Annons

Mäta ström – kan det vara ett problem?

Jo, det kan det nog vara. För inte så länge sedan ingick ström i MKSA-systemet, som ersatte cgs och numera är ersatt av SI. Strömmätningen i MKSA var inte det minsta enkel. Eller vad sägs om den tills helt nyligen gällande (svenska) definitionen: ”Storleken av den konstanta elektriska ström som, då den genomflyter två parallella, raka ledare med oändlig längd och försumbart, cirkulärt tvärsnitt och placerade på ett avstånd av en meter från varandra i tomrum, åstadkommer mellan dessa ledare en kraft lika med 2*10-7 newton för varje meter ledare”.

Korrekt, visst. Men fan så opraktiskt. Oändlig längd, bara det. Och utan tvärsnitt så blir det oändligt många ampere per ytenhet. Så då brinner de förstås upp. Supraledare finns väl säger någon. Tack för tipset säger jag. Men…

Men, som sagt, hur gör man då i verkligheten? Lord Kelvin (han med K, som anger temperaturskillnad och ska skrivas utan gradertecken) tänkte lite och konstruerade en strömvåg som varken hade oändlig utsträckning eller oändligt tunna trådar. Den brydde sig inte heller om jordmagnetiska fältet och den gav repeterbara resultat. Med avvikelser bättre än tiondels promille. Så här ser den ut om man får tro Encyclopedia Britannica:

Men man var inte nöjd och började fundera på andra sätt att mäta strömstyrka. Ett sätt var att räkna elektroner, till exempel genom att väga hur mycket material (silver, av flera skäl) som transporterades genom en elektrolyt vid en viss ström under en viss tid. Det var ingen bra idé och när två amperemetrar som kalibrerats efter den ena eller andra metoden kunde skilja upp till en procent när de seriekopplades så löstes problemet temporärt genom att införa ”Internationell ampere respektive Absolut ampere”. Det var lite som definitionen av en tum. Den varierade vildsint och det var först när C. E. Johansson grep in som det blev någon ordning. Så då fick det bli strömvågen igen.

Så sent som 2019 återgick man till att räkna elektroner och med ungefär 0,1 ppm osäkerhet är det fullt acceptabelt för oss praktikens kvinnor och män. Slut på historielektionen. Nu blir det praktik!

Vad är det du vill mäta?
Ren likström på låg potential, likström på hög potential, växelström, kanske med hög frekvens och med ”konstig” kurvform. Nej, det behövs nog en tabell om det inte ska bli för rörigt.


(klicka för större bild)

Lite rörigt blev det nog ändå. Men så ser verkligheten ut – åtminstone om man rör sig mellan mikroampere och några tusen ampere med frekvenser upp till några hundra MHz. Och på spänningsnivåer mellan volt och något hundratal kilovolt. Så ser vardagen ut för en ”allmänpraktiserande” elektroniker. Telekomm och radar jobbar jag inte med, så se det som en personligt färgad sammanställning.

Fråga nummer ett: Varför har vridjärnsinstrumentet fått frågetecken på DC+AC?
Det kanske kan tyckas lite orättvist. Men eftersom vridjärnsinstrument med sin sanna RMS-visning inte sällan förekom i batteriladdare med sin pulserande ström så finns det anledning att varna. I ett faktiskt fall fick jag i uppdrag att reda ut varför det tog så lång tid att ladda en normal 12 V blyackumulator. Instrumentet på laddaren visade nominell laddningsström men ändå tog det ungefär dubbla tiden mot det
normala. Vad var det som var fel?

En simulering med ”rimliga” värden ger den här strömkurvan, schemat visas under:

 

Uttrycket K1 L1 L2 .8 innebär att kopplingsfaktorn mellan primär och sekundär är minskad från ideala 1,0 till 0,8. Det är den låga kopplingsfaktorn som begränsar strömmen så att spänningen till acken begränsas. Övriga detaljer i schemat kan hämtas ur dokumentationen för det utmärkta LTSpice XVII.

Nog snackat om detta – vad blir resultatet? Och varför visar det vanligen förträffliga sant RMS-visande instrumentet fel?

Nej, det visar inte fel! Men man måste tänka på att acken inte laddas med effektivvärde, Ws, utan med antal elektroner per sekund dvs amperesekunder. Så det rätta vore att sätta in ett vridspoleinstrument. Där är visarutslaget proportionellt mot antalet elektroner per sekund. Men vridspoleinstrument tål inte miljön i ett garage särskilt bra. Ett robust d’Arsonval (vridspole) instrument kostar också mer än vad en billig laddare kan köpas för. Vilken tur då att det finns enkla och billiga sätt att indikera laddningsström och laddningsstatus – några lysdioder, gärna med olika färger brukar det bli. Då slipper man räkna och fundera och när den gröna lyser så är det klart.

Här var det varken fel på instrumentet eller laddaren. Felet var att man inte riktigt satt sig in i vad man faktiskt ville mäta och visa på instrumentet. Det är vanligare än man kan tro.

En bidragande orsak kan vara de senaste decenniernas eviga tjat om RMS och TRMS. ”Catch phrases” utan bakomliggande förståelse ställer till det, inte bara i politiken…

Det gamla Excelbladet kan hjälpa till att förtydliga vad som sker:

Laddningsströmmen är alltså 1,44 A. Vridjärnsinstrumentet visar 2,68 A. Inte så konstigt då att kunderna inte var riktigt nöjda – ungefär hälften av vad handlarns våg visade – det skulle nog inte många acceptera… Och här är det verkligen verkligheten som gäller – inte färgen eller priset på instrumentet.

Nästa gång ska vi titta lite mera på tabellen över olika mätmetoder och varför man ska se upp med vissa kombinationer och vad orsakerna kan vara.

Ha det bra i Periferin! Den är säkrast nu innan pandemin är över.

Gunnar Skogsgurra Englund
GKE Elektronik AB

3 Responses to “Mäta ström – kan det vara ett problem?”

  1. Vridjärnsinstrument kan vara luriga om man har AC+DC. De gamla vridjärnsinstrument vi hade på skolan visade rätt, alltså effektivvärdet hos mätsignalen.

    Detta fick vi även se vid en laboration på Elmät i Lund.

    På senare är köpte jag in nya vridjärnsinstrument till skolan. De tålde av någon mystisk anledning inte likström. Utslaget blev då på tok för litet. De var alltså obrukbara vid de likriktarlabbar jag lät studenterna göra. för att påminna dem om att man inte kunde mäta styrkan hos den likspänning man fick.

  2. Det låter mysko. Har du nån typbeteckning på instrumentet?
    Vill gärna kolla lite mer på det.

  3. PM till dem det berör:

    Vår e-mail ligger nere som en följd av FS-datas stora haveri. Det har pågått sedan mer än en vecka och vi har ännu inte fått något besked om när FS-data kommer att få ordning på sina grejer.
    Beklagar. Vi kan nås via telefon och PostNord fungerar också.