vermogen meten met geluidskaart

[Arjan]

Zoals wel meerderen op dit forum ben ik van plan m'n thuisservertje te gaan vervangen met een zuiniger exemplaar. Opzich een nobel streven, maar niet erg tweaker-like..

Wat wel tweaker-like is, is realtime gegevens van het vermogen dat atm. gebruikt wordt door de server.
Om het vermogen te berekenen moet je de spanning en stroom weten, beide zijn relatief makkelijk te berekenen door de spanning over een weerstand te meten.
Dan moet je deze waardes nog naar je pc zien te krijgen, het leuke is echter dat een geluidskaart-input niet veel meer dan een spanningsmeter is
Zolang je binnen de +/- 1V blijft is het prima mogelijk om spanning te meten met je geluidskaart.

De software schrijven om deze waardes uit te lezen en om te zetten naar nuttige data is voor mij geen enkel probleem, wat een iets groter probleem is, is het bedenken van een veilig en geschikt schema

Ik had het volgende bedacht, waarbij de voltmeters het linker en rechter kanaal voorstellen van een audio input.



voor de duidelijkheid, de 50Hz spanningsbron stelt het stopcontact voor en de 150 Ohm weerstand aan de rechterkant stelt de pc voor.
De weerstand van 0.5 Ohm aan de bovenkant is een shunt weerstand, bedoeld om de stroom te meten, terwijl de spanningsdeler de 220V terugbrengt naar 1V.

Het probleem dat ik hierbij zie, is dat de GND meestal aan de kast en dus aan de geluidskaart zit. Volgens dit schema zou dat betekenen dat er kortsluiting ontstaat tussen een van de fasen en de GND. Dat kan niet goed gaan.

Graag zou ik van jullie horen of/hoe ik dit plannetje zou kunnen uitwerken op een veilige manier, het liefst met zo min mogelijk onderdelen, het KISS principe zeg maar

zou het gebruik van een scheidingstransformator een goed idee zijn? of is er meer nodig..

[bobo1on1]

Je hebt 2 opties, of je zet de belasting op een scheidingstrafo, of je gebruikt 2 trafo's om spanning en stroom te meten.
De eerste heeft bij mij de voorkeur, dat is een stuk nauwkeuriger.

[Boudewijn]

Hoeveel watt ga je max trekken?
Bedenk wel dat je weerstand meer of minder vermogen gaat dissiperen (en de spanning over zichzelf veranderen) onder invloed van dit gegeven.

[Verwijderd]

Het lijkt mij 1 onzalig plan om op deze manier in de 220V lijnen te gaan meten.
Daarnaast is deze methode hoogst onnauwkeurig, want de stroom zal geen mooi sinusverloop hebben.
Je hebt True R.M.S. meting nodig, om 1 acceptabel meetresultaat te krijgen.

[Verwijderd]

Kun je niet beter zoiets gebruiken:
http://www.sensorsmag.com/articles/1103/29/main.shtml

[Gwannoes]

Verwijderd schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 01:43:
Het lijkt mij 1 onzalig plan om op deze manier in de 220V lijnen te gaan meten.

Inderdaad is dit niet bepaald een veilig idee... Je moet je soundcard-inputs zeker wel beschermen tegen overspanning (bijv. met clamping-diodes), maar misschien heb je bovendien ook een galvanische scheiding nodig... daar heb ik alleen niet gek veel verstand van.

Daarnaast is deze methode hoogst onnauwkeurig, want de stroom zal geen mooi sinusverloop hebben.
Je hebt True R.M.S. meting nodig, om 1 acceptabel meetresultaat te krijgen.

Niet juist... Met een soundcard kun je dit juist heel mooi meten: je kunt in software een mooie vermogensmeter programmeren.

Maar om je de moeite te besparen zou je ook even in dit topic (Energiemeters... deel hier je ervaringen) kunnen kijken.

[Cassettebandje]

Een optokoppelaar is misschien de beste optie hiervoor, dan heb je een galvanische scheiding. Da's wel het veiligst

[kluyze]

Naast de reacties hierboven heb ik nog een opmerking indien je toch gaat doorzetten.

Je zegt dat de soundkaart +-1V is. Je spanningsdeler is te nipt daarvoor, de netspanning mag 10% afwijken standaard netspanning is al 230V de dag van vandaag (en is al zo voor de laatste 10-15 jaar of zo) dat geeft een toegestane piek van 253V wat achter de spanningsdeler een spanning van 1.15V geeft zonder tolerantie op de weerstanden.

Stel dat je 5% weerstanden gebruikt en de 10k weerstand gaat 5% hoger zitten en de 2.2M weerstand 5% lager, dan kom ik op een spanning na de spanningsdeler van 1.26V, welke perfect binnen de marges ligt van de schakeling, maar of de soundkaart daar ook mee kan lachen.

Denk dus aub aan enige marges.


Dan nog het volgende, ik weet niet of dit exact hier boven is weergegeven maar als je 2 kanalen van je soundkaart gebruikt dan is de massa van die aansluitingen intern doorverbonden. Dus in jouw schema is de massa van de onderste volt meter kort gesloten met 1 van de pennen van de andere volt meter waardoor de net spanning is kort gesloten. Dus ofwel ga je de meters zelf galvanisch scheiden, dus ook van elkaar, ofwel zet je de stroom-weerstand vanonder en zet je de massa van de meters op het zelfde punt.

[Arjan]

bobo1on1 schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 00:51:
Je hebt 2 opties, of je zet de belasting op een scheidingstrafo, of je gebruikt 2 trafo's om spanning en stroom te meten.
De eerste heeft bij mij de voorkeur, dat is een stuk nauwkeuriger.

Als ik de belasting op een scheidingstrafo zet, dan verlies ik wel weer enig vermogen in de trafo, dat doet een beetje teniet wat ik wil bereiken. Daarnaast weet ik niet of ik gewoon twee scheidingstrafos op de plek van de meters kan zetten, aangezien deze zelf ook een significante weerstand aan het geheel zullen toevoegen... lastig dus.

Boudewijn schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 01:23:
Hoeveel watt ga je max trekken?
Bedenk wel dat je weerstand meer of minder vermogen gaat dissiperen (en de spanning over zichzelf veranderen) onder invloed van dit gegeven.

Ik verwacht een max (piek) van ongeveer 300W.
Het idee is dat de zekering voorkomt dat de shunt weerstand in een kachel veranderd als er echt iets mis gaat.

Gwannoes schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 09:08:
[...]

Inderdaad is dit niet bepaald een veilig idee... Je moet je soundcard-inputs zeker wel beschermen tegen overspanning (bijv. met clamping-diodes), maar misschien heb je bovendien ook een galvanische scheiding nodig... daar heb ik alleen niet gek veel verstand van.

Natuurlijk neem ik een ruime marge, het bovenstaande schakelingetje is puur indicatief.
picture, 1000 words.. dat soort dingen

Niet juist... Met een soundcard kun je dit juist heel mooi meten: je kunt in software een mooie vermogensmeter programmeren.

Maar om je de moeite te besparen zou je ook even in dit topic (Energiemeters... deel hier je ervaringen) kunnen kijken.

Als ik niet op relatief makkelijke wijze deze setup kan bouwen, dan gaat het feest niet door, dit topic is ervoor om dat te ontdekken

Cassettebandje schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 09:42:
Een optokoppelaar is misschien de beste optie hiervoor, dan heb je een galvanische scheiding. Da's wel het veiligst

Ik ben bekend met het gebruik van optokoppelaars in het digitale domein, maar zijn deze ook inzetbaar bij wisselspanning? zo ja, dan is dit zeker interesant.

kluyze schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 09:48:
Naast de reacties hierboven heb ik nog een opmerking indien je toch gaat doorzetten.

Je zegt dat de soundkaart +-1V is. Je spanningsdeler is te nipt daarvoor, de netspanning mag 10% afwijken standaard netspanning is al 230V de dag van vandaag (en is al zo voor de laatste 10-15 jaar of zo) dat geeft een toegestane piek van 253V wat achter de spanningsdeler een spanning van 1.15V geeft zonder tolerantie op de weerstanden.

Stel dat je 5% weerstanden gebruikt en de 10k weerstand gaat 5% hoger zitten en de 2.2M weerstand 5% lager, dan kom ik op een spanning na de spanningsdeler van 1.26V, welke perfect binnen de marges ligt van de schakeling, maar of de soundkaart daar ook mee kan lachen.

Denk dus aub aan enige marges.

Zoals al aangegeven, zal ik hier zeker rekening mee houden. Ik ga wel proberen zo 'hoog' mogelijk te zitten, aangezien je dan meer preciesie (bits) ter beschikking hebt.

Dan nog het volgende, ik weet niet of dit exact hier boven is weergegeven maar als je 2 kanalen van je soundkaart gebruikt dan is de massa van die aansluitingen intern doorverbonden. Dus in jouw schema is de massa van de onderste volt meter kort gesloten met 1 van de pennen van de andere volt meter waardoor de net spanning is kort gesloten. Dus ofwel ga je de meters zelf galvanisch scheiden, dus ook van elkaar, ofwel zet je de stroom-weerstand vanonder en zet je de massa van de meters op het zelfde punt.

Je kan in de tekening de spanningsdeler weerstanden omdraaien zodat de voltmeters een pin delen, het probleem van de GND die kortsluiting maakt, zoals ook in de TS staat, is daarmee echter niet opgelost.

op het moment zie ik eigenlijk maar twee mogelijkheden, of de belasting gaat op een scheidingstrafo zoals bobo1on1 voorstelt, het voordeel is dat het meten erg makkelijk en waarschijnlijk redelijk nauwkeurig is. Het nadeel is dat er spanning verloren gaat in de trafo, waardoor het geheel weer meer stroom verbruikt wat weer nadelig is voor een systeem bedoeld om wat minder stroom te gaan gebruiken

Daarnaast is er de optie van de optocouplers, indien deze voor wisselspanning in te zetten zijn, zou dit een elegante oplossing vormen. Het grootste nadeel lijkt me dat je wat meer onderdelen nodig hebt om het geheel werkend te krijgen. Het is waarschijnlijk wel de veiligste optie.

any thoughts on this?

[kluyze]

Arjan schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 10:11:
Als ik de belasting op een scheidingstrafo zet, dan verlies ik wel weer enig vermogen in de trafo, dat doet een beetje teniet wat ik wil bereiken. Daarnaast weet ik niet of ik gewoon twee scheidingstrafos op de plek van de meters kan zetten, aangezien deze zelf ook een significante weerstand aan het geheel zullen toevoegen... lastig dus.

Elke meting die uitgevoerd word gaat een invloed hebben op het systeem dat je wil meten. Een scheidings transfo zal niet zo een hoog verlies hebben. Dus dat gaat het echt niet maken.

Natuurlijk neem ik een ruime marge, het bovenstaande schakelingetje is puur indicatief.
picture, 1000 words.. dat soort dingen

Dat vond ik niet geheel duidelijk uit je TS, en een gewaarschuwd man is er 2 waard natuurlijk

Zoals al aangegeven, zal ik hier zeker rekening mee houden. Ik ga wel proberen zo 'hoog' mogelijk te zitten, aangezien je dan meer preciesie (bits) ter beschikking hebt.

Ok, zolang je er maar rekening mee houd is het goed.

Je kan in de tekening de spanningsdeler weerstanden omdraaien zodat de voltmeters een pin delen, het probleem van de GND die kortsluiting maakt, zoals ook in de TS staat, is daarmee echter niet opgelost.

Juist, maar een kortsluiting in je schema is ook niet echt wenselijk.

op het moment zie ik eigenlijk maar twee mogelijkheden, of de belasting gaat op een scheidingstrafo zoals bobo1on1 voorstelt, het voordeel is dat het meten erg makkelijk en waarschijnlijk redelijk nauwkeurig is. Het nadeel is dat er spanning verloren gaat in de trafo, waardoor het geheel weer meer stroom verbruikt wat weer nadelig is voor een systeem bedoeld om wat minder stroom te gaan gebruiken

Zoals ik al eerder zei denk ik niet dat een scheidingstransfo veel vermogen verlies gaat induceren. Verder gaat een scheidingstransfo op de belasting meer vermogen verlies geven als een kleinere scheidingstransfo aan de meet-weerstanden zelf (als dat je keuze van transfos enig zou vergemakkelijken.)

Daarnaast is er de optie van de optocouplers, indien deze voor wisselspanning in te zetten zijn, zou dit een elegante oplossing vormen. Het grootste nadeel lijkt me dat je wat meer onderdelen nodig hebt om het geheel werkend te krijgen. Het is waarschijnlijk wel de veiligste optie.

any thoughts on this?

Elke component in een schema geeft een verlies aan vermogen, ook optocouplers zijn niet perfect verliesvrij, ik denk dat het extra vermogenverlies tov een optocoupler in een scheidingstransfo te verwaarlozen is in vergelijking met het vermogen van het systeem.

Verder zie ik niet in waarom deze meting continu moet gebeuren. Als het syteem draait en er is geweten wat het vermogen gebruik is dan kan de meting toch stoppen en gaat enig vermogen verlies van de meting ook niet meer van toepassing zijn.

[Gwannoes]

Arjan schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 10:11:
[...]

Als ik de belasting op een scheidingstrafo zet, dan verlies ik wel weer enig vermogen in de trafo, dat doet een beetje teniet wat ik wil bereiken. Daarnaast weet ik niet of ik gewoon twee scheidingstrafos op de plek van de meters kan zetten, aangezien deze zelf ook een significante weerstand aan het geheel zullen toevoegen... lastig dus.

Je moet niet je belasting (PC) op een scheidingstrafo zetten, maar je moet je meter (meetschakeling) galvanisch scheiden. Je kunt dus heel mooi je gemeten spanningen met een trafotje naar je soundcard leiden. Kun je evt. ook nog, door niet een 1:1 trafo te nemen, een verzwakking/versterking realiseren.

[...]

Ik ben bekend met het gebruik van optokoppelaars in het digitale domein, maar zijn deze ook inzetbaar bij wisselspanning? zo ja, dan is dit zeker interesant.

Als je hier een opto gaat gebruiken, krijg je ENORME vervorming, en dus een volledig onbetrouwbare meting. Een optocoupler's overdracht is niet bepaald lineair te noemen namelijk. Niet doen dus.

[...]

Zoals al aangegeven, zal ik hier zeker rekening mee houden. Ik ga wel proberen zo 'hoog' mogelijk te zitten, aangezien je dan meer preciesie (bits) ter beschikking hebt.

De meeste PC-soundcards zijn 24 bits, de goedkopere misschien nog 16 bits. Ga je uit van die 16 bits, dan heb je 2^16 = 65536 codes. Wil je bijv. de netspanning meten en je benut de volledige range, dan heb kun je op 230/65536=3.5mV nauwkeurig meten. Lijkt mij overkill. Je kunt dus beter slechts de halve inputrange van je soundcard gebruiken, dan heb je nog zat marge over.
Bovendien blijft het verstandig om clampingdiodes aan te brengen.

[Wilke]

Arjan schreef op woensdag 01 oktober 2008 @ 23:04:
Om het vermogen te berekenen moet je de spanning en stroom weten

En de power factor (cos phi)

Verder wel een stuk stoerder dan gewoon zo'n apparaatje kopen voor 25 euro natuurlijk

[Part]

Wat hier boven ook al staat werk met trafotjes om te meten.
Voor 230v pak je een kleine transformator waar je zelf wikkelingen op kan winden. 1 of 2 windingen moet al voldoende zijn.

Om de stroom te meten kun je een ferriet ring gebruiken. Een paar wikkelingen van de 230V er om heen. En hiervoor gebruik je kabel die geschikt is voor 230V!!!. En om te meten meerdere wikkelingen dun draad. Je kan het aantal wikkelingen varieren om je meet bereik aan te passen.

[lemming_nl]

Wilke schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 13:43:
[...]


En de power factor (cos phi)

Verder wel een stuk stoerder dan gewoon zo'n apparaatje kopen voor 25 euro natuurlijk

Powerfactor is nergens voor nodig. Dat is alleen als je heel simpel meet. Wat je met de geluidskaart doet is gewoon realtime vermenigvuldigen en dan intergreren. Hierbij krijg je precies het vermogen ongeacht hoe ranzig je signaal is.

-edit-

Wanneer je een trafo gebruikt om je signaal te isoleren moet je zorgen dat je een trafo hebt waar hoge frequenties ook mooi doorheen gaan. Dit zodat je dingen zoals faseafsnijding ook meepakt.

[ Voor 18% gewijzigd door lemming_nl op 02-10-2008 14:18 ]

[Gwannoes]

lemming_nl schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 14:13:
[...]
Powerfactor is nergens voor nodig. Dat is alleen als je heel simpel meet. Wat je met de geluidskaart doet is gewoon realtime vermenigvuldigen en dan intergreren. Hierbij krijg je precies het vermogen ongeacht hoe ranzig je signaal is.

Yup

Maar daarover hebben we in Energiemeters... deel hier je ervaringen al een uitgebreide discussie gehad... Voor de achterliggende theorie kun je toch wel het best dat topic even doorlezen.

[ Voor 26% gewijzigd door Gwannoes op 02-10-2008 14:17 ]

[Arjan]

Ok, dat maakt de spanning meten erg simpel, gewoon een 300:1 trafo op de netspanning, maar hoe ik dan de stroom moet meten is mij niet helemaal duidelijk.

Ik neem aan een shunt weerstand in de kring, met een trafo parallel geschakeld

[mux]

lemming_nl schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 14:13:
[...]
Powerfactor is nergens voor nodig. Dat is alleen als je heel simpel meet. Wat je met de geluidskaart doet is gewoon realtime vermenigvuldigen en dan intergreren. Hierbij krijg je precies het vermogen ongeacht hoe ranzig je signaal is.

-edit-

Wanneer je een trafo gebruikt om je signaal te isoleren moet je zorgen dat je een trafo hebt waar hoge frequenties ook mooi doorheen gaan. Dit zodat je dingen zoals faseafsnijding ook meepakt.

In principe zijn mini-LEMmetjes daar erg goed voor geschikt, zelfs goedkope exemplaren bij Farnell (die ook bij de lokale elektroboer te krijgen zijn) gebruiken we in een vermogenselektronica-practicum momenteel voor ~100 kHz. Je krijgt wel wat ranzigheid dan natuurlijk, maar insignificant ten opzichte van je overmatig aardige signaal. Als je echt handig bent in programmeren kan er zelfs nog een notch filtertje overheen.

[Part]

Arjan schreef op donderdag 02 oktober 2008 @ 21:07:
Ok, dat maakt de spanning meten erg simpel, gewoon een 300:1 trafo op de netspanning, maar hoe ik dan de stroom moet meten is mij niet helemaal duidelijk.

Ik neem aan een shunt weerstand in de kring, met een trafo parallel geschakeld

Pak een (oude) computer voeding en sloop daar een mooie ringkern uit. Gewoon de grootste die je kan vinden +/-4cm in diameter.
Om die spoel wikkel je 1 of 2 maal de fase of de nul. Het maakt niet uit welke.
Vervolgens wikkel je zelf wat windingen die naar je geluidskaart gaan. En daar is je stroom meter.

Maak je niet druk om hoge frequenties. Het frequentiebereik van een kleine trafo is vele malen groter als dat van je geluidskaart.