Hallo, ich würde mir gern ein paar Strommesswiderstände zulegen und möchte diese möglichst genau vermessen. Ich habe bereits einen 100 Ohm Vishay Widerstand (Z201) mit 0,005% (50ppm) Toleranz und sehr geringem TK. Das ist wohl das genaueste was ich habe. Zudem habe ich noch ein unkalibriertes (aber glaubwürdiges) HP 3456 6,5 Stellen Multimeter. Meine Frage ist nun wie man am schlausten die Shunts gegen den Vishay Widerstand vermisst. Mein Ansatz wäre eine möglichst stabile Spannung (oder einen Strom) an den Vishay Widerstand und den zu untersuchenden Widerstand zu legen. Beide in Reihe geschaltet. Nun vergleiche ich die Spannungen über den Widerständen mit dem 3456A. Dabei sollte ein Gain Fehler des Multimeters rausfallen, weil es ja nur um das Verhältnis geht. Und Offsets sollte es durch "Auto-Zero" ja eigentlich nicht geben. Das heißt ich erwarte als Fehler nur Linearitätsfehler des Multimeters und die sollten sehr klein sein. (Durch die Ratio Funktion kann ich ja direkt das Verhältnis ausgeben lassen, ohne umstöpseln zu müssen) Also würde ich im ersten Schritt zB die 100 Ohm auf einen 10 Ohm Widerstand "transferieren" dann die gemessenen 10 Ohm auf 1 Ohm übertragen und schließlich auf meinen 0,1 Ohm Shunt. Ist das eine sinnvolle Vorgehensweise? Oder wie macht man so etwas in der Praxis (Metrologie). Es geht hier weniger um ganz pragmatische Widerstandsmessung als darum es so genau wie möglich mit den gegebenen Mitteln hinzubekommen und das möglichst nachweislich.
Üblicherweise vergleicht man den Kalibriergegenstand mit einem dekadischen Normal in der gleichen Größenordnung bei einem Konstantstrom angemessener Größe. Idealerweise mit dem Strom, der später gemessen werden soll. Damit ist die oft nicht vernachlässigbare Stromabhängigkeit des Kalibriergegenstands berücksichtigt. Ein zehn-zu-eins Transfer ist im niederohmigen Bereich daher problematisch. Die Vishays sind zwar eng toleriert und haben einen prima TK, aber eine gewisse Langzeitdrift und taugen nur bedingt als Normal. Besser in steigender Qualität und steigendem Preis: burster 1240, Fluke und Tinsley. Erstere wären für den Hausgebrauch mehr als ausreichend.
Shelf Life verspricht Vishay immerhin 25ppm pro Jahr nicht zu überschreiten. Und der Vishay Mensch meinte bei unter 10% der maximalen Leistung kann man wohl von Shel Life reden. Aber mein "Normal" soll gar nicht der Aufhänger werden. Vielleicht kommt da noch mal was besseres. Ist dieses dekadische Normal dann so aufgebaut, dass es zB aus 10 Stück 10 Ohm besteht und ich dann die Reihenschaltung gegen mein Normal vergleiche und für 10 Ohm dann nur ein der 10 Widerstände nehme? Wie garantiere ich dann, dass die 10 genau gleich groß sind? Oder habe ich nur nicht verstanden, was ein dekadisches Normal ist?
Sorry für die missverständliche Ausdrucksweise. Wir haben einzelne Normalwiderstände in dekadischer Stufung in Gebrauch. Was der Vishay Verkäufer verspricht ist eine Sache. Falls du den Widerstand nicht einlötest, mag es sogar stimmen. Aber ohne Vierleiteranschluß und ein stabiles Gehäuse wird das nix. Mit Z201 wird das dann aber nix.
Das heißt Du würdest dann direkt ein 10 Ohm Normal aus der Schublade nehmen und es gegen 10 Ohm vergleichen? Das habe ich nun leider nicht. Tja, wohl doch nicht so einfach wie ich dachte :). Ich dachte bei einem 6,5 stelligen Voltmeter sollte so ein Transfer von 1:10 schon mit 50ppm machbar sein. Bisher greife ich die Spannung am Z201 mit zwei Klemmen etwa in der Höhe ab in der das Lot sitzen würde und den Strom schicke ich von "weiter aussen" hinein. 50ppm bei 100 Ohm sind ja aber immerhin noch 5mR. Da sollten einige mm mehr oder weniger Anschlussdraht nicht viel machen. Alles was kleiner ist muss dann natürlich als echter Vierleiter-Widerstand ausgeführt sein.
Das DVM und eine anständige Stromquelle sind unabdingbare Voraussetzungen. Die dekadischen Normalwiderstände sind fast mit Gold aufzuwiegen. Wir arbeiten in Vierleiteranschluß Technik von 100 Mikroohm bis 100 kOhm. 50 pm erfordern Thermospannungskorrektur und vernünftige klimatische Bedingungen. Und jetzt zum Trost: Die meisten 6,5 stelligen Ohmmeter messen passabel Widerstände. Nur für kleiner 1 Ohm wird es schwierig.
Zur Thermospannung habe ich an ein HP 3488 mit MUX oder Matrix gedacht. Dazu noch ein Relais (auch im 3488) um die Strom bzw Spannungsquelle abschalten zu können. So könnte ich die Thermospannung immer kurz vorher messen und dann abziehen. So wie es das 3456A bei Offset Compensation auch macht. Die Stromquelle braucht auch nur während einer Messung stabil zu sein. Diese Normalwiderstände sind ja bestimmt alle einzeln kalibriert, aber wie wird das gemacht? Das wird ja sicher auch transferiert oder nicht? Werden die einfach an ein HP 3458A oder Fluke 8508A gehängt zum Kalibrieren? Also soll am Ende tatsächlich die beste Lösung sein, dass ich meinen Vishay Widerstand benutze um den 100R Bereich des 3456A zu justieren und dann damit messe?
Und jetzt kommt noch noch ein Mux mit unbekannten Eigenschaften ins Spiel.....Zur Thermospannungsbestimmung ist es nicht unbedingt von Vorteil, den Strom abzuschalten, weil dann die Stromquelle den Arbeitspunkt verliert, Umpolen wäre eine bessere Methode. Unsere Normalwiderstände werden von der PTB kalibriert. Wie die das machen, kannst du dort erfragen. Jedenfalls anständig, aufwendig und nicht für lau. Hast du für den Vishay Widerstand einen DAkkS oder DKD Kalibrierschein? Nein? Dann vergiss das ganz schnell. Lass lieber das Multimeter justieren und dann kalibrieren. Das ist zwar zunächst teuer, aber unterm Strich billiger und besser und du hast mehr davon.
Statt den Kreis zu öffnen könnte man die Stromquelle ja auch kurzschließen, aber klar umpolen ist noch besser. Ich hätte die Möglichkeit den Widerstand ab und zu an kalibrierten Geräten (3458A) zu vermessen mehr nicht. Aber ich brauche es ja auch nicht wirklich. Mir geht es mehr darum was man so zuhause an Präzision erreichen kann. Wenn man sich mal überlegt was die Prüfleitungen mit den ganzen Steckern so an Widerstand haben können, dann kann man auch nachvollziehen, warum man bis 100k Vierleiter verwendet :). Zumindest wenn es in den ppm Bereich geht. Was macht ihr mit den Widerständen eigentlich? Sind diese zur Kalibrierung vorgesehen? Und wie geht man mit seinen dekadischen Widerständen vor, wenn zB 30kOhm gefragt sind, wie man sie zB zum Kalibrieren eines HP 3457A benötigt? Ich hatte irgendwie schon gehofft irgendwann noch mal einen Vishay VHP100 mit 10k zu besorgen und den ggf. auch vermessen zu lassen (wobei das bei geringer Toleranz nicht nötig wäre) um daraus dann in Zukunft alles weitere ableiten zu können. Die sind ja gar nicht so unglaublich teuer und es gibt sie mit 10ppm Toleranz und 2ppm in 6 Jahren Shelf life.
Ja, wir haben ein paar Sätze von Normalwiderständen nur für Kalibrierzwecke. Nicht dekadische Kalibriergegenstände erhalten eine geringfügig höhere Messunsicherheit, welche Linearitätsabweichungen von Messeinrichtungen und abweichende Messbereiche etc. berücksichtigt. Prüfleitungen braucht man in thermospannungsarmer Ausführung. thermo verwendet übrigens das gleiche t wie teuer. Mit den Vishays VHP wäre ich mal ganz vorsichtig in vielerlei Hinsicht. Aber allemal besser als Z201.
Für absolute Spannungsmessungen ist mir das klar mit thermospannungsarmen Kabeln, aber bei Messungen mit Offset Compensation hätte ich gedacht es reicht, wenn die Thermospannung einigermaßen stabil ist. (wahrscheinlich liegt genau da der Denkfehler). Gibt es da etwas spezielles zu beachten bei den VHP100? Irgendwie hört man von vielen Ecken was munkeln, aber ich habe selten was konkretes gehört. Habe bisher hier im Forum nur schlechtes bei den VSMP gelesen. Da kann ich es noch nachvollziehen, wenn die fast ungeschützt sind. Ich hätte aber auch gedacht, dass ein Z201 nicht so schlecht ist, wenn man ihn nicht zu grob behandelt (Es soll wohl beim biegen der Anschlussdrähte vorkommen, dass an den Stellen dann Wasser eindringen kann). Vielen Dank für deine Hinweise
Steffen schrieb: > Es geht hier weniger um ganz pragmatische > Widerstandsmessung als darum es so genau wie möglich mit den gegebenen > Mitteln hinzubekommen und das möglichst nachweislich. Ich sehe da noch Potential in den Methoden aus Grossvaters Zeiten, sprich Wheatstone-Brücke, um Widerstände auf Gleichheit zu prüfen, Hamon-Teiler um dekadische Spannungsteiler zu bauen, http://conradhoffman.com/HamonResistor.html Kelvin-Varley-Teiler um inkrementale Spannungsteiler zu bauen. http://conradhoffman.com/mini_metro_lab.html Bei allen diesen Methoden geht es nie um Absolutwerte, sondern immer nur um Differenzen. Idealer Ausgangspunkt ist ein gut charakterisierter, stabiler Widerstand. Es ist zwar umständlich, aber es lassen sich erstaunliche Ergebnisse erzielen. Ein anderer Ansatz wäre es, eine varlässliche Spannungsreferenz und einen genauen DA Wandler zu nutzen, so wie hier: https://www.youtube.com/watch?v=z5Pnw9Xr2ME Eine 1 Ampere Stromquelle ist für die Messung kleiner Widerstandswerte hilfreich: https://www.youtube.com/watch?v=z5Pnw9Xr2ME un https://www.youtube.com/watch?v=Sv21wD3FRmY
Stabile Thermospannungen sind so eine Sache. Mindestens die Anschlüssen am DMM vor Zugluft schützen aka Lappen drumwickeln. Die thermospannungsarmen Strippen sind ca. Faktor 8-10 besser. Für privat macht das keinen Sinn, nimm massive Kupferdrähte soweit möglich. Es gibt Leute, die fertigen präzise Widerstände in vernünftigen Gehäusen. Die haben schon Probleme gelöst, die kennst du noch gar nicht.
Moin, das Thema interessiert mich auch. Darum habe ich mal zwei Widerstände (1k und 10k, 100R und kleiner habe ich nicht) genommen und ein wenig gespielt. Zunächst habe ich beide im 10k Bereich mit meinem 3456A gemessen (100NPLC, 4W, Offset Compensation, auch nicht kalibriert) 10,00005 k 1,00000 k Wobei das letzte Digit beim 1k ab und zu mal auf 1 geht, aber das sollte erstmal egal sein. Ob die Zahlen stimmen weiß ich nicht, aber es sieht sehr schön aus. Als erstes habe ich die Ratio Methode getestet. Dazu habe ich mit einer stabilen Stromquelle (Knick Kalibrator) 100µA durch die in Reihe geschalteten Widerstände fließen lassen und dann die Spannungen direkt an den Widerständen abgegriffen. Hierzu ist es allerdings notwendig eine Spannung quasi auf dem Kopf zu messen, weil die negativen Eingänge nicht zu weit auseinander gehen dürfen. Das Ergebnis am 3456A ist 0,1000027 also etwas zu hoch verglichen mit der Messung im Widerstandsbereich. Dann habe ich die Spannungen an dieser Reihenschaltung einzeln gemessen. Einmal mit und einmal ohne Strom. (Dabei natürlich auf Reproduzierbarkeit geachtet) 1k : 0,099996 V zu 3µV 10k: 0,999968 V zu 37 µV Hierbei hat mich die große Spannung, bei abgeschalteter Stromquelle, am 10k Widerstand etwas überrascht. Wenn ich trotzdem mit diesen Werten rechne komme ich auf einen Faktor von 0,099999. Das Multipliziert mit 10,00005 k (ich nehme die 10k einfach mal als Referenz) liefert 1,000004 k. Also genau das was man auch bei der Widerstandsmessung gesehen hat. Sogar das Wackeln ab und zu zur 1 im letzten Digit passt. Spannend wäre es jetzt die beiden Widerstände mal mit einem besseren Multimeter zu vergleichen. Man müsste jetzt wohl mal eine ordentliche Fehlerrechnung machen um zu schauen ob der Aufwand mit der externen Stromquelle usw sich überhaupt lohnt gegenüber einem Vergleich mit dem DMM in einem festen Range. Als Fazit kann man vielleicht sagen, dass die Ratio Methode nicht die beste Lösung ist. Zum einen wird eine Spannung negativ gemessen und stellt so noch mal höhere Anforderungen an das DMM und zum anderen kann die Thermospannung nicht berücksichtigt werden. Viele Grüße Philipp
kurzer Nachtrag: Die verdächtigen 37µV waren keine Thermospannung sondern eher 3,x nA die noch floßen, wenn man 0µA am Knick einstellt.
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