Der eigentliche Antreiber für dieses Projekt war ein YouTube Video auf ZAMsChannel, in dem gezeigt wurde, wie man mit einer Strommesszange und einem Oszilloskop einen recht schnellen und bequemen Kompressionscheck bei Verbrennungsmotoren durchführen kann - durch Messung des Stroms durch den Anlasser-Motor.
Eine Strommesszange ist ein Messgerät, mit dem man elektrischen Stromfluss messen kann ohne das Messgerät in die entsprechende Leitung einzusetzen. Stattdessen misst man das magnetische Feld, das ein Stromfluss um einen Leiter herum erzeugt - die Messung ist somit quasi "nicht-invasiv" - also ideal geeignet für eine solche Strommessung an einem Anlasser, bei dem große Ströme fließen und man das Zuleitungskabel nun wirklich nicht auftrennen möchte.
Mit fortschreitender Entwicklung wurde dann aber klar, dass der Messsensor empfindlich genug sein würde, um auch kleinere Ströme als die eines Anlasser-Motors noch sinnvoll messen zu können, und somit wurde auch der normale Betrieb als Strommesszange in Betracht gezogen. Nichtsdestotrotz liegt der Hauptverwendungszweck auf dem Kompressions-Check mit hohen Anlasser-Strömen und einer Anzeige derer im zeitlichen Verlauf und nicht darin, eine wirklich präzise Messung im mA-Bereich zu bewerkstelligen. Und somit ist das Gerät nun eher ein grobes Schätzeisen mit Toleranzen um die 100-200mA, aber mit einer feinen grafischen Anzeige.
Als Anzeige- und Bediengerät wird zum einen ein PC verwendet, der über eine UART-Schnittstelle mit der Strommesszange verbunden ist. Alternativ gibt es auch noch eine Android-App, so dass man ein Smartphone oder Tablet statt eines PCs verwenden kann. Das wird dann auch entweder über ein serielles Kabel (z.B. meinen USB-RS232 Konverter in Verbindung mit einem USB-OTG Dongle) oder direkt über Bluetooth (z.B. mit meinem Bluetooth-UART Adapter und einem HC-05 Modul) mit dem Messgerät verbunden.
Das Gerät selbst wurde aus einer Wäscheklammer (ja genau...) gebaut, an die mit viel Kaltmetall-Masse und GFK-Gewebe ein aufgeschnittener Ferrit-Ringkern geklebt wurde - siehe Bild 2 der Galerie. Solche Ringkerne findet man beispielsweise in alten PC-Netzteilen, wo sie zur Entstörung um die Kabel der Ausgangsspannung gelegt werden. In eine Seite des aufgeschnittenen Ringkerns wurde dann wiederum ein Hall-Element eingeklebt (Bild 3). Hall-Elemente werden z.B. in den Antriebseinheiten von Festplatten (HDD nicht Flash-Disk...) oder CD-Laufwerken verbaut - zumindest stammt das Hell-Element dieser Anwendung aus einem solchen Gerät. Die Auswerte-Elektronik sitzt dann in einem kleinen Kästchen fest montiert auf einem Arm der Wäscheklammer (Bild 4).
Verstärkt wird das Signal vom Hall-Element durch den Differenzverstärker IC1 mit einem fest eingestellten Verstärkungsfaktor. Die Sensibilität des Hall-Elements wird durch die Höhe des Erregerstroms bestimmt, den man über den analogen Multiplexer IC4 in 4 Stufen wählen kann (Widerstände R1, R11, R10 und R2) und somit 4 Messbereiche zur Verfügung hat. Gleichzeitig zu den 4 einstellbaren Empfindlichkeitsstufen wird über IC4 auch noch ein individuelles Offset des jeweiligen Messbereichs erzeugt (Widerstände R3, R13, R12 und R4). Mit der gezeigten Beschaltung hat man somit 4 Messbereiche zur Auswahl:
- Bereich 0: Von ca. -16A bis +16A mit einer theoretischen Auflösung von 30mA - für allgemeine Strommessungen
- Bereich 1: Von ca. -20A bis +20A mit einer theoretischen Auflösung von 40mA - für allgemeine Strommessungen
- Bereich 2: Von ca. -6A bis +97A mit einer theoretischen Auflösung von 100mA - für Messungen an Anlassern
- Bereich 3: Von ca. -8A bis +143A mit einer theoretischen Auflösung von 150mA - für Messungen an Anlassern
Ein PIC16F676 misst das Signal des Differenzverstärkers dann über seinen integrierten 10-Bit ADC und übermittelt das Messergebnis per UART-Schnittstelle an das Bediengerät. Der PIC achtet auch auf einkommende Kommunikation vom Bediengerät und steuert entsprechend den analogen Multiplexer an, über den die Mess-Modi eingestellt werden.
Die ganzen Schaltung wird von dem 5V Spannungsregler IC3 betrieben, den man direkt an die Motorrad-Batterie anschließen kann.
Schaltplan der Strommesszange
Einige Bilder des Geräts und von Messungen mit der PC-Software
Smartphone-App:
Die entsprechende Smartphone-App gibt es nur für Android. Über sie ist der gleiche Funktionsumfang wie über die PC-Software möglich. Für die Verbindung zu dem Messgerät gibt es zwei Optionen:
- Serielles Kabel - über den USB-RS232 Konverter in Verbindung mit einem USB-OTG Dongle
- Bluetooth - über den Bluetooth-UART Adapter und ein HC-05 Modul
Icon der Smartphone-App
Screenshot der Smartphone-App