Shunt-Messung

Strommessungen (AC und DC) können wahlweise mit einem Shunt durchgeführt werden. Dabei wird ein Widerstand bekannter (und idealerweise sehr temperaturstabiler) Größe in den Strompfad eingebracht, nach dem ohmschen Gesetz bildet der Spannungsabfall ΔU direkt linear den Stromwert in [A] ab. Der Shunt kann gegen + (HighSide-Shunt) oder – (LowSide-Shunt) montiert werden – oder auch „dazwischendrin“.

Abb.67: Low-Side Shunt

Die Spannung ΔU ist mit einem Messgerät (hier im Fokus: ein Beckhoff I/O-Produkt) zu erfassen.

Damit die Erwärmung des Shunts in Grenzen bleibt und der Einfluss des Shunts auf die Quelle auch möglichst vernachlässigbar, sind sehr kleine Ohm-Werte üblich [mΩ] und daraus folgend meist auch kleine Spannungswerte im höheren mV-Bereich, auf eine gute Leitungsschirmung ist Wert zu legen.

Siehe auch eine vergleichende Übersicht zur Shunt-Messung in Kapitel Shunt-Messung.

Einsatz-Hinweise

• Empfohlener Potentialbezug (vgl. Kapitel Massebezug: Typisierung SingleEnded / Differentiell) des Beckhoff I/O-Geräts:
• bei LowSide Shunt
  - SingleEnded: möglich
  - Differentiell: eingeschränkt möglich (siehe folgenden Hinweis)
  - Differentiell/Kanäle galvanisch getrennt: möglich (empfohlen)
  - Kaskadiert: nicht möglich
• bei HighSide Shunt oder „dazwischendrin“
  - SingleEnded: i.Allg. nicht möglich
  - Differentiell: sehr eingeschränkt möglich (siehe folgenden Hinweis)
  - Differentiell/Kanäle galvanisch getrennt: möglich (empfohlen)
  - Kaskadiert: nicht möglich
• Dynamik: das ΔU-Messgerät muss den mitunter sehr dynamischen (kHz bis MHz) Potentialänderungen folgen können
• Bei Verwendung von nicht-galvanisch-getrennten differentiellen Kanälen ist die Gleichtaktspannung Ucm (CommonMode) zwischen den Kanälen bzw. Erde zu beachten:
• Bei mehrkanaligen Geräten darf U_{cm, max} (siehe Angaben in den technischen Daten) zwischen den Kanälen nicht überschritten werden.
• Es kann also beispielsweise bei einer 24 V-Versorgung der Lasten unzulässig sein auf einen Kanal einen HighSide-Shunt gegen 24 V-Potential einzusetzen, und auf einen anderen Kanal einen LowSide-Shunt gegen 0 V-Potential. Die interne Bezugsmasse AGND (–Uv) würde sich so mittig einstellen, dass Ucm überschritten wird
  → Es sind also nur HighSide- oder nur LowSide-Shunts je Gerät einzusetzen.
• HighSide-Shunt und dynamische Vorgänge bei getakteten Strom, schnelle/steile Stromänderungen: Je nach Induktivität im Lastkreis führt dies zu sprunghaften Strom- und damit beidseitig des Shunts zu Spannungsänderungen über den Shunt. Entsprechend ändert sich die anliegende Ucm an den differentiellen Eingängen. Ein differentieller Analogeingangskanal (dies gilt somit auch für 1-kanalige Geräte) ist i.d.R. LC-gekoppelt an die interne Bezugsmasse AGND – der sprunghafte Ucm Anstieg an den Eingängen zieht also AGND nach, während der Zeit dieser Transiente (einige ms) kann es bei Überschreitung von U_{cm, max} zu Fehlmessung kommen.
  → es ist ein sehr großer Messbereich zu wählen oder besser ein Gerät mit galvanisch getrennten Kanälen.
• Soll ein Shunt mit mehreren Spannungsmessgeräten erfasst werden, sollte je Messgerät ein eigener Shunt R1, R2 installiert werden.
  
  Andernfalls könnte die Impedanz der Messgeräte die jeweils andere Messung beeinflussen, z.B. wenn sich im abgeschalteten Zustand die Messgeräteimpedanz ändert.