Søk

close search
Justervesenet - logo
Din tid er etterforan Justervesenets tid (JV-UTC)

Input-side utsnitt

Justervesenet har de siste årene utviklet målemotstander for vekselstrømmåling i verdensklasse, for bruk innen metrologi, og enhetene er solgt til nasjonale laboratorier i flere verdensdeler. Det høye presisjonsnivået er oppnådd gjennom simuleringer og prototypeutvikling hos Justervesenets laboratorier på Kjeller.

En svært viktig komponent i strømmåling er en shunt – en målemotstand som brukes til å gi en lesbar spenning. Kravet til en god målemotstand er at spenningen målt over motstanden skal gi et sannferdig øyeblikksbilde av totalstrømmen som skal måles. Hovedutfordringer er at målestrømmen møter ekstra motstand fordi strømmen i seg selv kan lage et magnetfelt som hindrer flyt av ladninger (induktans). I tillegg kan målestrømmen bli forsinket i forhold til totalstrømmen fordi ladningene midlertidig hoper seg opp i målemotstanden (kapasitans). Når vekselstrømmen kan snu retning mange tusen ganger i sekundet vil selv en liten forsinkelse på noen få mikrosekunder (milliondels sekund) gi feil i målt elektrisk effekt.

Forskere og ingeniører ved Justervesenets Nasjonalt Laboratorium har i løpet av de siste årene utviklet en ny type målemotstand som har vist seg å være minst på høyde med det beste av kommersielt tilgjengelige produkter og prototyper utviklet ved store metrologilaboratorier i utlandet. Den nyeste versjonen av Justervesenets målemotstander takler strømmer på opptil 20 ampere. Den har i testing vist seg å kunne måle vekselstrømmer med en frekvens på opptil 300 kHz, noe som betyr at forsinkelsen i målemotstanden er mindre enn 5 nanosekunder (5 milliarddels sekunder). Tester på shuntene for lavere strømmer har derimot vist seg å kunne brukes opp til 1 MHz.

Kare_og_kristian_med_shunter
Senioringeniør Kristian Ellingsberg og Forsker Kåre Lind står bak den presise shunten.

Den eksepsjonelle ytelsen til Justervesenets shunter skyldes at man har kommet fram til en geometri og et spesielt mønster i montering av komponenter som så godt som eliminerer forsinkelse på grunn av kapasitans og induktans. Nøyaktige målemotstander (shunter) har tradisjonelt vært bygget opp av en håndfull svært dyre presisjonsmotstander. Disse har den ulempen at de er fysisk store og genererer derfor et magnetisk felt når det går strøm igjennom, som igjen gir en stor tidsforsinkelse på grunn av induktans. Justervesenets forskere har tenkt nytt og valgt å bruke et stort antall svært kompakte motstander – såkalt overflatemonterte komponenter. Disse er igjen montert i et bestemt mønster slik at magnetfeltet satt opp av strømmen gjennom en motstand blir nullet ut av magnetfeltet fra motstandene i nærheten.

Shunt
Veien fra papiret og datasimuleringer fram til en fungerende shunt krever også et praktisk håndlag: De største shuntene består av i alt 1200 elektriske motstander og prototypene ble laget for hånd ved hjelp av drill og loddebolt.

FAKTA

  • Ohms lov gir oss forholdet mellom strøm (I),
    spenning (V) og motstand (R): V = R*I.
  • På denne måten kan man regne ut strømmen, om
    man vet verdiene på spenningen og motstanden.
    Men dette gjelder kun for strøm som går i én retning
    (likestrøm).
  • En god strømshunt gjør liten forskjell på om
    strømmen skifter retning raskt (vekselstrøm), og
    man kan da bruke ohms lov for å regne ut vekselstrømmen.
  • Strømshunter brukes i alle typer måling av strøm,
    og er relevant for elektronikkprodusenter, metrologilaboratorier
    og strømleverandører.

Les mer om shuntene her:

JV AC-DC Current Shunts

Referanser:
1. Lind, K.; Sorsdal, T.; Slinde, H.; ”Design, Modeling, and Verification of High-Performance AC–DC Current Shunts From Inexpensive Components”
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Volume: 57 , No. 1, 2008, pp 176 – 181
2. Lind, K.; Sorsdal, T.; Slinde, H.; ” Low-cost high-performance current shunts — improved design for 30 mA – 100 mA”
Conference on Precision Electromagnetic Measurements Digest, 2008. CPEM 2008. Broomfield, Colorado, USA, pp: 26 – 27
3. Bosco, G.C.;Garcocz, M.; Lind, K.; Pogliano, U.;Rietveld, G.; Tarasso, V.; Voljic, B.; Zachovaloyá, V.N.; “Phase Comparison of High-Current Shunts up to 100 kHz”
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Volume: 60 , Issue: 7 , 2011 , Pages: 2359-2365
4. Malmbekk, H. «Final report: EURAMET. EM-S39.» Metrologia 52.1A (2015): 01003.

Kontaktperson: Helge Malmbekk

Sist endret 16. september 2016
MENY