Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Verständnisfragen zu Genauigkeitsangaben/Kalibrierung


von Florian (flo-b)


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Hallo,

ich möchte ein Netzgerät kalibrieren (R&S NGPT), die Anforderungen sind 
0.005% Genauigkeit für die Strommessung. Es müssen bis zu 5A gemessen 
werden.

Jetzt habe ich mir zB. ein Keithley DMM7510 angesehen, das müsste es 
doch können! DC AMPS basic accuracy 0.006%, das geht schon gerade noch, 
dachte ich mir.
Aber so einfach ist es wohl nicht.
Die 10A range hat schon mal nur 700 + 275 ppm 24 Hour Accuracy. Und 2 
Year sind es 2000 + 275 ppm.
Dieses sauteure Teil hat also eine 10A DC Genauigkeit 24 Stunden nach 
Kalibrierung schlechter als 0.07%, und nach 2 Jahren von nur 0.2%? Oder 
verstehe ich da was falsch?
Ich denke mal das Gerät hat seine Stärken eher im Messen deutlich 
geringerer Ströme.

Habt ihr einen Tipp, wie ich die Anforderungen dennoch erfüllen könnte? 
Einen Kalibrator für Privatgebrauch ist natürlich völlig unsinnig, und 
dieses alte Netzteil kalibriert mir doch niemand mehr.

Noch ein paar allgemeine Verständnisfragen:

1) Ein Kalibrierlabor ermittelt das Datum der letzten Kalibrierung, und 
wenn es zB. 1 Jahr her ist muss das Gerät innerhalb der 1 Year Accuracy 
liegen. Stimmt das so? Was, wenn es kein vorheriges Kalibrierdatum gibt?

2) Eine Justage wird immer so durchgeführt, dass das Gerät zum Zeitpunkt 
der Durchführung innerhalb der 24 Hour Accuracy liegt, richtig?

3) Wenn ein Gerät schon einige Jahre alt ist und auch benutzt wurde, 
kann man dann davon ausgehen, dass die Genauigkeitsabweichungen (drift) 
von 24 Hour -> 1 Year -> 2 Year in kleineren Schritten stattfinden als 
im Datenblatt angegeben?

Vielen Dank und Grüße!

: Verschoben durch Moderator
von Armin X. (werweiswas)


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Florian B. schrieb:
> ich möchte ein Netzgerät kalibrieren (R&S NGPT), die Anforderungen sind
> 0.005% Genauigkeit für die Strommessung. Es müssen bis zu 5A gemessen
> werden.

Auf dem Boden der Tatsachen... ;-)

Hi
Welche Wiederholgenauigkeit soll das Netzteil denn am Ende haben?
Ja, zum Kalibrieren sollte eine um eine Dekade bessere Referenz 
herangezogen werden aber mit zunehmender Präzision wird das immer 
schwieriger.

Florian B. schrieb:
> 3) Wenn ein Gerät schon einige Jahre alt ist und auch benutzt wurde,
> kann man dann davon ausgehen, dass die Genauigkeitsabweichungen (drift)
> von 24 Hour -> 1 Year -> 2 Year in kleineren Schritten stattfinden als
> im Datenblatt angegeben?

..stattgefunden haben können. Das ist der Worst Case den das Gerät nach 
einem Jahr noch mindestens einhält. Genausogut kann das im Moment des 
Messens auch genau Null sein. (die Hoffnung...)

von Peter D. (peda)


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Florian B. schrieb:
> ich möchte ein Netzgerät kalibrieren (R&S NGPT), die Anforderungen sind
> 0.005% Genauigkeit für die Strommessung.

Warum sollte man sowas verrücktes tun?
Die Strommessung bei einem Netzgerät dient doch nur dazu, bei Überlast 
in den Konstantstrommodus zu wechseln. Eine Genauigkeit von 1% ist dazu 
mehr als ausreichend. Typisch sind selbst 10% Fehler kein Problem.

Beitrag #7507616 wurde vom Autor gelöscht.
von Dieter W. (dds5)


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Die Auflösung der Strommessung ist 0,01%, wie soll da die Genauigkeit 
0,005% sein?

von Florian (flo-b)


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Das Problembild ist, dass die Anzeigen für CV/CC im Leerlauf 
herumflackern. Wenn das Gerät warmgelaufen ist, hört das fast 
vollständig, aber nicht ganz auf (bei Kanal 1 & 2 leuchtet dann die CV 
Led bei eingeschaltetem Ausgang teilweise nicht, abhängig von der 
eingestellten Ausgangsspannung).
Deshalb vermute ich, dass eine Kalibrierung helfen könnnte.

Das Gerät ist new old stock, sollte also nicht Beschädigt sein.

Ich habe das Datenblatt leider erst nächste Woche wieder zur Hand, aber 
was ich momentan finden kann:

Ausgänge:
1. 0-7V, 0-5A, Auflösung 0,5 mV/ 0,5mA
2. 0-7V, 0-5A, Auflösung 0,5 mV/ 0,5mA
3. 0-18V, 0-2A, Auflösung 2 mV/ 0,2mA
Regelgenauigkeit in allen Bereichen besser wie 0,01 / 0,02%.

Armin X. schrieb:
> Welche Wiederholgenauigkeit soll das Netzteil denn am Ende haben?

Das weiß ich leider auch nicht.

Dieter W. schrieb:
> Die Auflösung der Strommessung ist 0,01%, wie soll da die
> Genauigkeit
> 0,005% sein?

Die 0.005% sind Kalibrieranforderung laut Handbuch.

Peter D. schrieb:
> Warum sollte man sowas verrücktes tun?
> Die Strommessung bei einem Netzgerät dient doch nur dazu, bei Überlast
> in den Konstantstrommodus zu wechseln. Eine Genauigkeit von 1% ist dazu
> mehr als ausreichend. Typisch sind selbst 10% Fehler kein Problem.

Das Gerät hat aber schon eine ganz gute Genauigkeit und zeigt den Strom 
auch am Display an. Da möchte ich nicht 10% Abweichung sehen, wenn das 
Gerät es viel besser kann.

von Florian (flo-b)


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Ich habe nun die Kalibrieranleitung angehängt.
Das scheinen doch schon sehr hohe Genauigkeitsanforderungen zu sein.

Ich besorge mir gerade einen Prologix GPIB-ETHERNET Adapter, aber beim 
Messgerät bin ich mir noch nicht sicher.
Ich möchte die Fehler loswerden, dass nämlich die CV/CC LEDs 
herumflackern.

von Manfred P. (pruckelfred)


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Florian B. schrieb:
> Ich möchte die Fehler loswerden, dass nämlich die CV/CC LEDs
> herumflackern.

Dann pfusche nicht an der Kalibrierung herum, sondern suche den Fehler, 
das defekte Bauteil.

von A. F. (chefdesigner)


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Dieter W. schrieb:
> Die Auflösung der Strommessung ist 0,01%, wie soll da die Genauigkeit
> 0,005% sein?

Das wird er über einen 4-Leiter-Vergleich und normierter Spannungsquelle 
ausgleichen können/dürfen/müssen.

von Florian (flo-b)


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Habe noch das Datenblatt angehängt. Mein Gerät hat allerdings 7V/5A auf 
Kanal A+B und 18V/2A auf Kanal C.

Manfred P. schrieb:
> Dann pfusche nicht an der Kalibrierung herum, sondern suche den Fehler,
> das defekte Bauteil.

Gepfuscht wird nix, zumal sich die Kalibrierdaten einfach sichern und 
wiederherstellen lassen.

Dass ein Fehler vorliegt, halte ich für unwahrscheinlich, da es sich um 
ein NOS Gerät handelt (unbenutzte Lagerware), was man beim Kauf auch 
ganz klar sehen konnte (Originalkarton, Gerät komplett unversehrt).

Dass dieses Flackern beim Aufwärmen des Geräts verschwindet, deutet für 
mich auf die Kalibrierung hin.

von Frank D. (Firma: Spezialeinheit) (feuerstein7)


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Pfft, hier geht einiges durcheinander.
Kalibrieren ist nur die Dokumentation des ist-Zustandes.

Die Ergebnisse können (aber müssen nicht) bestätigen, dass die 
Herstellerangaben erfüllt werden.
Justieren ist ein Extra, Kalibrierlabore bieten eine Justage an wenn die 
Spezifikationen nicht eingehalten werden und eine Justage möglich ist. 
Kostet aber auch extra.
Die Zeitangaben sagen aus wie lange der Kalibriergegenstand die Werte 
die bei der Kalibrierung festgestellt werden erfüllen bevor eine Drifft 
eintritt. Beduetet:
die Kalibrierung hat eine Gültigkeit von 24h; 1/2Jahr oder 1Jahr.

von Manfred P. (pruckelfred)


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Frank D. schrieb:
> Kalibrieren ist nur die Dokumentation des ist-Zustandes.
> ...
> Justieren ist ein Extra,

Niemand braucht diese Klugscheißerei

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Florian B. schrieb:
> Das Gerät ist new old stock
Wie "old" ist es? Wie sachgerecht wurde es gelagert? Wie gut vor 
Feuchtigkeit geschützt?

Florian B. schrieb:
> Eine Justage wird immer so durchgeführt, dass das Gerät zum Zeitpunkt
> der Durchführung innerhalb der 24 Hour Accuracy liegt, richtig?
Eine Kalibrierung wird so durchgeführt, dass zum Zeitpiunkt der 
Kalibrierung der minimale Fehler erreicht wird, die Abweichung also 
idealerweise 0 ist. 24h später darf der angezeigte Wert dann beim 
angegebenen Temperaturrahmen bis zur angegebenen Toleranz abweichen.

Florian B. schrieb:
> Dass dieses Flackern beim Aufwärmen des Geräts verschwindet, deutet für
> mich auf die Kalibrierung hin.
Was macht denn die Stromanzeige während dieser Zeit?

Florian B. schrieb:
> die Anforderungen sind 0.005% Genauigkeit für die Strommessung.
Und wie versprichst du dir positive Effekte auf die CV/CC Umschaltung, 
nur weil du an der Strommessanzeige herumkurbelst?

von Brüno (dominic_m833)


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Frank D. schrieb:
> Pfft, hier geht einiges durcheinander.

Stimmt, bei dir..

"Nach der Definition des VIM von JCGM 2008[1] gehört zur Kalibrierung 
ein zweiter Schritt, nämlich die Berücksichtigung der ermittelten 
Abweichung bei der anschließenden Benutzung des Messgerätes zur 
Korrektur der abgelesenen Werte." 
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kalibrierung

Jede mir bekannte Kalibrierroutine beinhaltet dementsprechend z.B. 
Korrekturwerte anzupassen damit die angezeigten Werte wieder passen.

von Harald W. (wilhelms)


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Florian B. schrieb:

> ich möchte ein Netzgerät kalibrieren (R&S NGPT), die Anforderungen sind
> 0.005% Genauigkeit für die Strommessung. Es müssen bis zu 5A gemessen
> werden.

Nunja, Das ist schon eine recht hohe Genauigkeitsanforderung.
Entsprechende Meßgeräte gibt es; deren Preise sind dann aber
meist vierstellig.

von Rolf (rolf22)


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Brüno schrieb:
> "Nach der Definition des VIM von JCGM 2008[1] gehört zur Kalibrierung
> ein zweiter Schritt, nämlich die Berücksichtigung der ermittelten
> Abweichung bei der anschließenden Benutzung des Messgerätes zur
> Korrektur der abgelesenen Werte."
> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kalibrierung

Wo genau steht das bzw. wie lautet der Originaltext? Der Link ist tot.
Der obige Text ist jedenfalls unscharfes Geschwurbel.

Außerdem: In der WP steht unmittelbar hinter dem von dir zitierten Satz, 
was das DIN unter Kalibrierung und Justage versteht, und das ist genau 
das, was Frank D. gesagt hat. Und es widerspricht dem, was der WP-Autor 
angibt, ohne den Original-Wortlaut zu zitieren. :-(

von Dieter W. (dds5)


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Die hier geforderten 50ppm Genauigkeit für die 5A liegen nur knapp über 
der Messunsicherheit eines Kalibrierlabors.
Das ist für ein Netzteil mit Kanonen auf Spatzen geschossen.

von Wolf17 (wolf17)


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Dieter W. schrieb:
> geforderten 50ppm Genauigkeit...mit Kanonen auf Spatzen geschossen.
Zumal sich das Netzteil selber einen TK bis 100ppm/K erlaubt!
Da wäre darüber nachzudenken, wie stark es sich selber bei Belastung 
erwärmt.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Florian B. schrieb:
> Das Problembild ist, dass die Anzeigen für CV/CC im Leerlauf
> herumflackern.

Das ist vollkommen normal und hängt nicht von der Kalibration ab.
Ich kenne kein analoges Netzgerät, wo das nicht so ist. Ohne Last ist 
eben schlecht Strom regeln. Dreh das Strompoti etwas auf, bis die CC-LED 
erlischt.
Aber auch mit Last können im Umschaltpunkt zwischen den beiden 
Regelarten beide LED leuchten oder flackern.

von Brüno (dominic_m833)


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Rolf schrieb:
> Außerdem: In der WP steht unmittelbar hinter dem von dir zitierten Satz,
> was das DIN unter Kalibrierung und Justage versteht, und das ist genau
> das, was Frank D. gesagt hat.

Nö, Kalibrieren und simple Korrekturwerte für die Anzeige in Software 
anpassen oä. (Kalibrierung, wird oft sogar automatisiert vom Gerät 
durchgeführt) ist etwas anderes als Trimmer im Gerät verstellen oä. bis 
hoffentlich irgendwann alles passt (Justage).

von Mobile (mobileteser)


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Wenn Du Ströme kurvenunabhängig halbwegs genau messen willst, nimm den 
hier:
https://www.lem.com/en/product-list/lf-210ssp3
Wenn es genauer werden soll, dann den:
https://danisense.com/wp-content/uploads/DT50ID.pdf

von Florian (flo-b)


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Lothar M. schrieb:
> Wie "old" ist es? Wie sachgerecht wurde es gelagert? Wie gut vor
> Feuchtigkeit geschützt?
Es war angeblich ein "Bereitschaftsgerät", also beim Hersteller 
gelagert. Zweite Hand dann ein Händler, dessen Räumlichkeiten ich 
durchaus als "gute Lagerung" bezeichnen würde.

Lothar M. schrieb:
> Was macht denn die Stromanzeige während dieser Zeit?
Muss ich mir nochmals ansehen, soweit ich mich erinnern kann fluktuiert 
diese ein wenig.

Lothar M. schrieb:
> Und wie versprichst du dir positive Effekte auf die CV/CC Umschaltung,
> nur weil du an der Strommessanzeige herumkurbelst?
Eben nicht nur Stromanzeige, ich vermute dass das Zusammenspiel der 
Schaltkreise gestört ist, da die Kalibrierdaten nicht (mehr) stimmen.
Die Kalibrierung bei diesem Gerät ist quasi das Setzen von Soll+Ist für 
Spannung+Strom.

Dieter W. schrieb:
> Die hier geforderten 50ppm Genauigkeit für die 5A liegen nur knapp über
> der Messunsicherheit eines Kalibrierlabors.
> Das ist für ein Netzteil mit Kanonen auf Spatzen geschossen.
Ich möchte aber das Maximum aus diesem Netzteil herausholen.

Wolf17 schrieb:
> Zumal sich das Netzteil selber einen TK bis 100ppm/K erlaubt!
> Da wäre darüber nachzudenken, wie stark es sich selber bei Belastung
> erwärmt.
Es erwärmt sich schon ohne Belastung ziemlich (was ja gut für die 
Stabilität ist), aber das müsste ich noch testen.

Peter D. schrieb:
> Das ist vollkommen normal und hängt nicht von der Kalibration ab.
> Ich kenne kein analoges Netzgerät, wo das nicht so ist. Ohne Last ist
> eben schlecht Strom regeln. Dreh das Strompoti etwas auf, bis die CC-LED
> erlischt.
> Aber auch mit Last können im Umschaltpunkt zwischen den beiden
> Regelarten beide LED leuchten oder flackern.
Ich werde das Gerät bald nochmals genauer testen und die Fehler genau 
beschreiben.

Mobile schrieb:
> Wenn Du Ströme kurvenunabhängig halbwegs genau messen willst, nimm den
> hier:
> https://www.lem.com/en/product-list/lf-210ssp3
> Wenn es genauer werden soll, dann den:
> https://danisense.com/wp-content/uploads/DT50ID.pdf
Das ist natürlich eine gute Idee, wusste gar nicht dass die so präzise 
(und teuer!) sein können.
Dazu habe ich mir mal ein paar Gedanken gemacht:


KALIBRIERANFORDERUNG:

0.005% vom "Messbereichsendwert", vermutlich des jeweiligen Kanals
2A Kanal: 0.00005 * 2 = 0.0001 = max. 100uA Messfehler
5A Kanal: max. 250uA Messfehler


EINSTELLUNGSBEREICHE:

2A Kanal:
ZERO-Stellung: 0 - 20uA
HIGH-Stellung: 1.99990 - 2.00010A

5A Kanal:
ZERO-Stellung: 0 - 50uA
HIGH-Stellung: 4.99975 - 5.00025A


STROMWANDLER DT50ID:

Offset current: 130ppm
0.00013 * 50A nominal = 0.0065, / 500 ratio = 0.000013 = max. 13uA 
Offset auf Sekundärseite
Accuracy reading + full: 0.00015% + 0.00001%
0.0000015 * 2 + 0.0000001 * 50 = 0.000008 = 8uA Messfehler
0.0000015 * 5 + 0.0000001 * 50 = 0.0000125 = 12.5uA Messfehler
Messfehler gesamt:
2A Kanal: 13 + 8 = 21uA
5A Kanal: 13 + 12.5 = 25.5uA


MULTIMETER DMM7510:

Reading:
2A Kanal: 2 / 500 = 0.004A
5A Kanal: 5 / 500 = 0.01A
Accuracy 10mA, 90d, reading + range: 75ppm + 12ppm
2A Kanal: 0.000075 * 0.004 + 0.000012 * 0.01 = 0.00000042 = 0.42uA 
Messfehler
5A Kanal: 0.000075 * 0.01 + 0.000012 * 0.01 = 0.00000087 = 0.87uA 
Messfehler


MESSFEHLER SENSOR + MULTIMETER:

2A Kanal: 21 + 0.42 = 21.42uA
5A Kanal: 25.5 + 0.87 = 26.37uA


Mit dem Stromwandler und Multimeter komme ich also auf einen totalen 
Messfehler von 21.42uA bzw. 26.37uA, bei erlaubten 100uA bzw. 250uA.
Das ist doch schon mal sehr gut, falls ich mich nicht verrechnet oder 
etwas übersehen habe.

Ich könnte noch den Sensor-Offset herausrechnen. Ich vermute mal, dass 
dieser statisch ist. Dazu würde ich eine stabile Konstantstromquelle 
durch den Sensor jagen und diesen messen, dann den Konstantstrom direkt 
messen und vergleichen.

von Wolf17 (wolf17)


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Florian B. schrieb:
> Es erwärmt sich schon ohne Belastung ziemlich (was ja gut für die
> Stabilität ist)

Nein, für hohe Stabilität möchte man keine Erwärmung haben. Eine 
gegenüber der Kalibrierung veränderte Aufstellung, ein leichter Luftzug 
durch geöffnete Tür, ein danaben eingeschaltetes Gerät, ein 
hochdrehender PC-Lüfter in der Nähe... bringen schnell 5K 
Innentemperaturänderung. Der TK100 führt dann die 0,005% Forderung ad 
absurdum.

von Florian (flo-b)


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Ich habe nun testweise den ersten Kanal laut Anleitung kalibriert (noch 
ohne Stromwandler) und siehe da, die "Fehler" sind verschwunden!
Vor der Kalibrierung/Justage haben die Messfelder im Leerlauf bis zu 
10-20 mV/mA anzeigt und die CV/CC LEDs flackerten, nun sind es 0.0000 
und die LEDs zeigen alles sauber an.

Lothar M. schrieb:
> Eine Kalibrierung wird so durchgeführt, dass zum Zeitpiunkt der
> Kalibrierung der minimale Fehler erreicht wird, die Abweichung also
> idealerweise 0 ist. 24h später darf der angezeigte Wert dann beim
> angegebenen Temperaturrahmen bis zur angegebenen Toleranz abweichen.

Im Keithley DMM7510 calibration manual steht, soweit ich es richtig 
verstehe, dass die Kalibrierung innerhalb der 1 Jahr-spec liegen muss, 
ansonsten ist Justage nötig.
Wenn ich das Gerät also einschicke und nicht justiert wird, wird das 
Gerät wohl nicht in der 24h-spec liegen?

Auszug:

*Section 2: Performance verification*


*Calibration verification limits:*

The calibration verification limits stated in this section have been 
calculated using only the DMM7510 one-year accuracy specifications, ... 
They do not include test equipment uncertainty.


*Example reading limit calculation:*

Assume you are testing the 10 VDC range using a 10 V input value.
Using the DMM7510 one-year accuracy specification for 10 VDC of ± (14 
ppm of reading + 1.2 ppm of range), the calculated limits are:
Reading limits = 10 V ± [(10 V × 14 ppm) + (10 V × 1.2 ppm)]
Reading limits = 10 V ± (0.00014 + 0.000012) V
Reading limits = 10 V ± 0.000152 V
Reading limits = 9.999848 V to 10.000152 V


*Performing the verification test procedures:*

...
If the DMM7510 is not within specifications and is not under warranty, 
see the adjustment procedures in Adjustment (on page 3-1) for 
information about adjusting the instrument.


*Section 3: Adjustment*


Introduction:

DMM7510 performance is specified for a period of 90 days, 1 year, or 2 
years from adjustment.
Adjustment should be performed at one of these intervals, depending on 
your specification
requirements.

von Armin X. (werweiswas)


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Manfred P. schrieb:
> Florian B. schrieb:
>> Ich möchte die Fehler loswerden, dass nämlich die CV/CC LEDs
>> herumflackern.
>
> Dann pfusche nicht an der Kalibrierung herum, sondern suche den Fehler,
> das defekte Bauteil.

Vielleicht sollte man auch die angeschlossene Anwendung infrage stellen.
Die Trennschärfedes überganges von Spannungs- zu Stromregelung scheint 
ja sehr scharf zu sein. An diesem Übergang sollte man aber auch keine 
Anwendung betreiben.

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