermogen en het werkelijke vermogen. Je kan het fase verschil van die 2 spanningen meten als het een AC spanning is.

De RMS waarde van een spanning of stroom is geen heilige graal die alle problemen oplost. De RMS-waarde van de stroom zegt alleen iets over de warmteontwikkeling in een ohmse weerstand waar de stroom doorheen vloeit. Hetzelfde geldt voor de RMS waarde van de spanning. Hiermee is de warmteontwikkeling in een ohmse weerstand te bepalen die is aangesloten op die spanning.
Deze getallen zijn waardeloos om het vermogen te bepalen als je belasting niet ohms is.

Verder is een fasemeting niet fatsoenlijk te doen als je de vorm van de spanning en stroom niet kent. Tevens is met behulp van een waarde voor de fase niets te doen als de de spanning of stroom niet sinusvormig is.

Hier een link naar een voorbeeldmeting die de boel wat duidelijker maakt:
http://www.meettechniek.info/basis/uipe/voorbeeld.html#pc-pow

Energie dissiperen in een weerstand heeft alleen zin om een uitgangsvermogen van een uitgang te meten met specifiek die belasting, en dan liefst nog met een half oog op eventuele vervorming - maar dat terzijde.

Je kunt zo een opstelling ook als RMS omzetter gebruiken, maar de RMS waarde is zoals Freddy (terecht) al vaker heeft opgemerkt maar een van de manieren om een cijfer aan een complex signaal te hangen, en in verband met complexere vermogensmetingen zeker niet zaligmakend.

Ik blijf dit wel een leuk onderwerp vinden :) Hoewel ik aan de ene kant ietwat twijfel aan het praktisch nut van bepaalde echt moeizame meet-vraagstukken (hoewel; leuk als serieuze luidspreker-powermeter..? ) is het aan de andere kant goed voor het inzicht.

Nog kort @ meten met een opwarmende weerstand: Allicht is dit stukje bla over mijn thermische laserpowermeter interressant.

Op 10 maart 2006 01:56:34 schreef Freddy:
@ free_electron,
Dat is een fijne onpraktische oplossing. Er wordt niet gevraagt om het vermogen in een weerstand. Dus moet uitgaan van een willekeurige belasting. Dat kan bijvoorbeeld een PC zijn. Is jou voorstel misschien om de temperatuur van de PC te meten? Als er iets onnauwkeurig is, dan is dat die meetmethode wel.

Zo wordt het in de praktijk gedaan voor heel nauwkeurige metingen.
door middel van ene stroom en spanningsspiegel wordt een 'kopie' gemaakt van de aangelegde spanning en stroom

( stroom wordt meestal vertaald in een spanning door hem door een gekende beasting te sturen )

die boel wordt gedigitaliseerd en geintegreerd over tijd
klaar is kees
en meteen is met alles rekening gehouden : fazeverschil en al

Keithley en Hewlett Packard hebben toestellen die op dat princiepe werken
Rohde en Schwarz ook voor RF powermetingen ( de power wordt gemeten IN de lijn , dus niet in een dummy load ! )

tis een heel nauwkeurige voltmeter die via spiegels de spanning en stroom inlees.

zoek on NRVD bij R&S

sommige van die meetkoppen ( als ze RMS moeten meten ) werken op thermisch princiepe )

let wel : die toestellen zijn gene kattepis

@ free_elektron,
Waarom begin je opeens over stroomspiegels terwijl je quote op een opmerking over vermogensmetingen in ohmse belastingen doormiddel van temperatuurmetingen?

die boel wordt gedigitaliseerd en geintegreerd over tijd
klaar is kees
en meteen is met alles rekening gehouden : fazeverschil en al

Er kenmerkend voor jou posts: "pats, boem, klaar".
Ik mis minimaal één stap. Er zijn twee signalen. Eén die de spanning representeerd, en een tweede die de stroom representeerd. Wat daar mee te doen?

[Bericht gewijzigd door Freddy op ]

Op 12 maart 2006 00:23:35 schreef Freddy:
@ free_elektron,
Waarom begin je opeens over stroomspiegels terwijl je quote op een opmerking over vermogensmetingen in ohmse belastingen doormiddel van temperatuurmetingen?[...]Er kenmerkend voor jou posts: "pats, boem, klaar".
Ik mis minimaal één stap. Er zijn twee signalen. Eén die de spanning representeerd, en een tweede die de stroom representeerd. Wat daar mee te doen?

nu kan ik weer niet volgen

je kan het via temperatuurmeting doen in een gekende belasting.

je converteert de te meten grootheden (1x stroom en 1* spanning) naar een stroom ( door middel van 2 stroombronnen ) die je door een weerstand jaagt.
je meet de temperatuur van die weerstand ( rekening houdende met afstraalgedrag en vanalles , maar dat kan je wegcalibreren )

dat levert je het opgenomen vermogen. onafhankelijk van fase , frequentie en weet ik veel wat.

zo wordt het gedaan in echte powermeters

bon, dan is er oplossing twee
; je meet die spanning via een breedbandige opnemer ( je meet AC signalen, zo kan je ook weg met DC suporsitie of zuivere DC signalen ! )
je meet die stroom via een breedbandige stroomprobe. die levert je een spanning die recht evenredig is met de stroom golfvorm
die twee signalen digitaliseer je door middel van a/d convertoren zo snel je kan. ( hoe meer samples per seconde hoe beter )

al wat je nu moet doen is die twee getallen telkens vermenigvuldigen met elkaar.
dat geeft je vermogen per sample

en dan kan je de wiskunde er op los laten
piek piek , gemiddeld , rms , whatever je maar wilt

zo wordt het ook in de industrie gedaan

stroommeetkop , spanninsmeetkop en 2 analoge ingangen op een snelle meetkaart. de rest is history.

ook dit is onafhankelijk van fase, frequetie en weet ik vele wat, op voorwaarde dat je minstens 2x sneller sampelt dan de maximum frequentiecomponent in je signaal (nyquist weet je wel...)

en als je een digitale scoop hebt die multiply kan doen ist nog rapper.
je ziet dan direct de vermogengolfvorm.

je converteert de te meten grootheden (1x stroom en 1* spanning) naar een stroom ( door middel van 2 stroombronnen ) die je door een weerstand jaagt.
je meet de temperatuur van die weerstand

Je hebt dus twee stromen die elk een grootheid representeren (spanning en stroom). De tweede zin is erg onduidelijk. Jaag je nu beide stromen door één weerstand, dus in feite de twee grootheden bij elkaar optellen. Of gaat elke stroom ieder naar hun eigen weerstand? Ik ga maar even van het laatste uit. Want spanning en stroom optellen gaat er bij mij niet in.

Ik mis dan verder in jou verhaal hoe je die twee temperatuurwaarden verder verwerkt tot vermogen. Of wil je echt de twee stromen optellen (waar ik niet van uit ging).

Als je de stroom en spanning beide converteerd naar een temperatuur meet je in weze de RMS waarde van beide grootheden. Met geen mogelijkheid kun je bij complexe belastingen hier nog het actieve vermogen van bepalen.

Op 12 maart 2006 02:19:09 schreef Freddy:
[...]Je hebt dus twee stromen die elk een grootheid representeren (spanning en stroom). De tweede zin is erg onduidelijk. Jaag je nu beide stromen door één weerstand, dus in feite de twee grootheden bij elkaar optellen. Of gaat elke stroom ieder naar hun eigen weerstand? Ik ga maar even van het laatste uit. Want spanning en stroom optellen gaat er bij mij niet in.

oeps daar is iets weggevallen.
die stromen stuur je door een multiplier (AD604 bijvoorbeeld )
wat daar uit komt jaag je door een weerstand. (dus 1 weerstand , 1 resultante stroom die maat is voro opgenomen vermogen )

let wel : dit ding geeft je allen EFFECTIEF vermogen. niks anders.

Goed, dat is dus precies het systeem dat ik ook beschreef van die analoge vermenigvuldiger. Alleen heb je nog toegevoegt hoe de te meten grootheid om wordt gezet naar stroom.

De laatste stap van het door jou beschreven systeem snap ik niet. Een vermenigvuldiger heeft over het algemeen ook een stroom uitgang. Met een weerstand is dit om te zetten naar een spanning, en een condensator middeld de zooi uit.

Waarom in hemelsnaam die uitgangsstroom van de vermenigvuldiger in een weerstand dumpen, daar de temperatuur van meten, en die temperatur weer omzetten naar een spanning? Een hoop conversies met elk hun onnauwkeurigheid, terwijl het ook rechtstreeks kan?

Op 12 maart 2006 19:11:40 schreef Freddy:
Goed, dat is dus precies het systeem dat ik ook beschreef van die analoge vermenigvuldiger. Alleen heb je nog toegevoegt hoe de te meten grootheid om wordt gezet naar stroom.

De laatste stap van het door jou beschreven systeem snap ik niet. Een vermenigvuldiger heeft over het algemeen ook een stroom uitgang. Met een weerstand is dit om te zetten naar een spanning, en een condensator middeld de zooi uit.

Waarom in hemelsnaam die uitgangsstroom van de vermenigvuldiger in een weerstand dumpen, daar de temperatuur van meten, en die temperatur weer omzetten naar een spanning? Een hoop conversies met elk hun onnauwkeurigheid, terwijl het ook rechtstreeks kan?

door de stroom in ene weerstand te dumpen krijg je de effectieve waarde.
( lees definietie van effectieve waarde eens na. dan wordt het duidelijk. dat is gedifinieerd als de waarde van een AC vermogen dat eenzelfde thermisch vermogen genereert als een DC vermogen.

Op 12 maart 2006 20:14:51 schreef free_electron:
door de stroom in ene weerstand te dumpen krijg je de effectieve waarde.
( lees definietie van effectieve waarde eens na. dan wordt het duidelijk. dat is gedifinieerd als de waarde van een AC vermogen dat eenzelfde thermisch vermogen genereert als een DC vermogen.

Waar jij het over hebt is de effectieve waarde van een spanning of stroom. Bij de vermogensmeter wil je dus ook de effectieve waarde bepalen van een stroom die een vermogen representeerd.
Samengevat ben je een RMS berekening aan het toepassen op een vermogen als funktie van de tijd. En dat is iets dat je nooit moet doen.

Dan mag jij mij een link tonen waar het vermogen als RMS-waarde wordt gedefinieerd met wiskundig bewijs. Dat zul je niet vinden. Hier een link waar het vermogen als een gemiddelde is gedefinieerd: http://www.meettechniek.info/basis/uipe/definities.html

effectieve stroom x effectieve spanning = effectief vermogen.
toch ? of niet ?

en bij mijn weten is RMS NIET gelijk aan effectief !

[Bericht gewijzigd door free_electron op ]

Op 12 maart 2006 22:50:45 schreef free_electron:
effectieve stroom x effectieve spanning = effectief vermogen.
toch ? of niet ?

en bij mijn weten is RMS NIET gelijk aan effectief !

Nee, effectieve stroom maal effectieve spanning maal fasehoek is het effectief vermogen bij zuiver sinusvormige signalen, anders klopt dat niet

De effectieve spanning is wel gelijk aan de RMS-waarde, een RMS-spanning van een niet sinus-vormige spanning kan je enkel gebruiken om het vermogen gedisipeerd in een weerstand uit te rekenen (P = U^2/R)
Net als met de stroom.

Als het sinusvormige zijn kan je weel leuk gaan vermenigvuldigen en dan nog eens een cos phi tussen plakken.

RMS is inderdaad niet per definitie gelijk aan de effectieve waarde. Maar bij opgave van vermogens kan de term "effectief" beter vermeden worden om verwarring te voorkomen. "Actief vermogen" is een betere term.

Terug naar de verwerking van het uitgangssignaal van de vermenigvuldiger. De uitgangsstroom is een informatiedrager die het momentele vermogen representeerd. Deze informatiestroom moet gemiddeld worden om aan het actieve vermogen te komen.

Voed deze vermenigvuldigerstroom een weerstand, dan zal de dissipatie in de weerstand kwadratisch zijn met de stroom. Door de thermische massa van de weerstand en de thermische weerstand van weerstand naar omgeving zal de weerstand een relatieve temperatuur bereiken die evenredig is met het gemiddelde van het kwadraat van de momentele vermogens. (De momentele vermogens worden gerepresenteerd door de momentele uitgangsstromen van de vermenigvuldiger).

Er wordt een RMS berekening gedaan zonder de "R" (=root). Dat is niet echt de bedoeling als het actieve vermogen moet worden bepaald.

'Daarom wordt de effectieve waarde vaak aangeduid als RMS, de Engelse afkorting voor Root-Mean-Square oftewel de wortel uit het gemiddelde kwadraat.'
(Daarom slaat op de formule die erboven staat)

Hoezo niet per definitie gelijk?

De effectieve waarde zegt juist dat gedoe over die weerstand!

Namelijk: laten we de energie in een weerstand berekenen

(Umon^2/R)*t, laten we t zo kiezen dat Umon en Imon constantes zijn, we doen dit over 1 periode en delen dan door de totale tijd
Dan heb je de integraal berekend van die spanningsvorm in het kwadraat gedeeld door de totale periodetijd
die R is een constante en valt langs beide kanten weg

(we stellen namelijk P = Uwillekeurig^2/R = Urms^2/R)
R valt dus weg, als je nu die Urms van Uwillekeurig wil dan moet je de wortel nemen, zo simpel is dat.

P = W/t = Urms^2/R

W = som van alle energieen die erin gaan en die zijn som(U^2/R * dt)/t = Urms^2/R
R valt naar de noemer de brengen en weg te delen, dan breng je het kwadraat over, wordt een wortel.

Nu staat er een riemannsom onder de wortel /t (dit valt te veralgemenen naar teind-tbegin
Namelijk de som van U^2 (de functiewaarde op dat moment) maal het tijdsinterval (en U is een functie van t dus het is een som van oppervlakte van rechthoekjes)
Bij een infinitesimale verfijning wordt die sommatie een integraal en bij nader onderzoek merk je dat je onder de wortel de gemiddelde waarde van je kwadratische spanningfunctie hebt berekend.

En daaruit kan je afleiden dat de RMS waarde eigenlijk een waarde is voor de dissipatie in een ohmse weerstand, hoe warm die wordt maakt niet uit het vermogen gaat in de weerstand wat ie ermee doet is zijn zaak.
En de effectieve waarde zegt juist dast het een denkbeeldige gelijkspanning is die eenzelfde dissipatie heeft in een ohmse weerstand
En inderdaad, je kan het beschouwen als een weerstand omdat die U^2/R is afgeleidt uit de wet van ohm en U*I=P

[Bericht gewijzigd door Evilest Aedolon op ]

Op 13 maart 2006 00:14:31 schreef Evilest Aedolon:
Hoezo niet per definitie gelijk?

Volgens mij is de term "effectief" in relatie tot het vermogen nooit door een ISO, NEN en hoe die andere normen ook moge heten, vastgelegt. Het is maar net welk effect je belangrijk vind.

RMS is wiskundig nauwkeurig gedefinieerd.

Op die manier niet inderdaad. Maar in de context van spanning- en stroomgolfvormen is het wel gelijk aan de RMS waarde.

free_elektron,
Ik ben er nog steeds niet achter waarom voor die laatste stap in de vermogensmeet procedure een weerstand wordt verwarmd, en temperatuur wordt gemeten. Ik kom op foutieve resultaten uit.

in ieder geval bedankt voor al jullie tips
onze hele klas heeft eigenlijk een nogo gehad en moet dus weer opnieuw beginnen

ik ben er nu wel achter dat als ik een blokgolf heb
ik de nullijn kan bepalen
en als ik de nullijn heb kan ik daaruit de fasehoek berekenen. ik wil van mijn sinus vormige spanning met behulp van opamps dus een blokgolf maken.
en dan met U.I.cos Phi het vermogen berekenen

is dit een beetje de juiste richting op?