Präzise Leistungsmessung

Ladungsmessung
Integriert man den Strom über die Zeit, so erhält man
die Ladung dieses Intervalles. Die physikalische Einheit
ist [Ah]. Handelt es sich um DC-Ströme, so haben diese
Ströme und die Ladung auch ein Vorzeichen. Man kann
dadurch bei Akkus und Batterien Ladung und Entladung
unterscheiden und eine Ladungsbilanz ziehen.
Leistungsfaktor
Im allgemeinen Fall ist der Leistungsfaktor λ (engl.
Power Factor, PF) definiert als der Quotient aus
▶ Wirkleistung P und ▶ Scheinleistung S. Die Formel
λ = P/S ist kurvenformunabhängig und gilt breitbandig.
Im besonderen Fall von Sinusspannung und Sinusstrom
gleicher Frequenz kann man λ = cos φ setzen
(Verschiebungsfaktor), wobei φ der Phasenwinkel
zwischen Spannung und Strom ist.
Messfehler
Die Amplitudengenauigkeit für Spannung und Strom wird
in % vom Messwert (MW) + % vom Messbereich (MB)
angegeben. Bei der Leistung ist für den MB das Produkt
aus MB Spannung und MB Strom einzusetzen.
% v. MW: Messwertfehler oder Linearität
% v. MB: Messbereichsfehler oder Offset
Je nach Aussteuerung des Messbereichs geht der
Offset unterschiedlich stark in den Gesamtfehler ein.
Beispiel: Die Angabe ±(0,1 % MW + 0,1 % MB)
bedeutet bei 100 % Aussteuerung einen Fehler
von ±0,2 %, bei nur 10 % Aussteuerung dagegen
±1,1 % Fehler bezogen auf den Messwert.
Abhängig vom Hersteller kann der Messbereich
als Spitzenwert oder Effektivwert mit definiertem
Crestfaktor (z. B. CF = 3) angegeben sein.
Beispiel: Hersteller Y gibt seinen Fehler als ±(0,1 % MW
+ 0,1 % MB) an, wobei der MB als Effektivwert
einzusetzen ist.
Hersteller Z gibt seinen Fehler als ±(0,1 % MW + 0,05 % MB)
an, wobei der MB als Spitzenwert einzusetzen ist.
Welches Gerät ist bei gleichem CF der Bereiche
und z.B. 50 % Aussteuerung genauer spezifiziert?
Für Y ergibt sich ±(0,1 % + 0,2 %) = ±0,3 %,
für Z ergibt sich ±(0,1 % + 0,1 % x 3) = ±0,4 %.
Für die Wirkleistungsmessung wichtig ist noch
die Angabe des ▶ Phasenwinkelfehlers, der den
zeitlichen Versatz zwischen Spannung und Strom
beschreibt (auch cos φ = 0 Fehler genannt).
Alle Fehlerangaben sind i. A. frequenzabhängig,
was in Tabellenform oder durch eine Formel
ausgedrückt werden kann.
Messfolge (engl. Update Rate)
Die Messfolge kann nur gleich oder größer als die
▶ Integrationszeit sein. Der technisch gebräuchliche
Bereich ist einstellbar von 50 ms (20 Messungen pro
Sekunde) bis zu 20 s. Eine Ausnahme bildet die
▶ Cycle-by-Cycle-Messung, bei der auch Zeiten < 1 ms
auftreten können. Zur Messung extrem niedriger
Frequenzen < 0,1 Hz kann durch ▶ Mittelwertbildung
oder ▶ Integration die Messdauer praktisch beliebig
verlängert werden.
Messwertspeicher (engl. Memory)
Speichereinrichtung zur vorübergehenden oder perma-
nenten Ablage von Messwerten. Je nach Gerätetyp
kommen interne oder externe Speichermedien zum
Einsatz (RAM, Festplatte, Flash-Karten, USB-Speicher,
Netzlaufwerke, usw.). Besondere Bedeutung hat ein
▶ Transientenspeicher, der die direkten Abtastwerte
von Spannung und Strom enthält.
Mittelwertbildung (engl. Averaging, AVG)
Zur Erreichung einer höheren Stabilität bei schwankenden
Messwerten können verschiedene Arten der Mittelwert-
bildung aktiviert werden. Man unterscheidet zwischen
linearer (ungewichteter) und exponentieller (gewichteter)
Mittelwertbildung. Dabei lassen sich diverse Parameter
optimieren. Die Wirkung ist vergleichbar einer viskosen
Dämpfung bei analogen Zeigerinstrumenten.
Mittelwertgleichrichtung
Statt des ▶ Effektivwertes von Spannung und
Strom wird gelegentlich auch der gleichgerichtete
Mittelwert benutzt. Die Formeln lauten:
((Formel-13)) ((Formel-14))
Besondere Bedeutung hat bei magnetischen Vor-
gängen, da die Integration der induzierten Spannung den
magnetischen Fluss B liefert. Der Quotient U eff /
bzw. I eff / wird auch ▶ Formfaktor genannt.
Für einen reinen Sinus hat er den Wert 1,11.