Gelijkstroommeting en bandbreedte
Heb je echt 10 MHz bandbreedte nodig voor een gelijkstroommeting?
Als men bij een meetapparaat aan 'bandbreedte'
denkt, denken velen in eerste instantie aan de definitie uit de wereld van de oscilloscopen. Volgens de norm IEEE 1057 (standaard voor digitaliserende golfvormrecorders) is de elektrische bandbreedte het punt waarop de amplitude van een sinusvormig ingangssignaal ten opzichte van een lagere referentiewaarde met 3 dB – dus ongeveer 30 % – is afgenomen.
Laten we eens kijken naar de frequentieresponscurve van de HIOKI CT6873 200 A AC/DC-stroomsensor met een bandbreedte van 10 MHz:
Afbeelding 1: Frequentieresponscurve van de HIOKI CT6873-stroomsensor
Als de maximale gelijkstroomingang van 400 A bij 10 MHz is gedaald tot slechts 0,7 A, hoef je geen wiskunde te hebben gestudeerd om te zien dat dit een afname van ruim 30 % is. De reden: de derating van een sensor en de bandbreedte ervan staan los van elkaar.
Maar als de bandbreedte niet aangeeft welke stroom de sensor binnen dit bereik kan meten – wat zegt ze dan eigenlijk?
Wat betekent bandbreedte?
De bandbreedte geeft aan binnen welk frequentiebereik een sensor nauwkeurig werkt. Bij een stroomsensor beschrijft deze hoe snel de sensor kan reageren op veranderingen in de gemeten stroom. Er bestaat een belangrijk verband tussen de bandbreedte (BW) en de stijgtijd (T_rise), dat wil zeggen de tijd die een signaal nodig heeft om van 10 % naar 90 % van zijn eindwaarde te stijgen:
Afbeelding 2: Definitie van de stijgtijd
De volgende grafiek toont de reactie van een stroomsensor op een plotselinge verandering in het ingangssignaal:
Afbeelding 3: Illustratie van de stijgtijd van een stroomsensor
De oranje curve laat zien hoe het uitgangssignaal van de sensor in de loop van de tijd reageert op een plotselinge verandering in het ingangssignaal. De horizontale stippellijnen markeren 10 % en 90 % van de uiteindelijke uitgangswaarde van de sensor. Deze waarden zijn bepalend voor het meten van de stijgtijd. De stijgtijd (T_rise) is de tijdsduur tussen het moment waarop voor het eerst 10 % van de eindwaarde wordt bereikt en het moment waarop 90 % wordt bereikt. Deze wordt in de grafiek weergegeven door de magenta dubbele pijl. Belangrijk: de bovengenoemde formule geldt niet voor alle stroomsensoren – maar in de meeste gevallen klopt ze wel. Een uittreksel uit de handleiding van de HIOKI CT6710 / CT6711-sensoren beschrijft de stijgtijd volgens deze formule:
Afbeelding 4: Stijgtijd en frequentiebereik – Uit de handleiding van de HIOKI CT6710 / CT6711
Waarom is een hoge bandbreedte ook belangrijk voor gelijkstroommetingen?
Zelfs als de nadruk ligt op het meten van gelijkstroom, kan een hoge bandbreedte een doorslaggevend voordeel zijn:
-
Registratie van inschakelmomenten en transiënten
Veel gelijkstroomtoepassingen gaan gepaard met plotselinge stroomveranderingen, bijvoorbeeld bij het inschakelen van motoren of bij het schakelen van vermogenselektronica. Met een stroomsensor met een hoge bandbreedte kunnen dergelijke inschakelmomenten of inschakelstrompieken nauwkeurig worden geregistreerd. -
Detectie van hoogfrequente storingen
Gelijkstroommetingen kunnen worden beïnvloed door hoogfrequente storingen, bijvoorbeeld door elektromagnetische interferentie (EMI) van andere apparaten, radiofrequente interferentie (RFI) of schakelruis in vermogenselektronica. Een sensor met voldoende bandbreedte kan deze storingssignalen detecteren en indien nodig eruit filteren, terwijl een sensor met een lage bandbreedte deze mogelijk helemaal niet registreert of door een onvoldoende reactiesnelheid vertekende meetwaarden levert.
Conclusie: Hoewel het meten van gelijkstroom de primaire taak is, speelt het meetbereik van een stroomsensor een doorslaggevende rol bij het uitvoeren van nauwkeurige, betrouwbare en uitgebreide metingen. Dit zorgt niet alleen voor snelle reactietijden en het registreren van transiënte gebeurtenissen, maar maakt ook een nauwkeurigere weergave van het werkelijke stroomverloop mogelijk – zelfs bij gelijkstroomtoepassingen.
