Milliohmmeter für die Praxis

[Uuu B. (hansdampf2)]

Ich stelle hier ein praktisches Milliohmmeter vor. Es wird verwendet für 
die Prüfung von Kontakten in (spannungsfreien) 
Niederspannungsverteilern. Es hat eine Auflösung von 1 mOhm und ist mit 
einer einstellbaren akustischen Signalisation ausgestattet. Die analoge 
Anzeige erlaubt eine schnelle Prüfung, insbesondere der korrekten 
Montage von Phasenschienen.

[Harald W. (wilhelms)]

Uuu B. schrieb:

> Ich stelle hier ein praktisches Milliohmmeter vor. Es wird verwendet für
> die Prüfung von Kontakten in (spannungsfreien) Niederspannungsverteilern.

Ein "vernünftiges" Milliohmmeter sollte m.E. mit Vierpolmessung
arbeiten. Um die Handhabung zu vereinfachen, sollte der Prüfling
mit zwei Zweipolklemmen angeschlossen werden.

[Arno R. (arnor)]

Ich würde eine Schottkydiode über die Eingangsklemmen legen, um den 
Verstärker bei offenen Klemmen nicht so extrem zu übersteuern. Außerdem 
geht der Meßleitungswiderstand als Offset in die Messungen ein, bei so 
niederohmigen Messbereichen macht man 4-Leiter-Messung. Wo in der 
Schaltung ist eigentlich der "Null"-Schalter?

[Christian B. (casandro)]

Ja, 4-Leiterprinzip wäre wichtig, aber das ist ja einfach zu ändern. 
Anstelle von aufwändigen Doppelspitzen kannst Du auch einfach 4 Kontakte 
herausführen. Die mit dem Konstantstrom kann man dann einfach fest 
klemmen, zur Messung nimmst Du einfach 2 Prüfspitzen. Ich würde da auch 
höhere Strombereiche vorschlagen, denn Milliampere ergeben da schnell 
Microvolt... und dann best Du sehr schnell in einem Bereich in dem die 
unterschiedlichen Materialien von Prüfspitze und Prüfling wie eine 
Batterie wirken und Du nur noch Mist misst.

Etwas praxistauglicher wäre es auch, wenn Du das Chopperprinzip nutzen 
würdest, sprich anstelle des Differenzverstärker bei dem Du ja je nach 
Temperatur und Mondphase den Offset ausgleichen musst, schaltest Du 
einfach schnell (z.Bsp. 100Hz-100kHz) einen Analogschalter zwischen 
beiden Potentialen um. Dann hast Du ein Wechselsignal und kannst den 
Offset einfach ignorieren. Am Ende baust Du einfach einen schaltbaren 
Invertierer und bekommst wieder Dein originales Signal.

Aber trotzdem schön, dass Du das hier zeigst.

[Michael B. (laberkopp)]

Hmm, ein 6mV input offset voltage OpAmp soll 1mOhm bei 17.6mA messen 
also 0.0176mV ?

Und das noch über Zuleitungskabel, deren Temperatur alleine um Milliohm 
schwanken lässt.

Dazu ein 9V Block, vom dem 220 Ohm mit 17.6mA = 3.8V, dazu 1.2V an 68 
Ohm, dazu 1.5V drop out am LM317 bei 20mA macht 6.5V abgehen wobei der 
9V Block zum Schluss nur noch 5.4V liefert.

Vergiss es.

https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.13

[Arno R. (arnor)]

Arno R. schrieb:
> Wo in der Schaltung ist eigentlich der "Null"-Schalter?

Ach das rote und schwarze unten links sind wohl die Potiachsen.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Danke allen für die schnelle Rückmeldung und vor allem das 
zielgerichtete Aufzeigen der Schwachstellen der Schaltung. Ich wünsche 
Euch einen guten Rutsch und ein gesundes Neues Jahr!

Christian B. schrieb:
> Ja, 4-Leiterprinzip wäre wichtig

Korrekt, die Messleitungen haben zusammen auch etwa 50-60 mOhm. Da die 
Prüfspitzen aber fest angeschlossen sind und "Null" vor jeder Messaktion 
sowieso kompensiert wird, fällt das nicht so sehr ins Gewicht.

Arno R. schrieb:
> Ich würde eine Schottkydiode über die Eingangsklemmen legen, um den
> Verstärker bei offenen Klemmen nicht so extrem zu übersteuern

kann man machen, richtig. Die Übersteuerung zerstört aber auch nichts.

Christian B. schrieb:
> Etwas praxistauglicher wäre es auch, wenn Du das Chopperprinzip nutzen
> würdest

Da stimme ich zu, die Schaltung ist in dieser Hinsicht noch nicht 
perfekt.

Michael B. schrieb:
> wobei der
> 9V Block zum Schluss nur noch 5.4V liefert

Das fällt beim Justieren vor Beginn der Messung auf. R3 habe ich deshalb 
auf 220 Ohm gesetzt (und damit der große Spannungsabfall), damit im 500 
mOhm Betrieb die Spannung am OPV nicht in den nichtlinearen Bereich 
rutscht. Trotzdem Danke!

[Uuu B. (hansdampf2)]

Michael B. schrieb:
> Und das noch über Zuleitungskabel, deren Temperatur alleine um Milliohm
> schwanken lässt

Spielt in der Praxis aber keine große Rolle: bei einer 
Temperaturerhöhung von 15 auf 25°C erhöht sich der 
Messleitungswiderstand (0,5mm² Cu, 1m) von 34 mOhm auf 35,4 mOhm. Kann 
aber mit 4-Leiterschaltung ausgeglichen werden, korrekt.
Beim praktischen Einsatz sind aber 2 andere Probleme aufgetaucht:
- Die Meßspitzen müssen mit erheblicher Kraft auf die zu prüfenden 
Kontakte gedrückt werden, was bei höheren Prüfströmen eher nicht 
auftritt. Ein Galvanisieren der Prüfspitzen mit Gold hat das Problem 
nicht beseitigt.
- Die Anzeige am Gerät sollte um 45° geneigt sein, um das Ablesen bei 
Messungen auf der Werkbank zu erleichtern, was aber eine andere 
Konstruktion erfordert. Die einfache Handheld-Funktion mit dem Alurohr 
hat sich dagegen bewährt.

Wer die Schaltung nachbauen möchte, hier nochmal die Zusammenfassung der 
empfohlenen Änderungen:
- 4-Leiteranschluss der Prüfspitzen per Zweipolklemmen (Trennung 
Prüfstrom von UDiff-Messung)
- Chopper-OPV einsetzen (welcher??)
- ev. Schottky-Diode über die beiden Eingänge
- wird nur ein Messbereich benötigt (0 … 50 mOhm), so kann R3 von 220 
Ohm auf 68 Ohm reduziert werden - und die 9V Batterie hält ewig ;-)

[Uuu B. (hansdampf2)]

Uuu B. schrieb:
> - ev. Schottky-Diode über die beiden Eingänge

Die Diode ist bei Batteriebetrieb kontrapoduktiv, da dann mit 
Einschalten der Stromversorgung bereits der Meßstrom von 18 mA fließt, 
zuzüglich 5 mA über LED/OPV =23 mA. Ohne Diode sind es nur 5 mA, also 
1/5. Das schont die Batterie. Der Schaltplan passt also.

In der Praxis ist das Kontaktproblem der Meßspitzen die größte 
Herausforderung, 4-Leiter/2-Leiter/Temperatur usw. - alles unwichtig, da 
vor Beginn der Messungen auf "Null" gestellt wird. Die einstellbare 
akustische Signalisation ist goldwert - das Prüfen eines 
Schraubkontaktes an einer Phasenschiene (R < 3 mOhm?) dauert dadurch nur 
noch eine Sekunde.

[Harald W. (wilhelms)]

Uuu B. schrieb:

> 4-Leiter/2-Leiter/Temperatur usw. - alles unwichtig, da
> vor Beginn der Messungen auf "Null" gestellt wird.

Wenn Du meinst...
Ich würde mich da jedenfalls auf ein solches "Schwurbelgerät"
nicht verlassen wollen. Zumal der Anschluss mit Zweifach-
Klemmen ja wirklich nicht aufwändiger ist.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Ja, Du hast doch recht. Die Nachrüstung mit Kelvin-Messspitzen (z.B. 
Fischer KSP-2) sollte auf jeden Fall erfolgen. Ich wollte nur 
daraufhinweisen, dass in der Praxis der Kontaktwiderstand zwischen 
Messspitze und Prüfling die eigentliche Herausforderung ist.

[Harald W. (wilhelms)]

Uuu B. schrieb:

> Ich wollte nur daraufhinweisen, dass in der Praxis der Kontakt
> widerstand zwischen Messspitze und Prüfling die eigentliche
> Herausforderung ist.

Nicht bei der Verwendung von "Zweipol"-Klemmen.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Harald W. schrieb:
> Nicht bei der Verwendung von "Zweipol"-Klemmen.

Bei Messspitzen geht der Kontaktwiderstand in die Messung mit ein, das 
gilt genauso für das 4-Leiter-Messprinzip. Nur das Meßkabel selbst 
(Widerstand und Temperaturabhängigkeit) fallen aus der Messung heraus. 
Bei Kelvinklemmen reduziert sich der Kontaktwiderstand wegen der 
größeren Kontaktoberfläche und die beiden Leitungen haben z.T. eigene 
Kontaktflächen, bei Prüfspitzen gibt es dagegen nur eine Kontaktstelle 
und da hilft eben nur "kräftig" drücken.

[Rainer W. (rawi)]

Uuu B. schrieb:
> Bei Kelvinklemmen reduziert sich der Kontaktwiderstand wegen der
> größeren Kontaktoberfläche und die beiden Leitungen haben z.T. eigene
> Kontaktflächen

Die Wirksamkeit der Kelvin-Kontakte hat mit der Größe der Kontaktflächen 
überhaupt nicht zu tun.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Uuu B. schrieb:
> Die Nachrüstung mit Kelvin-Messspitzen (z.B.
> Fischer KSP-2) sollte auf jeden Fall erfolgen.

Bild und Beschreibung von Fischer sind richtig scheiße, würde ich nicht 
kaufen lassen.

An einem Akkutester gab es Kabel, wo an der Spitze je zwei gefederte 
Kontaktstifte nebeneinander angeordnet waren, also sichtbar zwei 
Signalwege.

Irgendwo habe ich mal einen koaxialen Aufbau gesehen. Stelle Dir ein 
Rohr vor, in dessen Loch isoliert ein gefederter Kontaktstift montiert 
ist, wäre mit etwas Mechanik sogar selbstbaufähig.

Über das Rohr wird Strom gespeist, der Stift in der Mitte greift die 
Spannung ab.

Wenn Deine Stromschienen immer von beiden Seiten zugänglich sind: Es 
gibt eine Art Krokodilklemmen, wo beide Schenkel elektrisch getrennt 
angeschlossen werden. Habe ich an LCR-Meßbrücken von Philips gesehen.

> Ich wollte nur
> daraufhinweisen, dass in der Praxis der Kontaktwiderstand zwischen
> Messspitze und Prüfling die eigentliche Herausforderung ist.

Das wurde schon zu Anfang gesagt, wenn auch mit abweichenden Worten.

Uuu B. schrieb:
> Bei Messspitzen geht der Kontaktwiderstand in die Messung mit ein, das
> gilt genauso für das 4-Leiter-Messprinzip.

Du hast die 4-pol-Messung nicht verstanden. Der eingeprägte Meßstrom muß 
zeitgleich mit der Spannung erfasst werden, dann fallen 
Übergangswiderstände raus.

Für hansdampf heißt das, er muß eine Konstantstromquelle mit ausreichend 
Spannungsreserve bauen, deren tatsächlichen Strom messen und 
gleichzeitig hochohmig die Spannung erfassen.

Ich könnte Dir am Labortisch vormachen, 10mOhm über 5 Meter 0,14qmm und 
(vier) Chinaklemmen zuverlässig zu messen.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Manfred P. schrieb:
> ...er muß eine Konstantstromquelle mit ausreichend
> Spannungsreserve bauen, deren tatsächlichen Strom messen und
> gleichzeitig hochohmig die Spannung erfassen
Genau das geht bei einer an der Spitze einpoligen Messspitze eben nicht. 
Du misst von oben an der (tieferliegenden) Befestigungsschraube des 
Bauteils. Könnte man dort eine Klemme anlegen (zwei Berührungspunkte 
getrennt für Strom und Spannung) gäbe es kein Problem mit dem 
Kontaktwiderstand. Die Idee mit der doppelten gefederten Spitze müßte 
man ausprobieren, halte ich aber aus praktischen Gründen für sehr 
gewagt.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Die "Kugelschreiber" Variante, also der koaxiale Aufbau könnte eher 
klappen. Möglicherweise sowas wie 
[https://warwickts.com/8312/PJP-KITKELVIN-4934HA-Kelvin-Probe-Lead-Set-2m]. 
Hat aber seinen Preis. Gibt es vielleicht einen Bastler, der eine Idee 
für einen preiswerten Nachbau hat? Innen gefederter Edelstahl-Stift, 
außen isoliertes Cu-Rohr?

[Manfred P. (pruckelfred)]

Uuu B. schrieb:
> Die "Kugelschreiber" Variante, also der koaxiale Aufbau könnte eher
> klappen. Möglicherweise sowas wie
> [https://warwickts.com/8312/PJP-KITKELVIN-4934HA-Kelvin-Probe-Lead-Set-2m].

Das Bild kann ich nicht sehen.

> Hat aber seinen Preis. Gibt es vielleicht einen Bastler, der eine Idee
> für einen preiswerten Nachbau hat? Innen gefederter Edelstahl-Stift,
> außen isoliertes Cu-Rohr?

Gefederte Kontaktstifte kann man fertig kaufen. In ein Rohr ein Stück 
Rundmaterial versenkt einzusetzen und einen Stift rein sollte für 
geschickte Bastler machbar sein.

Ich hatte noch die Idee mit zwei Stiften genannt, die im Prinzip auch 
selbstbaufähig wäre, wenn man etwas Kunststoff und eine anständige 
Bohrmaschine hat.

Google Bilder "Kelvin Probe" zeigt ganz viele Dinge!

[Klaus F. (klaus27f)]

Manfred P. schrieb:
> Google Bilder "Kelvin Probe" zeigt ganz viele Dinge!

Diese hier sehen nett aus,
hat schon jemand damit Erfahrungen?

https://www.amazon.de/Chiloskit-Messleitungen-Kelvin-Sondendr%C3%A4hte-Bananenstecker-Banananstecker/dp/B08H1QCL4G

[Michael B. (laberkopp)]

Klaus F. schrieb:
> Diese hier sehen nett aus,
> hat schon jemand damit Erfahrungen?

Ziemlich teuer.

https://de.aliexpress.com/item/1005005933648056.html

https://de.aliexpress.com/item/1005006259786570.html

[Uuu B. (hansdampf2)]

Bei Aliexpress gibt es auch die koaxiale Variante:
https://de.aliexpress.com/item/1005001492045292.html
Bestelle ich jetzt, mal sehen ob das klappt. Problem ist dann die 
Justierung auf "Max", da es keine passende Buchse gibt. Der 
Testwiderstand muss dann wie die Testplatte frei zugänglich sein.

[Uuu B. (hansdampf2)]

So, die 4-Leiter Messspitzen (YR1030) sind schnell geliefert worden, 
danke Aliexpress! Für die 4-Leiter Technik mußte die Schaltung 
allerdings modifiziert werden. Die obige Schaltung berücksichtigt nun, 
dass erst der Strom fließt, dann die Differenzspannung gemessen und bei 
ungenügendem Kontakt keine falsche Anzeige erfolgt. Zur Kalibrierung 
wurden die Buchsen mit flach gepresstem 4mm² Cu-Stegen ergänzt. Wie 
erwartet, ist der Anpressdruck wesentlich geringer - die Waage zeigt 
150g beim Einfedern des Innenleiters der Meßspitze gegenüber 5kg bei der 
2-Leiter Messung (bei korrekter Anzeige). Dafür benötigt man in der 
Praxis etwas Fingerspitzengefühl um an tiefliegenden Schrauben zu 
messen. Zusätzlich ist zudem an den Meßspitzen Kunststoff abzufräsen - 
so dass der Außenleiter anstelle von 7mm etwa 12mm freiliegt. Da in der 
praktischen Anwendung vor Beginn jeweils kalibriert wird, ist die 
4-Leiter-Technik nicht so gravierend besser. Für mich ist es eine 
interessante Erfahrung, nutzen tut es aber ein befreundeter Elektriker 
-und der hat sich schnell eingefuchst. Seine Forderung war das Prüfen 
auf einen Widerstand von kleiner 3 mOhm.
Noch was zur Batterie: bei einer Spannung <6V funktioniert der Summer 
nicht mehr, während die Messungen noch korrekt erfolgen. Ein 
Batteriewechsel erfolgt also sicher rechtzeitig.

Vorteil 4-Leiter Schaltung:
- geringerer Anpressdruck

Vorteil 2-Leiter Schaltung:
- robuster in der Handhabung

[Uuu B. (hansdampf2)]

habe ich wohl die Bilder vergessen...

[Manfred P. (pruckelfred)]

Uuu B. schrieb:
> Zur Kalibrierung
> wurden die Buchsen mit flach gepresstem 4mm² Cu-Stegen ergänzt. Wie
> erwartet, ist der Anpressdruck wesentlich geringer

Wenn Du vor / zwischen den Messungen kalibrieren musst, taugt die 
Schaltung nichts.

> 150g beim Einfedern des Innenleiters der Meßspitze

Es sollte klar sein, dass der Prüfstrom über den äußeren Kontakt geführt 
wird und der leichtgängigere Innenstift für die hochohmige 
Spannungsmessung verwendet wird. Das sieht in Deiner Bastelei 
andersherum aus.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Manfred P. schrieb:
> Es sollte klar sein, dass der Prüfstrom über den äußeren Kontakt geführt
> wird und der leichtgängigere Innenstift für die hochohmige
> Spannungsmessung verwendet wird.

Nein, im Gegenteil. Wenn die beiden mittleren Kontakte für die 
Spannungsmessung verwendet werden und natürlich zuerst die Meßstellen 
berühren, zeigt das Gerät bereits "0" an, wenn dann die äußeren Kontakte 
irgendwann den Strom einspeisen, ist es schwierig zu messen, da dann die 
Anzeige nur noch zwischen 0 und dem Messwert pendelt und der Summer 
dabei auch ständig aktiv ist. Siehe Überschrift "für die Praxis". 
Inwieweit man die Messung bei 47k als hochohmig bezeichnen kann, ist 
auch relativ. Die Praxis ist der Prüfstein der Theorie, nicht umgekehrt.

Kalibriert wird nur einmalig vor Beginn der Arbeit, so wie mit jedem 
Ohmmeter mit Nullpunkt-Regler.

Manfred P. schrieb:
> in Deiner Bastelei...
Danke für die Anerkennung meiner handwerklichen Tätigkeit! ;-)

[Rainer W. (rawi)]

Uuu B. schrieb:
> Vorteil 2-Leiter Schaltung:
> robuster in der Handhabung

Da würde ich einen korrekten Messwert gegenüber einer robusten 
Handhabung eindeutig als wichtiger bewerten.
Wer weiß, was sich im Lauf der Zeit für Schmodder auf den Kontakten 
ansammelt, so dass der Anpressdruck kein vernünftiges Maß mehr für den 
Übergangswiderstand ist.

[Mi N. (msx)]

Rainer W. schrieb:
> Uuu B. schrieb:
>> Vorteil 2-Leiter Schaltung:
>> robuster in der Handhabung
>
> Da würde ich einen korrekten Messwert gegenüber einer robusten
> Handhabung eindeutig als wichtiger bewerten.
> Wer weiß, was sich im Lauf der Zeit für Schmodder auf den Kontakten
> ansammelt, so dass der Anpressdruck kein vernünftiges Maß mehr für den
> Übergangswiderstand ist.

Da hier kein Messautomat für die Relaisfertigung gezeigt werden soll, 
finde ich viele Einwände zu spitzfindig. Bei der manuellen Kontrolle von 
Kontakten wird ja das Minimum gesucht. Dazu muß man dann einfach einmal 
fester anpressen, bis der kleinste Wert gefunden wird.
Bei schlechter Messung wird ein zu großer Wert angezeigt und damit der 
Prüfling eher verworfen als weiterhin verwendet. Das ist nicht optimal 
aber auch nicht schädlich.

Einziger Kritikpunkt daher, daß der Eingangsoffset ohne Abgleich sehr 
klein und stabil sein muß. Auf keinen Fall darf er negativ werden und 
damit einen zu kleinen Messwert vortäuschen. Aber auch das kann man 
kontrollieren, wenn man die Prüfspitzen vor und nach der Messung 
kurzschließt. Für gelegentliche Messungen ist das doch kein Problem.

Einzig die 9 V Batterie finde ich blöd. Eine ausgediente LiIon-Zelle 
hätte hier noch eine sinnvolle Aufgabe. Dann könnte man auch die 
Messspannung per Diode verkleinern und bestückte Leiterplatten auf 
Leiterbahnschluss testen, ohne verbaute Halbleiter zu gefährden.

[HaJo (hajohausb)]

Gab es einen besonderen Grund für den LMC662? Ich sehe auf deiner 
Platine daß die Fassung nicht voll bestückt ist und da vorher vielleicht 
was anderes steckte.

[Uuu B. (hansdampf2)]

Die Platine war uralt und mal für was anderes im Einsatz. Ursprünglich 
war die Idee, bis zu 4 OPVs für das Milliohmmeter zu nutzen, also 2 ICs 
(die Sache mit dem steuernden Mosfet), die Schaltung konnte aber 
drastisch reduziert werden. Den LMC662 habe ich wegen "Low Offset 
Voltage Drift" ausgewählt, die Drift ist tatsächlich sehr klein, ein 
Abgleich somit selten notwendig.

[HaJo (hajohausb)]

Ah, okay. Danke!
LM358 hat auch nur 3mV Input-Offset, und davon liegen welche etwa 3m 
hinter mir. Dann mache ich mich mal an eine Platine. Platz für ne 
Fassung lasse ich aber, man weiß ja nie…

[Uuu B. (hansdampf2)]

Na dann, viel Spass!