Messen der Digitalspannung

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ateshci
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Messen der Digitalspannung

Beitrag von ateshci » Sa 21. Mär 2015, 18:34

Aus aktuellem Anlass, wo die gesammelte Schwarminkopetenz wieder mal Kapriolen schlägt, ein paar Worte zum Messen des Effektivwerts einer symmetrischen Rechteckspannung = DCC-Signal.
Alle in den Händen der Hobbyisten befindlichen Geräte sind keine Echt-Effektivwert-Messgeräte, sondern Mittelwertgeräte. Damit die Wechselspannungsmessungen stimmen, wird bei diesen der gemessene Mittelwert mit 1,1 multipliziert:
Der Gleichrichtwert einer sinusförmigen Wechselspannung beträgt (2/PI)*Us ( Us=Scheitel(Höchst)wert der Spannung) = 0,637*Us. Damit man auf den Effektivwert der Sinusspannung =0,707*Us kommt, muss man den mit 1,1 malnehmen.
Bei einer symmetrischen Rechteckspannung ist aber der Gleichrichtwert wie auch der Effektivwert = 1*Us.
Also muss man, wenn man mit einem Multimeter in Stellung ~ DCC-Spannung misst, von der Anzeige 10% abziehen. Und schon werden aus gemessenen 25V ca.22V-DCC-Spannung, die bei einer Eingangswechselspannung in die Zentrale von 20V~ nach Abzug von Gleichrichter- und Endstufenspannungsabfall auch erwarten kann.
Außer den allerbiligsten Baumarktgeräten messen übrigens die Multimeter mittlerweile bis ca. 10 kHz ziemlich zuverlässig. Damit wird der DCC-Bereich abgedeckt. Wer ganz sicher gehen will, baut sich eine Graetzbrücke aus vier BAT43 Schottky-Dioden, brückt den Ausgang mit 10nF und misst dann im DC-Bereich.
Gruß vom Heizer

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Rainer
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Re: Messen der Digitalspannung

Beitrag von Rainer » Do 26. Mär 2015, 18:38

Aus Österreich gibt es ein DCC-Voltmeter und die Details findet man hier:

http://atw.huebsch.at/elektronik/dcc_vm.htm

LG
Rainer

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ateshci
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Re: Messen der Digitalspannung

Beitrag von ateshci » Fr 27. Mär 2015, 13:49

So sehr ich auch A. Hübsch in Sachen DCC schätze, aber leider ist seine Aussage zur Messung mit dem DMM falsch, um es gelinde auszudrücken. Den Faktor 1,414 ins Spiel zu bringen zeigt, dass man sich nicht mit dem Messprinzip des DMM beschäftigt hat. So viel zu hoch kann ein DMM nicht anzeigen. Außerdem ist sein DCC-Spannungsmesser für die übliche Genauigkeit viel zu kompliziert. Es ist in der überwiegenden Zahl der Fälle vollkommen irrelevant, ob man die DCC-Spannung auf absolut 10mV oder 500mV genau misst!
Im Folgenden zeige ich, womit man es zu tun hat und was man von seinem Messinstrument erwarten darf.
Als erstes mal ein Ausgangssignal eines DCC-Boosters:
IB.jpg
Der obere Cursor sitzt einen Hauch zu tief, so dass man ruhig von 22V (=44Vss) DCC-Spannung ausgehen darf.
Als Nächstes die Messung mit einem Drehspulmesswerk und einem neueren DMM, beide aber keine Effektivwertgeräte. Denn ein Drehspulmesswerk ( kann man in dem Link zum Messprinzip nachlesen ) integriert genau wie ein DMM, ist also ein Mittelwertgerät
DCC_M1.jpg
DCC_RMS.jpg
Man sieht, dass beide Geräte ( das Drehspulgerät bei Vss, denn es hat auf der Skala eine -rms-Umrechnung ) den um 10% zu hohen Wert von 24V anzeigen!
Zum Vergleich mal das, was man von einem >20 Jahre alten DMM im ~Bereich erwarten kann - eine zu niedrige Messung
DCC_M2.jpg
Diese Geräte sind wirklich nur bis zu 100..200Hz zu gebrauchen.
Und zum Schluss das Ergebnis mit einer Graetzbrücke von vier BAT43 (Schottkydioden ) , deren +/- Ausgang mit einem 10nF-Kondensator ( unbedingt nötig! ) abgeblockt ist und dann mit dem DMM im =Bereich gemessen wird:
DCC_M21.jpg
Auch das neue DMM und das Drehspulmesswerk zeigten den gleichen Messwert.
Das Letzte zeigt also, dass die Spannung im Bereich von +/-1V absolut mit dieser einfachen Anordnung gemessen werden kann. Wer braucht jetzt ernsthaft zuwissen, ob seine Spannung nun 22V oder 23V beträgt? Selbst bei mehreren Boosterbereichen kommt es nur darauf an, dass die Spannungen innerhalb von ~1V gleich sind, um keine Rucke beim Übergang zu erzeugen. Und relativ ist die Messung immer so genau, wie das DMM, und damit wesentlich kleiner als der absolute Fehler von 1V.
Gruß vom Heizer

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Re: Messen der Digitalspannung

Beitrag von gatzi » Sa 28. Mär 2015, 10:05

Hallo Heizer,

danke für deine Ausführungen.

Als ich Arnold Hüsch zitierte, hätte es mir auffallen können/sollen, dass er einerseits den Korrekturfaktor von 1,4 nennt, andererseits aber als "Daumenwert" nur 1,5 - 2 V von der angezeigten Wechselspannung abzieht.

Viele Grüße
Holger
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Messen der Digitalspannungsverluste am Gleis

Beitrag von ateshci » Do 18. Aug 2016, 18:46

Hallo allerseits,
weil's mal gerade wieder im anderen Forum hochkommt - das leidige Thema der Übergangswiderstände und der daraus resultierende Spannungsverlust. Es gibt zwei Bereiche:
1. Der Weg vom Booster über Anschlusskabel und Schienen zur Lok
2. Der Weg über die Räder/Schleifer zum Decoder/Motor.

Es wurde mal wieder vorgeschlagen, einen Spannungsmesswagen einzusetzen und natürlich hat der Protagonist damit nur Mist gemessen. Das liegt an den 'trockenen' Kontakten der stromführenden Achse, wo sich eine Belastung von weniger als 1mA Strom in einem sehr hohen Übergangswiderstand äußert und damit die Messung unbrauchbar macht. Anderer Vorschlag lautet, ein Spannungsmessgerät ( am besten noch die Kanonen-Spatzschießschaltung von Hübsch ) in der Lok unterzubringen und dann die Anlage abzufahren. Schön und gut, aber da weiss man nicht, wie der Spannungsabfall sich aufteilt, ist er mehr 1) oder 2) geschuldet?
Die Stimme der Vernunft von Johannes wird leider wieder mal konsequent ignoriert. Aber nur so geht es!
Also man misst zuerst Fall 1, indem man eine Lok mit möglichst hohem Stromverbrauch ( Man kann auch provisorisch zwei 12V/45..60W Autoglühbirnen in Serie parallel zur Stromabnahme schalten, dies gilt aber nur für die üblichen 22V! ) zwischen Einspeisepunkt und Messgerät ( siehe meinen Beitrag dazu ) fahren lässt. Starten soll diese ausserhalb des Abschnitts, der die Verbindung vom Booster zum Messgerät herstellt, damit misst man die Ausgangsspannung des Boosters unter dieser Last und muss nichts umklemmen. Dann lässt man die Lok auf's Messgerät zurollen und beobachtet die Spannung. Jeder schlecht überbrückte Schienenstoß macht sich so bemerkbar, und man kann auch sehen, wie sich die Gleislänge auf die Spannung auswirkt. Hat man mehrere Einspeisepunkte, muss die Messung in der Mitte zwischen beiden erfolgen und die Lok von einem bis zum anderen Punkt fahren. Das gibt einen Überblick. Zur Fehlereinkreisung muss man jeden Schienenabschnitt zwischen den Schienenstößen einzeln messen.
Hat man das ausgebügelt, weiss man mit Sicherheit, dass das 'Abschlaffen' einer Lok unter Last in ihren Innereien zu suchen ist und dafür gibt es ja eine Reihe von Maßnahmen. Die 'stromführenden Kugellager' sind der größte Stuss der Modellbahntechnik und die allerersten Verdächtigen. Die Abnahme über die Räder ist auch nur bei ausreichendem Kontaktdruck( = Lokgewicht ) und automatischer Reinigung der Laufflächen bei den üblichen Gartenbahngrößen sicher genug. Gerade bei hohem Strombedarf wird die Vernickelung der Lauffläche gerne mal durch Abreißfunken durchlöchert und dann ist schnell ein Treibradwechsel fällig.
So weit erstmal, zum weiteren Amüsement empfehle ich das Spaßbahnforum.
Gruß vom Heizer

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