Onlangs hebben we bij HIOKI een kort filmpje opgenomen waarin we Hall-stroomtangen hebben vergeleken met Fluxgate-modellen:
In de video heb ik gezegd: „Elke Hall-stroomtang ter wereld vertoont een gelijkstroomdrift“ – en dat deze daarom niet erg geschikt is voor vermogensmetingen, omdat deze drift de meetnauwkeurigheid beïnvloedt.
Maar wat houdt „DC-drift“ eigenlijk precies in?
Betekent dit dat de meetwaarde na 20 seconden langzaam afwijkt? Of dat deze na een half uur plotseling 20 % te hoog is?
Om dit alles tastbaar te maken, heb ik een klein experiment uitgevoerd: een autolamp (50 W, 12 V), een laboratoriumvoeding – en daarnaast een Hall-stroomtang en twee fluxgate-modellen ter vergelijking.
Voor de vergelijking zijn de volgende stroomtangen gebruikt:
- De CT6711 van HIOKI is het vlaggenschip onder onze breedbandige zero-flux-stroomtangen voor AC/DC-metingen. Deze is gebaseerd op een Hall-sensor, biedt een bandbreedte van 120 MHz en wordt doorgaans gebruikt in combinatie met oscilloscopen of gegevensrecorders. Er zijn drie stroombereiken beschikbaar: 0,5 A, 5 A en 30 A. Voor onze meting met de 50-watt-lamp bij 12 V is het 5-A-bereik ideaal
- De CT6841A van HIOKI is een 20-A zero-flux-stroomtang. Deze is speciaal ontwikkeld voor vermogensmetingen en werkt niet met een Hall-sensor, maar met een fluxgate
- De CT6872 van HIOKI is een 50-A zero-flux-stroomsensor. Net als de CT6841A is ook deze bedoeld voor vermogensmetingen en maakt hij eveneens gebruik van een fluxgate in plaats van een Hall-sensor
Om de stroomwaarden gedurende een langere periode te registreren en met elkaar te vergelijken, heb ik alle drie de stroomtangen aangesloten op een HIOKI MR6000-geheugenrecorder. De CT6711, oftewel de Hall-stroomtang, heeft een BNC-uitgang, omdat deze doorgaans wordt gebruikt in combinatie met oscilloscopen of recorders. Voor de meting heb ik in de MR6000 een 8968-module gebruikt – een ingangseenheid met hoge resolutie en een resolutie van 16 bit. De MR6000 beschikt bovendien over een optionele hardware-uitbreiding die de stroomsensoren met een 2-pins LEMO-aansluiting van de benodigde voedingsspanning voorziet – zo ook de CT6711. Als men de CT6711 met een gewone oscilloscoop wil gebruiken, heeft men bovendien een sensorschakelvoeding nodig, bijvoorbeeld de HIOKI 3269 of 3272.
De twee Fluxgate-stroomsensoren CT6841A en CT6872 zijn voorzien van een eigen ME15W-aansluiting. Om ze op een oscilloscoop aan te sluiten, is een voedingsunit van het type CT9555, CT9556 of CT9557 nodig. Deze levert niet alleen de benodigde voedingsspanning voor de sensoren, maar geeft het gemeten signaal ook door via een BNC-uitgang.
Aangezien ik voor deze test geen oscilloscoop gebruik, maar een HIOKI-datarecorder, kunnen de stroomsensoren rechtstreeks worden aangesloten via een stroomsensormodule met de naam U8977. Bovendien biedt de module een resolutie van 16 bit.
Nu hoefde ik alleen nog maar de lamp aan te doen, het stroomverbruik ongeveer een uur lang te meten – en te kijken hoe de CT6711 in de loop van de tijd zichtbaar afwijkt.
Maar zoals je ziet: geen drift. Helemaal geen. Wat je wel ziet, is dat ik vóór het begin van de opname vergeten ben de kanalen op nul in te stellen. Daardoor ligt de CT6841A (rode curve) iets naast de twee andere meetcurves. Ook al was dat niet de bedoeling, helpt het in dit geval zelfs om te zien dat er daadwerkelijk drie curven worden weergegeven – want de CT6872 (blauwe curve) ligt precies achter de CT6711 (groene curve) en is daardoor nauwelijks te zien. Daarom hier nogmaals dezelfde opname, ditmaal met de CT6872 op de voorgrond.
Zowel de CT6841A als de CT6872 zijn Zero-Flux-sensoren op basis van de Fluxgate-technologie – toch verschilt de „dikte“ van de curven aanzienlijk. Het loont de moeite om hier even naar de details te kijken: de CT6841A (rode curve) is een stroomtang, terwijl de CT6872 (blauwe curve) een doorvoersensor is. Doorvoersensoren bieden weliswaar niet de flexibiliteit van een stroomtang, maar zijn daarentegen aanzienlijk nauwkeuriger. Het verschil wordt nog duidelijker als men bedenkt dat de CT6841A een meetbereik tot 20 A heeft, terwijl de CT6872 tot 50 A meet.
Wat je daarbij ook in gedachten moet houden: de belasting in deze test is een H7-autolamp – geen nauwkeurig regelbaar elektronisch belastingsapparaat. Dat zou kunnen hebben bijgedragen aan de breedte van de meetcurves, vooral omdat alle metingen zijn uitgevoerd met een relatief lage bemonsteringsfrequentie van 100 samples per seconde (hoewel 1 MSa/s ook mogelijk zou zijn geweest). Toch: de „breedte“ van de CT6841A-curve – dat wil zeggen de afstand tussen de minimum- en maximumwaarden – bedraagt slechts ongeveer 30 mA.
Maar nogmaals: meer dan een uur meten met een Zero-Flux-stroomtang op basis van een Hall-sensor – en geen spoor van DC-drift te bekennen. In de video werd toch gezegd: „Niet geschikt voor vermogensmetingen, omdat die immers lang duren.“ Een uur meettijd – dat zou toch eigenlijk al als „lang“ moeten gelden, of niet?
Laten we eens kijken naar typische toepassingen van vermogensmetingen waarbij dergelijke sensoren worden gebruikt – en die echt langer duren: met name deze stroomtangen zijn erg populair bij WLTP-metingen. Daarbij worden de sensoren niet alleen in de auto ingebouwd – maar vaak direct in de motorruimte. En wat gebeurt er met sensoren die in de motorruimte zitten terwijl de motor draait? Ze worden warm. Soms zelfs erg warm.
Zoals op de foto’s hierboven te zien is, stonden de stroomsensoren tijdens de meting gewoon op het bureau. Ze bevonden zich niet in de motorruimte van een auto, niet in een machine en ook niet naast een omvormer, waar de temperatuur in de loop van de tijd verandert. Laten we dus dezelfde meting herhalen – maar deze keer in een omgeving met wisselende temperatuur.
Omdat er op dat moment geen klimaatkamer beschikbaar was, bleek een haardroger een voor de hand liggende en snel beschikbare warmtebron te zijn. Voordat ik de test opnieuw startte, werden de kanalen van de stroomingangmodule op nul gezet – daarom liggen de curven van de CT6841A en CT6872 nu precies over elkaar heen.
Zodra de föhn de sensoren had opgewarmd, was bij de CT6711 duidelijk te zien hoe de curve naar beneden afweek. Ook bij de twee op fluxgate gebaseerde sensoren kan een lichte verandering in de curven worden verondersteld – in dit geval is het stroomverbruik van de gloeilamp echter daadwerkelijk licht gestegen, vermoedelijk door de opwarming tijdens de test. De licht stijgende curve van de CT6841A en CT6872 duidt dus niet op sensordrift, maar simpelweg op de juiste meting.
Tijd alleen veroorzaakt geen DC-drift in een op een Hall-sensor gebaseerde zero-flux-stroomtang – daarvoor zijn temperatuurveranderingen nodig. Dat betekent echter niet dat Hall-stroomtangen automatisch ideaal zijn voor vermogensmetingen, zolang de temperatuur constant blijft. Ook andere factoren, zoals de faseverschuiving, spelen een belangrijke rol – met name bij hogere frequenties. Neem gerust contact op voor meer informatie of een persoonlijk gesprek.
