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.
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.
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?
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.
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.
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!
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.
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!
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 ;-)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
...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.
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?
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!
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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…
Schaltung.png
(17 KB)
Bild1.jpg
(190 KB)
Bild2.jpg
(200 KB)
Bild3.jpg
(220 KB)
