Warum kann man hochohmige Widerstände nicht genau messen?

Die Ströme die durch einen >100Meg Widerstand fließen, wenn die 
Messpannung angelegt wird, sind eben winzig und können dementsprechend 
nicht mehr mit hoher Auflösung gemessen werden.
Bei 1V und 100Meg bedeutet ein 1% 100pA, wenn ich mich beim 
Nullenzählennicht vertan hab.
Soweit meine Vermutung.

lg, couka

Gunnar schrieb:
> Warum kann man selbst mit teuren Tischmultimetern Widerstände im Bereich
> 100Meg und größer meist nur im Prozentbereich genau messen?

Ganz einfach: Ob ein Messgerät zum Messen hochohmiger Widerstände 
geeignet ist, hängt nicht nur vom Preis des Gerätes ab.

> Ich kann verstehen, das da jeder Leckstrom zählt, aber ändern sich diese
> Ströme so sehr?

Das kommt z.B. drauf an, wieviel Strom am eigentlichen Widerstand vorbei 
auf der Außenseite längs fließt.

Falk B. schrieb:
> 100M an 1V Meßspannung sind 10nA, 1% davon sind 10pA

Prozent heisst Prozent, weil es ein Hunderstel ist. Sonst hiesse es 
Promille.

Georg

Ich meinte schon Tischmultimeter. Wir haben hier zB ein HP 3457A und 
auch ein neueres (müsste gucken welches).

Ich brauche Widerstände zwischen 100 und 500Meg und am liebsten auf 
0,1%.

Zuerst dachte ich, ich kaufe einfach 1% Widerstände (die bekommt man 
noch) und messe die dann aus. Aber das war wohl nichts...

Was haltet ihr von der Idee einen Referenzwiderstand aufzubauen, 
bestehend aus Widerständen, die entsprechend genau zu vermessen sind? 
Diesen Widerstand schalte ich dann zusammen mit dem zu vermessenden 
Widerstand in einem invertierendem Verstärker (OPA129 oder ähnliches mit 
kleinem Eingangsstrom). Das Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung 
gibt mir dann das Verhältnis der Widerstände. Das Spannungsverhältnis 
sollte sich ja besser als 0,1% messen lassen.

Gunnar schrieb:
> sollte sich ja besser als 0,1% messen lassen

Scheint mir zu optimistisch, da viele Faktoren Deine hochohmige Messung 
beeinflussen werden. Alterung, Temperatur, Schmutz, Isolation, 
Störspannungen,... Schon das verschieben eines Blatts Papier auf dem 
Tisch könnte Deine Messung durch statische Aufladung verfälschen.

>wo Teraohmwiderstände im Spiel waren!
Dann arbeitet man wahrscheinlich auch nicht mit 1V Messspannung.

Gunnar schrieb:
> Ich brauche Widerstände zwischen 100 und 500Meg und am liebsten auf
> 0,1%.

Hmmm, bei den 500Meg reichen schon 500Gohm parallel für 0.1% Abweichung. 
Also die Widerstände nicht anfassen und Teflon als Isolation benutzen.

Messen würde ich die mit höherer Spannung.

na wenn mit  z.b. 1000V gemessen wird, wäre der Messstrom schon in 
günstigeren Bereichen
leider gibt es dann paar andere Probleme

oszi40 schrieb:
> Scheint mir zu optimistisch, da viele Faktoren Deine hochohmige Messung
> beeinflussen werden. Alterung, Temperatur, Schmutz, Isolation,
> Störspannungen,... Schon das verschieben eines Blatts Papier auf dem
> Tisch könnte Deine Messung durch statische Aufladung verfälschen.

Mit 0,1% war ich mir erst mal nur bei dem Spannungsratio sicher. 
Alterung sollte auch keine Rolle spielen ebenso sollte Schmutz in den 
Griff zu bekommen sein. Notfalls kann die Messung einmal die Woche 
wiederholt werden. Und an statische Geschichten kann ich selbst bei 
500Meg nicht so recht glauben. So riesig können die Zeitkonstanten doch 
gar nicht sein?

1234657890 schrieb:
> Hmmm, bei den 500Meg reichen schon 500Gohm parallel für 0.1% Abweichung.
> Also die Widerstände nicht anfassen und Teflon als Isolation benutzen.
>
> Messen würde ich die mit höherer Spannung.

Bei der Spannung möchte ich ungern weit über 10V gehen um keine Probleme 
mit Spannungskoeffizienten usw zu bekommen.

Ist der von mir angedachte Aufbau denn so kritisch? Es sind ja 
bedrahtete Widerstände, da kann ich ja den negativen OP Pin hochbiegen 
und die Widerstände schwebend ranlöten. Dann sollte das schon mal so gut 
isoliert sein, dass die Spezifikationen des OP sinnvoll sind. Die Enden 
der beiden Widerstände sind ja niederohmig angeschlossen und 
dementsprechend unempfindliche. Das ganze in eine Metalldose und fertig? 
Oder mache ich hier einen großen Denkfehler? Nach dem Zusammenbau würde 
ich alles gründlich mit IPA waschen.

Gunnar schrieb:
> Hallo,
>
> im Betreff steht es eigentlich schon. Warum kann man selbst mit teuren
> Tischmultimetern Widerstände im Bereich 100Meg und größer meist nur im
> Prozentbereich genau messen?

Es gibt noch andere Effekte. (parasitäre Kapazitäten + Dielektrische 
Absorption + Thermospannungen) -> sogar die Meßleitungen und verwendeten 
Isolationsmateriealien spielen eine Rolle.

Gerade die Tricks zum herauskalibrieren der Thermospannungen machen beim 
HP3458A Probleme ab 100K aufwärts.

http://www.eevblog.com/forum/testgear/precise-offset-compensation-ohm-measurements-and-validation-of-dmms/msg834597/#msg834597


Gruß Anja

@Anja: Die von die beschriebene Probleme treten doch eigentlich nur bei 
Vierdrahtmessungen mit geschalteter Stromquelle auf? Wenn ich den 
Messtrom statisch lasse sollten Kapazitive Effekte egal sein. Ich 
brauche ohnehin keine Vierleiter. Selbst mit 5 Ohm Leitungen wären das 
nur 50ppb Fehler bei 100Meg. Und wenn ich 100nA Prüfstrom verwende, dann 
machen 10uV auch nur 1ppm Fehler.

Da hast Du zum Teil recht.

Bei 100 Meg hat man aber ganz schnell zwischen verdrillter und nicht 
verdrillter Labor-Meßstrippe 0.5-1% Unterschied beim HP34401A (hat keine 
Offsetkompensation).

Gruß Anja

Würde hier die Offsetcompensation denn etwas bringen? Ich dachte immer 
es geht dabei nur um das eleminieren von Thermospannungen. Und die 
machen ja auch nur Probleme, wenn es um kleine Widerstände geht, weil 
das Multimeter an zB 1 Ohm schlecht 10V abfallen lassen kann. Bei 100Meg 
sehe ich das Problem da nicht.

Hängt dein Beispiel nicht eher mit der Isolation der Messleitungen 
zusammen? Da nützt einem dann ja keine Offset Compensation etwas.

Gunnar schrieb:
> Ich kann verstehen, das da jeder Leckstrom zählt, aber ändern sich diese
> Ströme so sehr? Ich hätte gedacht, dass man es einmal kalibriert und es
> dann dabei bleibt?

Du siehst das zu eng. Leckströme sind nur ein Teil. Denk auch an 
Influenz, also an Abschirmungen und das Vermeiden von Aufladung per 
Reibung und denk vor allem an das Rauschen. Man kann nicht beliebig 
genau mit beliebiger Bandbreite bei beliebiger Temperatur messen, da ist 
Boltzmann davor.

Wie war das doch gleich noch? -174 dBm/sqrt(Hz) bei Raumtemperatur - 
wenn ich mich recht erinnere? Nun, die Rauschleistung bleibt ja, aber 
was sich daraus für ein Rausch-Strom und eine Rausch-Spannung ergibt, 
hängt vom rauschenden Widerstand ab.

Gunnar schrieb:
> Und an statische Geschichten kann ich selbst bei
> 500Meg nicht so recht glauben. So riesig können die Zeitkonstanten doch
> gar nicht sein?

Ach..
Was sind Fluktuationen? Eben, es ist Rauschen, bloß eben niederfrequent. 
Gründe: siehe oben.

Merke: du bist eher knietief im Rauschen, als du es dir vorstellen 
kannst.

W.S.

Wozu sollen die 100 und 500Meg Widerstände dienen?

Gunnar schrieb:
> Ist der von mir angedachte Aufbau denn so kritisch? Es sind ja
> bedrahtete Widerstände, da kann ich ja den negativen OP Pin hochbiegen
> und die Widerstände schwebend ranlöten.

Klingt gut.

Kannst du nicht einfach dein komplettes Gerät kalibrieren? Dann würdest 
du dir das Ausmessen der Widerstände ersparen.

wie hoch ist der OP-Bias-Strom und wie ändert sich der mit der 
Temperatur?

W.S. schrieb:
> Merke: du bist eher knietief im Rauschen, als du es dir vorstellen
> kannst.

Also da kann ich dir nicht folgen. Die Rauschspannung ist sqrt(4ktB) und 
da komme ich bei 100nA Prüfstrom auf 0,1ppm Fehler. Das kann also nicht 
der Grund sein bei 100Meg für Prozente an Fehler.

Limi schrieb:
> Wozu sollen die 100 und 500Meg Widerstände dienen?

Es sollen Elektronenströme im Vakuum auf einem Faradayauffänger gemessen 
werden. Das ganze leider möglichst deutlich besser als 1% genau um 
einige Theorien zu bestätigen.

1234657890 schrieb:
> Kannst du nicht einfach dein komplettes Gerät kalibrieren? Dann würdest
> du dir das Ausmessen der Widerstände ersparen.

Ich wüsste nicht wie. Ich dachte der Weg über den Rückkoppelwiderstand 
wäre schon der einfachste. Andere Idee?

Homo Neandertalensis schrieb:
> wie hoch ist der OP-Bias-Strom und wie ändert sich der mit der
> Temperatur?

max. 100fA (OPA129) und verdoppelt sich alle 10°C. Macht 1ppm Fehler. 
Typisch sogar nur 0,3ppm. Und es würde noch bessere OPs geben.

@Pic Tech: ich denke mit der OP Lösung werden die Fehler kleiner sein

Gunnar schrieb:
> Ich wüsste nicht wie. Ich dachte der Weg über den Rückkoppelwiderstand
> wäre schon der einfachste. Andere Idee?

Du willst doch Ströme messen. Also solltest du deine 
Schaltung/Messaufbau kalibrieren können, indem du einen bekannten Strom 
misst. Die Stromquelle könnte durchaus einfach eine Spannungsquelle und 
ein Widerstand sein, z.B. 200mV und 10Mohm für 20nA. Der Vorteil ist, 
das man die 200mV und 10Mohm mit einem guten Tischmultimeter deutlich 
besser als 0.1% bestimmen kann. Du musst halt die möglichen 
Fehlerquellen berücksichtigen, wie Offset Spannung des OPs, Input Bias 
Strom des DMMs. Aber das halte ich für sinnvoller, als die 
Rückkoppelwiderstände zu messen und zu hoffen, das der Rest deines 
Aufbaus die Genauigkeit nicht zerstört.

1234657890 schrieb:
> Du willst doch Ströme messen. Also solltest du deine
> Schaltung/Messaufbau kalibrieren können, indem du einen bekannten Strom
> misst. Die Stromquelle könnte durchaus einfach eine Spannungsquelle und
> ein Widerstand sein, z.B. 200mV und 10Mohm für 20nA. Der Vorteil ist,
> das man die 200mV und 10Mohm mit einem guten Tischmultimeter deutlich
> besser als 0.1% bestimmen kann. Du musst halt die möglichen
> Fehlerquellen berücksichtigen, wie Offset Spannung des OPs, Input Bias
> Strom des DMMs. Aber das halte ich für sinnvoller, als die
> Rückkoppelwiderstände zu messen und zu hoffen, das der Rest deines
> Aufbaus die Genauigkeit nicht zerstört.

Und wo ist nun genau der Unterschied zwischen einem 
Transimpedanzverstärker an dessen Eingang man eine Spannungsquelle über 
einen Vorwiderstand anschließt zu einem invertierenden Verstärker??

Gunnar schrieb:
> Die Rauschspannung ist sqrt(4ktB) und
> da komme ich bei 100nA Prüfstrom auf 0,1ppm Fehler.

Die Rausch-Spannung?

Rauschen ist ne Leistung und keine Spannung. Nehmen wir mal spaßeshalber 
ne Bandbreite von 1 Hz an und du rechnest jetzt mal ne Leistung von -174 
dBm um in eine Spannung an einem 500 GOhm Widerstand. Ich bin momentan 
zu faul dazu... ist zu warm heute.

W.S.

W.S. schrieb:
> Rauschen ist ne Leistung und keine Spannung.

Wenn eine Leistung an einem Widerstand umgesetzt wird entsteht ja wohl 
zwangsläufig auch eine Spannung.

Der Effektivwert dieser Spannung lässt sich durch SQRT(4 kB R T B) 
ausdrücken, wie ich weiter oben auch schon geschrieben habe. Und das 
führt bei 100Meg und 0,5Hz Bandbreite bei 10V Fullscale für 100Meg zu 
einem Fehler von 0,1ppm. Also weit weg von Knietief im Rauschen. Für 
500Meg dann halt Wurzel 5 mehr.

W.S. schrieb:
> und du rechnest jetzt mal ne Leistung von -174
> dBm um in eine Spannung

der Ton...

Wenn du deine Faulheit überwunden hast kannst du ja mal schauen ob du zu 
den gleichen Ergebnissen kommst wie ich.

Hallo Werner,

und diese Methode soll dann geringere Unsicherheit liefern als der 
100Meg Bereich ded 3457A?

Gunnar schrieb:
> Und wo ist nun genau der Unterschied zwischen einem
> Transimpedanzverstärker an dessen Eingang man eine Spannungsquelle über
> einen Vorwiderstand anschließt zu einem invertierenden Verstärker??

Keiner. Ich verstehe den Sinn deiner Frage nicht.

Lass mich mal anders fragen. Du willst doch sicherlich nicht den TIA 
ungetestet benutzen. Also wie testest du den und warum kannst du das 
nicht zur Kalibrierung benutzen?

Werner H. schrieb:
> Rechne mal Fallbeispiele durch - mit Variation der
> Spannungsquellentoleranz und der Anzeigegenauigkeit. Eine
> Spannungsabhängigkeit des Eingangswiderstands kann man wohl
> vernachlässigen.
> Die Konstanz der Stromquelle (100 nA!) und deren Kriechströme auf
> unbekannten Pfaden fällt so schon mal raus.

Warum sollten die rausfallen? Wenn ich über meinen 100Meg und 10V von 
außen nun genauso 100nA in das Multimeter hineinfließen lassen, warum 
sollten die dann weniger von Kriechströmen betroffen sein, als wenn die 
Stromquelle im Gerät sitzt?
Zudem brauche ich weiterhin einen genau bekannten Widerstand, weil der 
Innenwiderstand nicht genau spezifiziert ist. Ich werde mal rechnen, 
aber noch überzeugt mich diese Lösung nicht.



1234657890 schrieb:
> Keiner. Ich verstehe den Sinn deiner Frage nicht.
>
> Lass mich mal anders fragen. Du willst doch sicherlich nicht den TIA
> ungetestet benutzen. Also wie testest du den und warum kannst du das
> nicht zur Kalibrierung benutzen?

Ich wollte nur auf das "keiner" hinaus. Ich habe weiter oben ja 
vorgeschlagen einen nicht invertierenden Verstärker zu benutzten, weil 
das Verhältnis der Spannungen dann genau dem Verhältnis der Widerstände 
entspricht (vorrausgesetzt OP Eingangsstrom ist klein usw).

Du schlägst nun vor eine Spannung vorzugeben und einen Widerstand zu 
nehmen. Diese Spannnung kann ich nur fehlerbehaftet messen und den 
Widerstand muss ich auch genau kennen. Ich sehe daher keinen Vorteil. 
Wenn ich von vornerein sage, dass sich die Dimensionen der Spannungen 
rauskürzen, dann bin ich bei meinem Vorschlag. Dieser hat den Vorteil, 
dass ich zur Verhältnisbestimmung nur die Linearität des Multimeters 
benötige und die ist viel besser als die Genauigkeit mit der ich eine 
Spannung messen kann.

Am Ende würde ich dann zum Test eines der Kanäle einen Widerstand nutzen 
der genauso groß ist wie der Rückkoppelwiderstand um hier die Fehler in 
der Messung weiter zu reduzieren, bzw Abweichungen besser erkennen zu 
können. Der Vergleich der restlichen Kanäle wird dann wohl mit dem 
Elektronstrahl selbst erfolgen.


PS: Bitte nicht von meinen kritischen Antworten auf den Schlips getreten 
fühlen. Ich bin euch für diese Diskussion sehr dankbar. Ich hinterfrage 
die Dinge nur sehr gerne ;)

Gunnar schrieb:
> Ich habe weiter oben ja
> vorgeschlagen einen nicht invertierenden Verstärker zu benutzten

Oops! Das hatte ich übersehen.

Ich denke bei Leuten die über 0,1% genaue 20kV verfügen wird es eher 
nicht zu dieser Fehldeutung kommen ;)

Aber sehr schön, dass man es in Braunschweig auch mit einem 
Referenzwiderstand bestehend aus kleineren machen würde :). Danke für 
die Info