mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Päzisionsspannungsfolger für +/- 10V bei 1pA Eingangsstrom


Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

wie bereits im Betreff geschrieben suche ich einen OpAmp für 
Präzisionsmessungen. Es geht um das Messen von Spannungen an hochohmigen 
Widerständen (100Meg und mehr) während dort ein Strom eingeprägt wird. 
Die Spannung würde bei 10V liegen, weil diese mit den meisten 
Multimetern am besten zu messen ist.

Leider machen die 10Gig Eingangswiderstand des Multimeters die dann 
parallel zum Widerstand liegen einen erheblichen Fehler (fast 1%). Aus 
diesem Grund suche ich einen Buffer der deutlich hochohmiger ist 
(Eingangsstrom möglichst nur 1pA) während der Offset deutlich unter 10uV 
liegt.

Leider habe ich bisher keinen OpAmp gefunden der all das kann. Es gibt 
ein paar Chopper die den Offset und auch den Eingangsstrom können, aber 
leider maximal 5V Versorgung vertragen.

Habe ich den richtigen OpAmp nur übersehen?

Autor: Possetitjel (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:

> Es geht um das Messen von Spannungen an hochohmigen
> Widerständen (100Meg und mehr) während dort ein Strom
> eingeprägt wird.

Ist das Einprägen des Stromes zwingend vorgegeben?

Ansonsten würde ich eine Spannung anlegen und über
einen aktiven I/U-Wandler den Strom messen. Offset
des I/U-Wandlers kann ggf. durch Messen mit beiden
Polaritäten kompensiert werden.

> Leider machen die 10Gig Eingangswiderstand des Multimeters
> die dann parallel zum Widerstand liegen einen erheblichen
> Fehler (fast 1%).

Merkwürdige Logik. Wenn der Innenwiderstand des Multimeters
genau bekannt und konstant ist, kann er doch rechnerisch
berücksichtigt werden.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Possetitjel schrieb:
> Ist das Einprägen des Stromes zwingend vorgegeben?

Ja, das ist die eigentliche Messgröße.

Bringt es denn wirklich einen Vorteil, den OpAmp als I/U Wandler zu 
schalten? Die Anforderungen was Ausgangsspannung und Eingangsstrom 
angeht bleiben ja.

Den Strom ganz exakt umzukehren wollte ich eigentlich vermeiden. Da muss 
man ja auch wieder aufpassen um keine weiteren Fehler einzubauen.


Possetitjel schrieb:
> Merkwürdige Logik. Wenn der Innenwiderstand des Multimeters
> genau bekannt und konstant ist, kann er doch rechnerisch
> berücksichtigt werden.

Der ist nicht genau bekannt. HP/Agilent (zB 34401A) sagt im Datenblatt 
>= 10Gig. Wenn es also mit allen Geräten funktionieren soll, dann muss 
man schlimmstenfalls wohl von 10Gig ausgehen. Aber auch wenn er doppelt 
so groß wäre, dann würde es immer noch stören. Und es sollte möglichst 
jedes 6,5 stellige Multimeter genutzt werden können.

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> jedes 6,5 stellige Multimeter genutzt werden können.

Dann wird auch der "ideale" OPV noch paar "kleine" Ungenauigkeiten z.B. 
durch statische Aufladung, Schmutz und Isolationsprobleme haben.

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> während der Offset deutlich unter 10uV liegt.

Bei einem Widerstand, der selbst schon mit 180uV rauscht ?
(bei einer Bandbreite von 20kHz, bei 1kHz immer noch 40uV).

Welchen Sinn soll das machen, das Rauschen möglichst genau
mitzuverstärken ? Wer misst, misst Mist. Ohysikalische Grundlagen
lernen statt hochtrabende Pseudogenauigkeitsanforderungen stellen.

Steffen schrieb:
> Die Spannung würde bei 10V liegen, weil diese mit den meisten
> Multimetern am besten zu messen ist.

Merkwürdige Multimeter hast du. Die, die ich kenne, messen am
liebsten 200mV. Präzisionsmultimeter auch mal 2V.

LMC6001, AD549L, MAX4239

Autor: Christian L. (cyan)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Einen OPV, der alles gleichzeitig mitbringt wird es wohl nur schwer 
geben.

Es gibt aber andere Möglichkeiten:
1. Du könntest einen älteren OPV mit deutlich größeren 
Versorgungsspannungsbereich nehmen, welcher aber gleichzeitig einen 
höheren Offset hat und diesen Offset messen und verrechnen oder falls 
möglich diesen abgleichen. Für erstere Variante tut es z.B. ein OPA129 
(keine Abgleichmöglichkeit) und für letztere Variante ein AD549 oder 
OPA128. Erschrecke dich aber nicht über die Preise. Letzteren kann man 
auch hust samplen.
2. Du verwendest einen modernen und billigen fA OPV, wie den LMC662 und 
misst wieder dessen Offset und verrechnest diesen später. Für das Thema 
Versorgung kann man die Versorgungsspannung zusätzlich bootstrappen.
z.B. Figure 14:
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
oder
http://m.eet.com/media/1152270/24127-45890.pdf
oder Seite 58:
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an67f.pdf

Zur Not kannst du ja auch den Offset später durch eine weitere Stufe 
eliminieren. Also ggf. einen weiteren OPV und dessen Offsetkorrektur 
missbrauchen, um alles abzugleichen. Der Abgleich wäre ja sehr simpel, 
da du eine niederohmige Spannung anlegen kannst und den Ausgang gegen 
diese abgleichst.

Autor: Possetitjel (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Ist das Einprägen des Stromes zwingend vorgegeben?
>
> Ja, das ist die eigentliche Messgröße.

Au Mann.

Das bedeutet: EIGENTLICH möchtest Du gar keine Spannung
messen, sondern diesen Strom? Ist das richtig?

> Bringt es denn wirklich einen Vorteil, den OpAmp als
> I/U Wandler zu schalten?

Zumindest im üblichen Genauigkeitsbereich (10⁻4): Ja,
einige.

> Die Anforderungen was Ausgangsspannung und Eingangsstrom
> angeht bleiben ja.

Naja.
Du schriebst ursprünglich 10V / 100MOhm, das wären 100nA.
Ein Eingangsstrom von 1pA gibt einen Fehler von 10⁻5.
Das schaffen viele FET-OPV.

> Den Strom ganz exakt umzukehren wollte ich eigentlich
> vermeiden. Da muss man ja auch wieder aufpassen um keine
> weiteren Fehler einzubauen.

Und Du glaubst, das sei bei Deinem Spannungsfolger anders?
Nur mal ein Stichwort: Gleichtaktaussteuerung.

> Und es sollte möglichst jedes 6,5 stellige Multimeter
> genutzt werden können.

REALISTISCHE Anforderungen wären ganz hilfreich.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
MaWin schrieb:
> Bei einem Widerstand, der selbst schon mit 180uV rauscht ?
> (bei einer Bandbreite von 20kHz, bei 1kHz immer noch 40uV).

Bei einer, bei Präzisionsmessungen üblichen Bandbreite von 0,5Hz 
(100NPLC) komme ich auf rund 900nV. Also ist meine Anforderung noch 
Faktor 10 über der Physik und das noch ohne weitere Mittelwertbildungen. 
Die von Dir angegeben Bandbreiten sind für DC Messungen doch wohl eher 
mal sehr unüblich.

MaWin schrieb:
> Merkwürdige Multimeter hast du. Die, die ich kenne, messen am
> liebsten 200mV. Präzisionsmultimeter auch mal 2V.

Bis auf so komische Teile, wie das 3457A messen so gut wie alle mir 
bekannten 6,5 stelligen Multimeter 10V am "liebsten". Es mag ein paar 
geben die auch mal 20V ganz gerne haben, aber auch bei denen ist man mit 
10V dann gut dran.

MaWin schrieb:
> LMC6001, AD549L, MAX4239

Ja solche Kandidaten habe ich auch zu Hauf gefunden. Entweder zu viel 
Offset oder zu kleiner Spannungsbereich.


Christian L. schrieb:
> 1. Du könntest einen älteren OPV mit deutlich größeren
> Versorgungsspannungsbereich nehmen, welcher aber gleichzeitig einen
> höheren Offset hat und diesen Offset messen und verrechnen oder falls
> möglich diesen abgleichen. Für erstere Variante tut es z.B. ein OPA129
> (keine Abgleichmöglichkeit) und für letztere Variante ein AD549 oder

AD549 hat aber auch eine Offsetdrift/K die meine Schmerzgrenze 
überschreitet. Da bringt abgleichen dann leider nichts, wenn sich die 
Temperatur danach nicht mal mehr um 1°C ändern darf.

Christian L. schrieb:
> Für das Thema
> Versorgung kann man die Versorgungsspannung zusätzlich bootstrappen.

Das scheint mir der beste Weg zu sein. Danke.


Christian L. schrieb:
> Zur Not kannst du ja auch den Offset später durch eine weitere Stufe
> eliminieren. Also ggf. einen weiteren OPV und dessen Offsetkorrektur
> missbrauchen, um alles abzugleichen. Der Abgleich wäre ja sehr simpel,
> da du eine niederohmige Spannung anlegen kannst und den Ausgang gegen
> diese abgleichst.

Schwebt Dir da etwas spezielles vor? Mir kommt da gerade nichts in den 
Sinn, was nicht wieder zu größeren Eingangsströmen führen würde.

Autor: вег мит дем троль (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Zu irgend einem Zeitpunkt sollte man die Anforderung pA Eingangsstrom 
und uV Offset ueberdenken. Neben dem Inpus bias current, der eine Offset 
spannung produziert, welche nicht durch die Offset Spannung abgedeckt 
ist, halte ich die Anforderung fuer einen Furz.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Possetitjel schrieb:
> Das bedeutet: EIGENTLICH möchtest Du gar keine Spannung
> messen, sondern diesen Strom? Ist das richtig?

Ja ist es. Mir geht es um einen Aufbau um möglichst die kalibrierten 10 
und 100Meg Widerstände nutzen zu können. Die haben halt 
Vierleiteranschlüsse und da war es für mich das naheliegenste diese als 
Shunt zu verwenden.

Possetitjel schrieb:
> Zumindest im üblichen Genauigkeitsbereich (10⁻4): Ja,
> einige.

Eigentlich sollte es schon in Richtung 1e-5 gehen. Aber trotzdem die 
Frage: Welche Vorteile siehst Du da?

Possetitjel schrieb:
> Ein Eingangsstrom von 1pA gibt einen Fehler von 10⁻5.
> Das schaffen viele FET-OPV.

Ja da will ich hin. Das Problem ist nur, dass die meisten OPV mit diesem 
Eingangsstrom einen Offset haben der die Genauigkeit dann wieder 
zerstört.

Possetitjel schrieb:
> REALISTISCHE Anforderungen wären ganz hilfreich.

Wie meinst Du das? Was ist daran unrealistisch? Geht es dir um die 
absolute Genauigkeit der Geräte oder um den Eingangswiderstand? Ich 
hätte halt gerne am Ende etwas, was man auch an einen 10Meg Eingang 
anschließen kann. Aber da sehe ich kein Problem. Wenn es Dir darum geht, 
dass ein 6,5 stelliges Mutlimeter nicht unbedingt eine Genauigkeit von 
1e-5 hat, dann ist mir das klar.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
вег мит дем троль schrieb:
> Zu irgend einem Zeitpunkt sollte man die Anforderung pA Eingangsstrom
> und uV Offset ueberdenken. Neben dem Inpus bias current, der eine Offset
> spannung produziert, welche nicht durch die Offset Spannung abgedeckt
> ist, halte ich die Anforderung fuer einen Furz.

Konkret? Wie ich zu den Anforderungen komme ist doch ober erläutert

Autor: Magnus M. (magnetus) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> Mir geht es um einen Aufbau um möglichst die kalibrierten 10
> und 100Meg Widerstände nutzen zu können. Die haben halt
> Vierleiteranschlüsse

Nanu... 10M / 100M Widerstände mit Vierleiteranschlüssen?

Autor: bernd (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Magnus M. schrieb:
> Nanu... 10M / 100M Widerstände mit Vierleiteranschlüssen?

Sind Selbstbauten eines Kollegen. Die Widerstände sind wohl mal aus 
einem defekten Kalibrator geschlachtet worden. Von 1Ohm bis 100Meg alles 
die gleichen Kästchen. Sicher hätten da bei 1Meg und größer keine 4 
Buchsen mehr rangemusst, aber schaden tut es ja auch nicht.


bernd schrieb:
> AD795

Unter den nun zurückgedrehten Anforderungen sieht der super aus. 2pA und 
kann die 10V. Offsetdrift sieht auch gut aus. Vielen Dank!

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
AD795 
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
Irgend wie werde ich den Verdacht nicht los, daß hier ein Student mit 
10^-12A genau rechnet und dann 20% Widerstände mit TK irgendwas 
verlötet?

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
oszi40 schrieb:
> AD795 http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
> Irgend wie werde ich den Verdacht nicht los, daß hier ein Student mit
> 10^-12A genau rechnet und dann 20% Widerstände mit TK irgendwas
> verlötet?

Bitte erst mal lesen

Zum einen soll nichts verlötet werden (zumindest nicht am Widerstand). 
Zum anderen ist der absolute Wert kalibriert (Unsicherheit müsste ich 
nachsehen) und der TK liegt für die 10Meg bei 3ppm/K und für die 100Meg 
bei 10ppm/K

Autor: Possetitjel (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:

> Possetitjel schrieb:
>> Das bedeutet: EIGENTLICH möchtest Du gar keine Spannung
>> messen, sondern diesen Strom? Ist das richtig?
>
> Ja ist es. Mir geht es um einen Aufbau um möglichst die
> kalibrierten 10 und 100Meg Widerstände nutzen zu können.
> Die haben halt Vierleiteranschlüsse und da war es für mich
> das naheliegenste diese als Shunt zu verwenden.

Das kannst Du doch trotzdem. Ob der Shunt nun von der
Eingangsklemme auf Masse oder auf den OPV-Ausgang geht,
ist doch dem Shunt egal.
Ob der Vier-Leiter-Anschluss etwas bringt, müsste man
sich überlegen, wenn man einen Schaltungsentwurf hat.

> Possetitjel schrieb:
>> Zumindest im üblichen Genauigkeitsbereich (10⁻4): Ja,
>> einige.
>
> Eigentlich sollte es schon in Richtung 1e-5 gehen.

Das war nur als Hinweis darauf gedacht, dass ich nur
beschränkte Erfahrungen mit Präzisionsmesstechnik habe :)

> Aber trotzdem die Frage: Welche Vorteile siehst Du da?

- niederohmiger Eingang, d.h. unempfindlich gegen Einstreuungen,
- leicht gegen Überlastung zu schützen,
- aufgrund der virtuellen Masse nur winzige Eingangsspannung,
- aufgrund der virtuellen Masse keine Gleichtaktaussteuerung,
- Shunt in der Rückkopplung kann niederohmiger gemacht werden
  (T-Ersatzschaltung).

> Possetitjel schrieb:
>> Ein Eingangsstrom von 1pA gibt einen Fehler von 10⁻5.
>> Das schaffen viele FET-OPV.
>
> Ja da will ich hin. Das Problem ist nur, dass die meisten
> OPV mit diesem Eingangsstrom einen Offset haben der die
> Genauigkeit dann wieder zerstört.

Nimms mir bitte nicht übel, aber langsam werde ich hippelig.
Dir ist schon klar, dass man einen konstanten Offset
statisch kompensieren und einen driftenden z.B. mit einem
Mikrocontroller periodisch abgleichen kann?

Bei 10V Ausgangsspannung sind 100µV Fehler durch Offset
gerade einmal 10⁻5. Der statische Anteil dieses Fehlers
lässt sich kompensieren.
Eine Drift von 1µV/K ist machbar; bei 20K Temperaturänderung
sind das 20µV nicht-kompensierbarer Restfehler, das sind
2*10^-6.
Die Werte gelten ungefähr für den OPA627. Es gibt noch
deutlich bessere OPVs.

Thermospannungen kommen natürlich noch obendrauf.

> Possetitjel schrieb:
>> REALISTISCHE Anforderungen wären ganz hilfreich.
>
> Wie meinst Du das? Was ist daran unrealistisch? [...]
> Wenn es Dir darum geht, dass ein 6,5 stelliges Mutlimeter
> nicht unbedingt eine Genauigkeit von 1e-5 hat, dann ist mir
> das klar.

Ja... okay. Das meinte ich hauptsächlich.

Autor: Falk B. (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man sollte vielleicht nicht immer gleich nach den Super-Duper-Extrem 
Bauteilen rufen und erstmal über einen besseren Meßaufbau nachdenken? 
Mit einer Brückenschaltung kann man absolut stromlos auch mit einem 10M 
Ohm Multimeter messen, sogar im mV Meßbereich . . .

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Wie das Falk? Wenn kein Strom mehr ins Meßgerät fließt, wie kann es dann 
messen?

Autor: Falk B. (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Abdul K. (ehydra) Benutzerseite

>Wie das Falk? Wenn kein Strom mehr ins Meßgerät fließt, wie kann es dann
>messen?

Brückenschaltung? Die muss ich dir ja wohl nicht erklären.

https://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCckenschaltung

Wenn die Brücke abgeglichen ist, fließt im Querzweig kein Strom, weil 
die Spannungsdifferenz Null ist. Auch 0mV kann man messen. Die Spannung 
am niederohmigen Spannungsteiler kann man mit einem beliebigen 
Multimeter messen, ohne das Prüfobjekt zu belasten.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also vielleicht formulier ich einfach mal die Frage neu.

Ich möchte einen Strom aus einer Stromquelle (1uA und 100nA) so genau 
wie es mit den hier vorhandenen Möglichkeiten geht bestimmen.
Vorhanden sind einige 6,5 und 7,5 stellige Multimeter und diese Sammlung 
an kalibrierten Widerständen.

Ich kann damit 10V auf besser als 20ppm genau messen und die Widerstände 
sind auf 40ppm bekannt. Darum sollte der Aufbau möglichst so sein, dass 
er zu den angegeben Fehlern nichts mehr beiträgt.

Autor: Falk B. (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Steffen (Gast)

>Also vielleicht formulier ich einfach mal die Frage neu.

Das erscheint sinnvoll, siehe Netiquette!!!

>Ich möchte einen Strom aus einer Stromquelle (1uA und 100nA) so genau
>wie es mit den hier vorhandenen Möglichkeiten geht bestimmen.

Das ist aber was GANZ ANDERES als 10V mit 1pA Eingangsstrom zu messen!

>Vorhanden sind einige 6,5 und 7,5 stellige Multimeter und diese Sammlung
>an kalibrierten Widerständen.

Ein erster Ansatz wäre ein Transimpedanzverstärker, der muss auch gar 
keine 10V ausspucken 1-5V reichen vollkommen, man braucht also nicht 
zwingend einen 10V OPV. Und da es eine STROMquelle ist, kann man sie 
wahrscheinlich auch kurzschließen bzw. in einem weiten Bereich mit einem 
beliebigen Widerstand belasten.

Autor: Peter D. (peda)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

Autor: John D. (drake)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Falk B. schrieb:
>
> Ein erster Ansatz wäre ein Transimpedanzverstärker, der muss auch gar

Wo ist jetzt noch der große Unterschied zum ursprünglichen Ansatz des 
TE? OPV + kalibrierter Widerstand vs. OPV + kalibrierter Widerstand?
Klar, der TIA wird schneller eingeschwingen, aber das ist hier 
wahrscheinlich kein Thema.

Autor: Falk B. (falk)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@John Drake (drake)

>Wo ist jetzt noch der große Unterschied zum ursprünglichen Ansatz des
>TE? OPV + kalibrierter Widerstand vs. OPV + kalibrierter Widerstand?

In der geringeren Betriebsspannung des OPV.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok, ich war wohl etwas festgefahren auf meine 10V.
Ich verliere durch 1V statt 10V zwar etwa 7ppm an Genauigkeit und komme 
auch allen Thermospannungen Faktor 10 näher. Meine eingeplanten 10µV 
machen dann auch noch mal 10ppm statt nur 1ppm aus. Alle Offsets sind 
damit auch um Faktor 10 "schlimmer".

Damit wird es dann vielleicht machbarer, aber der Wunsch den OPV aus der 
Betrachtung der Fehler rauszuhalten wird so nicht mehr gehen.

So die riesen Vorteile des TIA gegenüber der direkten Spannungsmessung 
über dem Widerstand sehe ich allerdings immer noch nicht wirklich. Ein 
T-Netz scheidet aus, weil ansonsten das Ratio dieses belasteten Teilers 
genau bekannt sein müsste. Damit bin ich also beim gleichen Widerstand. 
Übrig bleiben dann eigentlich nur die Vorteile der 
Gleichtaktaussteuerung und der niederohmige Eingang, was sich bei 
E-Feldern in der Umgebung positiv auswirken sollte. Habe ich noch etwas 
vergessen?

Das die Offsetdrift nicht schlimm sind vor allem wenn man einen 
Mikrocontroller nutzt sehe ich auch nicht so. Dazu müsste man ja schon 
eine entsprechende Schaltung haben, die den Strom wegschalten kann und 
dabei garantiert keinen Leckstrom verursacht der in der Größenordnung 
der Genauigkeit liegt.
Statische Offsets kann man natürlich schon raus rechnen.

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Peter D. schrieb:
> OPA111

Oh, es gibt diesen OP doch :). Und verfügbar scheint der auch noch zu 
sein. Vielen Dank!

Autor: Arc N. (arc)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> Das die Offsetdrift nicht schlimm sind vor allem wenn man einen
> Mikrocontroller nutzt sehe ich auch nicht so. Dazu müsste man ja schon
> eine entsprechende Schaltung haben, die den Strom wegschalten kann und
> dabei garantiert keinen Leckstrom verursacht der in der Größenordnung
> der Genauigkeit liegt.

Erste Messung, Stromrichtung umkehren, zweite Messung und die Offsets 
fallen raus

Steht zwar mittlerweile Tek drauf, ist aber immer noch das Keithley Low 
Level Measurements Handbook drin
http://www.tek.com/sites/tek.com/files/media/docum...

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ob nun wegschalten oder umpolen. Es bleibt das Problem, dass man sich 
dabei keine zusätzlichen Leckströme im pA Bereich einhandeln darf.

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

die hast Du u.U. alleine schon durch die Buchsen am Widerstand oder 
durch die Verkabelung.

Ich habe mal an einem 100 Meg Widerstand (Kalibrator) an einem Keithley 
2002 gemessen. Da der Meßwert stark streute habe ich versucht die 
(kurzen) Laborleitungen zu verdrillen. Ergebnis: 0.5 % weniger 
Widerstand.

Ich würde versuchen die 10 Meg des Meßgerätes als Shunt zu benutzen.
Leider ist da meist noch eine undefinierte Schutzbeschaltung in Reihe.

Gruß Anja

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die 10Meg sind aber völlig undefiniert während die anderen 10Meg 
kalibriert sind. Meine ursprüngliche Idee war ja auch einfach die 
kalibrierten 10Meg parallel zum Eingang des Multimeters zu schalten. Im 
Prinzip so wie es die Multimeter auch tun, wenn man von High-Z auf 10Meg 
umschaltet. Allerdings verursacht dann der Eingangsstrom des Multimeters 
immer noch große Fehler. Darum der ursprüngliche Buffer.

Das solche Messungen mit entsprechenden Kabeln durchgeführt werden 
nüssen ist klar. Normale Laborleitungen zu verdrillen führt zu großen 
Fehlern.

Autor: Arc N. (arc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> Ob nun wegschalten oder umpolen. Es bleibt das Problem, dass man sich
> dabei keine zusätzlichen Leckströme im pA Bereich einhandeln darf.

Leckströme durch Verkabelung etc. mal außen vorgelassen und in dem 
Spice-Bild oben I3 bzw. I6 weglassen...

Dann ergeben sich, vereinfacht:
mit RM = R1 bzw. R4 und I1, I4 = IBN und I2, I5 = IBP und I3, I6 = IM

Mit IM
V1 = V1P - V1N = -IBN RL3 + IBP RL2 + IBP RM + IM RM - Voff
V2 = V2P - V2N = -IBN RL3 + IBP RL2 - IBN RM - IM RM - Voff
Vm = V1 - V2 = 2 IM RM + IBP RM + IBN RM

Ohne IM
V3 = V1P - V1N = -IBN RL3 + IBP RL2 + IBP RM - Voff
V4 = V2P - V2N = -IBN RL3 + IBP RL2 - IBN RM - Voff
Vo = V3 - V4 = IBP RM + IBN RM

Und damit
Vm - Vo = 2 IM RM

Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Und wer sagt, dass die Relais oder was auch immer man zum umpolen 
verwendet so symmetrisch sind? Das bestromte wird sicher wärmer sein als 
das nicht bestromte und hat allein deshalb schon eine andere 
Thermospannung in der einen Stellung als in der anderen.

Ich will damit nicht sagen, dass es nicht geht und wahrscheinlich sind 
diese Fehler auch alle so klein, dass es nicht stört. Ich will damit nur 
sagen, dass so eine kurze Spice Simulation bei dem man mal komplett 
ideal den Strom umkehrt nicht unbedingt bedeutet, dass es auch real 
problemlos geht.

Autor: Anja (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

für minimale Thermospannungen nimmt man bistabile (Signal-)Relais.

Gruß Anja

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Anja schrieb:
> für minimale Thermospannungen nimmt man bistabile (Signal-)Relais.

... da sonst die Spule noch einstreut während der Messung!

Autor: Arc N. (arc)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Steffen schrieb:
> Und wer sagt, dass die Relais oder was auch immer man zum umpolen
> verwendet so symmetrisch sind? Das bestromte wird sicher wärmer sein als
> das nicht bestromte und hat allein deshalb schon eine andere
> Thermospannung in der einen Stellung als in der anderen.
>
> Ich will damit nicht sagen, dass es nicht geht und wahrscheinlich sind
> diese Fehler auch alle so klein, dass es nicht stört. Ich will damit nur
> sagen, dass so eine kurze Spice Simulation bei dem man mal komplett
> ideal den Strom umkehrt nicht unbedingt bedeutet, dass es auch real
> problemlos geht.

Das es problemlos geht werde ich definitiv nicht behaupten. Das war nur 
der theoretische Teil... diese Messmethode ist nur mehr oder weniger 
üblich, wenn bspw. SPRTs (Standard Platinum Resistance Thermometer) 
gemessen werden oder das Messgerät gut ist...
Einmal wird der Strom verändert, um den Widerstand ohne Strom (ohne 
Selbsterwärmung 1)) berechnen zu können, hier das ganze "umgekehrt", um 
den Strom bei gegebenem Widerstand bestimmen zu können.
Ist im Handbuch von Keithley z.T. unter "Offset-Compensated Ohms Method" 
im Abschnitt "Thermoelectric EMFs and Offset Compensation Methods" zu 
finden.

1) Guide to the Realization of the ITS-90 Platinum Resistance 
Thermometry
http://www.bipm.org/utils/common/pdf/ITS-90/Guide-...

: Bearbeitet durch User
Autor: Steffen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn ich das hier alles noch mal zusammenfasse, dann denke ich nach wie 
vor, dass der Ansatz mit 10V nicht so schlecht ist. Damit sollte man 
Thermospannungen in den einstelligen ppm Bereich bringen, was den 
Einfluss angeht. Dazu den von Peter vorgeschlagenen OPA111, der dann 
auch nur 0,1ppm/K an Drift macht. Den statischen Offset kann man ja sehr 
leicht vorher bestimmen. Der Eingangsstrom macht dann bei 100nA auch nur 
10ppm Fehler. Dann braucht es fast nichts außer den OPA111.


Damit sollte sich dann doch bequem auch über eine Weile messen lassen 
oder bin ich einfach zu beratungsresistent? ;)

Autor: Thomas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.