Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Widerstandsmessung im Mikroohmbereich


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von Hans (Gast)


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Hallo zusammen,

meine Aufgabe ist derzeit, den Übergangswiderstand zwischen zwei 
Flachdrahtkupferleitern zu ermitteln, die an einem Ende mittels 
Laserschweißen fest verbunden werden.
Ich möchte das gerne über eine Vierleitermessung machen.
Der zu ermittelnde Widerstand liegt im Mikroohmbereich, weshalb ich sehr 
präzise elektrische Messtechnik benötige.
Leider habe ich wenig Erfahrung auf diesem Gebiet. Was kommen denn für 
eine solche elektrische Messung für Geräte in Frage?

Danke und Grüße
Hans

: Verschoben durch Moderator
von Holger D. (Gast)


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Keysight 34420A

von eProfi (Gast)


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10A/mm² durchschicken und Spannungsabfall messen.

von Pandur S. (jetztnicht)


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> Der zu ermittelnde Widerstand liegt im Mikroohmbereich, weshalb ich sehr
präzise elektrische Messtechnik benötige.

Inwiefern haengt das zusammen ? Eigentlich gar nicht, man kann auch 
MikroOhm mit nur Prozent Genauigkeit messen.

Wie auch kuerzlich erwaehnt ... hoehe Stroeme verwenden. Allenfalls mit 
Wechselstrom und dann mit Lock-in verstaerken

von Nase (Gast)


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Schau mal auf die Seiten von www.burster.de,
die haben da sogenannte Resistomaten, die können das gut!
Ggf. bietet es sich auch an, das extern messen zu lassen.
VG Nase

von Wolfgang (Gast)


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Hans schrieb:
> Ich möchte das gerne über eine Vierleitermessung machen.

Was heißt "möchte"? Ohne wirst du überhaupt keine Chance haben.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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So groß müssen die Ströme am Ende gar nicht sein, wenn man ein 
Nanovoltmeter benutzt. ZB das schon vorgeschlagene 34420A oder Keithley 
182 oder was auch immer aufzutreiben ist.

Hier habe ich mal 600Mikroohm mit einer Unsicherheit von rund 
1,5Mikroohm gemessen bei nur 1A. Und da lässt sich auch leicht mehr 
Genauigkeit erreichen.
https://lowcurrent.wordpress.com/2017/02/10/kleine-widerstaende-und-offset-compensation/

von Blinky (Gast)


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Schuetz Messtechnik MR 300 C-A

von Ralph B. (rberres)


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Da es sich um zu vermessene Leitungen handelt, welche wohl Ströme eher 
im Kiloamperebereich führen soll, würde ich als Messtrom nicht unbedingt 
1Amp nehmen, sondern deutlich höhere Ströme.

Denn wer weis wie sich der Übergangswiderstand unter dem Einfluss von 
hohen Strömen ändert.

Ralph Berres

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Ich wollte damit auch nur sagen, dass es auch mit moderaten Strömen 
möglich ist solche Widerstände zu messen.
Das Problem an großen Strömen ist ja meist diese mit entsprechender 
Präzision zur Verfügung zu stellen. Darum wird eine Messung bei 10A 
meist weniger genau als mit 1A (kommt natürlich wie immer "darauf" an).

von Hans (Gast)


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Vielen Dank für die vielen Rückmeldungen!
Mittels Messverstärkern kann ich hier nicht viel erreichen?

Grüße
Hans

von Falk B. (falk)


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@Hans (Gast)

>Mittels Messverstärkern kann ich hier nicht viel erreichen?

Diese sind in den entsprechenden Präzisionsmeßgeräten drin.

"Leider habe ich wenig Erfahrung auf diesem Gebiet."

Kauf dir ein fertiges Mikroohmmeter. Alles andere wird deutlich teurer 
und dauert deutlich länger, wobei das Ergebnis am Ende deutlich 
schlechter sein wird.

von burster Fan (Gast)


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von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> 
https://www.burster.de/fileadmin/user_upload/redaktion/Documents/Products/Data-Sheets/Section_2/2316_DE.pdf
>
> Nicht billig, aber Preis-Leistung stimmt.

Und auch hier wird "nur" mit 3A im 2mR Bereich gemessen.


Das Gerät scheint bei 3A minimal 0,1µR aufzulösen. Das sind 300nV am 
Widerstand. Ein 6,5 stelliges Multimeter löst normalerweise 100nV auf 
(Auflösen heißt nicht, dass man es damit stabil messen kann). Für einen 
ersten Versuch wäre das evtl. eine günstigere Möglichkeit, weil ggf. eh 
vorhanden.

: Bearbeitet durch User
von burster Fan (Gast)


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Ja. Don't try this at home.

Es gibt auch noch einen 2304 mit 10 A.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> Ja. Don't try this at home.

Ich wollte damit keinesfalls sagen, dass man es "genauso" ja auch mit 
einem Multimeter machen kann. Ich dachte nur an einen ersten Versuch 
bevor man Investitionen tätigt.

von burster Fan (Gast)


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Das hat keinen Bezug auf deinen gleichzeitig entstandenen Beitrag.

Der Rersistomat pulst im Modus AC die Stromquelle (DC 50 %), damit 
werden Thermospannungen rausgerechnet. Zu Fuß ist das ein bisschen 
sportlich nachzustellen...

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> Das hat keinen Bezug auf deinen gleichzeitig entstandenen Beitrag.

Ah, ok Sorry


burster Fan schrieb:
> Der Rersistomat pulst im Modus AC die Stromquelle (DC 50 %), damit
> werden Thermospannungen rausgerechnet. Zu Fuß ist das ein bisschen
> sportlich nachzustellen...

Genauso habe ich das bei meiner hier verlinkten Messung auch gemacht. 
Ansonsten hat man auch kaum eine Chance die kleinen Spannungen zu 
messen.

Ich habe es gerade mal spaßeshalber durchgetippt und mit einem 
Agilent/Keysight 6632B Netzeil um die 3A zu liefern und einem 
Agilent/HP/Keysight 34401A komme ich auf 0,18% Unsicherheit bei 2mR. Das 
sind natürlich nicht die 0,045% der Burster Kiste, aber für einen 
Versuch sicher annehmbar.

von burster Fan (Gast)


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Völlig richtig. Versuch macht kluch!

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> Der Rersistomat pulst im Modus AC die Stromquelle (DC 50 %), damit
> werden Thermospannungen rausgerechnet. Zu Fuß ist das ein bisschen
> sportlich nachzustellen...

Übrigens ist das auch zu Fuß nicht so schwer nachzustellen. Einfach 
Strom auf 0 stellen, dann NULL am Multimeter drücken und Strom wieder 
an.

Wenn man dann allerdings noch mitteln möchte wird es anstrengend ;) Da 
ist die Steuerung über einen Computer dann wohl schon angebracht.

von Harald W. (wilhelms)


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Hans schrieb:

> meine Aufgabe ist derzeit, den Übergangswiderstand zwischen zwei
> Flachdrahtkupferleitern zu ermitteln,
> Leider habe ich wenig Erfahrung auf diesem Gebiet.

Dann ist die Verwendung eines fertigen Mikroohmmeters
m.E. die einzig sinnvolle Lösung. Bei einer Suche mit
Google mit diesem Begriff sollte man genug passende
Angebote bekommmen. Der gegenüber Standardmultimetern
deutlich höhere Preis ist durch den deutlich höheren
Aufwand gerechtfertgt. Das für den Bau solcher Geräte
nötige "KnoffHoff" erwirbt man nicht durch das Lesen
einiger Internetbeiträge.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Harald W. schrieb:
> Dann ist die Verwendung eines fertigen Mikroohmmeters
> m.E. die einzig sinnvolle Lösung.

Warum? Wenn es nur um eine kurze Messung geht und es nicht die 
alltägliche Aufgabe wird, dann würde ich schon mal schauen wie weit man 
mit evtl. vorhandenen Geräten kommt.
Wie oben erwähnt reicht ein gutes Netzteil (zB Agilent 6632B) und ein 
Wald- und Wiesen Tischmultimeter wie das 34401A aus um 2mR auf besser 
als 0,2% zu vermessen. Sollte das nicht mehr ausreichen, dann muss 
natürlich was vernünftiges her.

von Harald W. (wilhelms)


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Philipp C. schrieb:

>> Dann ist die Verwendung eines fertigen Mikroohmmeters
>> m.E. die einzig sinnvolle Lösung.

> Warum? Wenn es nur um eine kurze Messung geht und es nicht die
> alltägliche Aufgabe wird, dann würde ich schon mal schauen wie weit man
> mit evtl. vorhandenen Geräten kommt.
> Wie oben erwähnt reicht ein gutes Netzteil (zB Agilent 6632B) und ein
> Wald- und Wiesen Tischmultimeter wie das 34401A aus um 2mR auf besser
> als 0,2% zu vermessen.

Das sind theoretische Werte, die man in der Praxis kaum so genau
erzielen wird. Insbesondere wenn man den Satz: "Leider habe ich
wenig Erfahrung auf diesem Gebiet." berücksichtigt. Falls man ein
Messgerät nur für wenige Messungen braucht, kann man es auch mieten.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Harald W. schrieb:
> Das sind theoretische Werte, die man in der Praxis kaum so genau
> erzielen wird.

Ich stimme Dir voll dabei zu, dass es bei Leuten mit wenig Erfahrung zu 
vielen weiteren Fehlerquellen kommen kann, aber warum jetzt bei einer 
Vierleitermessung ein Problem entstehen soll, wenn zwei Strippen zu 
einem Gerät und zwei Strippen zu einem anderen Gerät gehen, das leuchtet 
mir nicht ganz ein. Vier Strippen muss er in jedem Fall anschließen.

Ich will ja, wie auch schon gesagt, nicht sagen, dass es nicht besser 
wäre so ein Mikroohmmeter dafür zu haben. Ich will nur sagen, dass man 
erst mal schauen sollte wie genau es werden soll und ob man das nicht 
ggf. ohne Neuanschaffungen schon hinbekommt. Gerade dann, wenn man eh 
"nur mal gucken" möchte.


PS: Meine Erfahrung zu Datenblattwerten ist eher, dass sie von den 
meisten Messgeräten deutlich unterboten werden.

von burster Fan (Gast)


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Es gibt noch mehr Fehlerquellen,als man denkt, Philipp C. Weiter oben 
hast du auf eine Seite verlinkt, wo ein Shunt in Vierleitertechnik 
kontaktiert wurde.

Der Spannungsabgriff mit Hilfe von Kabelschuhen ist soweit OK, nur 
sollte man die Kabelschuhe auch mal um 360 ° drehen und dabei 
beobachten, was sich am Messwert tut. Das geht in die Unsicherheit ein. 
Natürlich nur, wenn sich die Montageposition während des Messens von der 
späteren Einbausituation unterscheidet.

Die Stromeinspeisung mit Klemmen geht eigentlich gar nicht. An dieser 
Stelle ist der Übergangswiderstand einigermaßen hoch, damit wird unnötig 
Wärme (P=I²*R)in den Widerstand eingebracht. Bei 1 A und einem 
geschätzten Übergangswiderstand von - sagen wir einfach mal 2*50 mOhm - 
sind das immerhin 100 mW. Bei 10 A wären es 10 W.

Daher empfiehlt es sich, bei der Messung so ungefähr die 
Einbaubedingungen und möglichst auch die Ströme so zu wählen, wie sie im 
späteren Einsatz auftreten. Sonst ist die ganze Fehlerrechnung für die 
Katz.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> Die Stromeinspeisung mit Klemmen geht eigentlich gar nicht. An dieser
> Stelle ist der Übergangswiderstand einigermaßen hoch, damit wird unnötig
> Wärme (P=I²*R)in den Widerstand eingebracht. Bei 1 A und einem
> geschätzten Übergangswiderstand von - sagen wir einfach mal 2*50 mOhm -
> sind das immerhin 100 mW. Bei 10 A wären es 10 W.

Das habe ich in dem Artikel aber auch geschrieben:

"die Stromanschlüsse sind aber nur mit Krokoklemmen gemacht. Das ist 
zwar für den Betrieb an einer Stromquelle in erster Näherung egal, aber 
ein schlechter Kontakt bei einem relativ großem Strom (und ICH finde 1 A 
verdammt viel) erzeugt natürlich Verlustleistung und so könnten die 
Anschlüsse unseren Shunt ungleichmäßig heizen."

Wenn man es ordentlich machen will, dann natürlich mit entsprechenden 
Zuleitungen. Wobei es sich am Ende auch relativiert, weil dieser Shunt 
am Ende auch nicht mit nur 1A betrieben wird. Wenn man es ganz genau 
nimmt, dann müsste man auch bei Nennstrom messen.


burster Fan schrieb:
> Der Spannungsabgriff mit Hilfe von Kabelschuhen ist soweit OK, nur
> sollte man die Kabelschuhe auch mal um 360 ° drehen und dabei
> beobachten, was sich am Messwert tut. Das geht in die Unsicherheit ein.

Was meinst Du mit um 360° drehen? Einmal auf dem Metal kratzen? Ich 
denke das sollte mehr oder weniger egal sein, weil Offsets aus der 
Spannungsmessung rausfallen sollten. Oder geht es Dir hierbei um 
Wärmeabfuhr über die Messleitungen?
Was sowas alles angeht ist der verlinkte Aufbau natürlich alles andere 
als ideal, darum ging es dabei auch auch nicht.

Die hier aufgezeigten Probleme will ich auch alle nicht kleinreden, aber 
die verschwinden auch nicht durch den Einsatz des Burster Geräts.

von burster Fan (Gast)


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Die genannten Effekte sind selbstverständlich geräteunabhängig.

Die Spannungsabgriffe meinte ich wie folgt zu handhaben: Messen, um ein 
paar Grad drehen, messen, um ein paar Grad weiter drehen, messen usw. 
Sorry, war missverständlich ausgedrückt.

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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burster Fan schrieb:
> Die Spannungsabgriffe meinte ich wie folgt zu handhaben: Messen, um ein
> paar Grad drehen, messen, um ein paar Grad weiter drehen, messen usw.
> Sorry, war missverständlich ausgedrückt.

Und um welche Fehlerquelle handelt es sich dabei? Kannst Du dazu mehr 
sagen?


Übrigens habe ich eben mal kurz den Widerstand der Krokoklemme zum Shunt 
gemessen. Einfach nur mal eben schnell mit dem Multimeter. Mein 3456A 
kommt dabei auf ~25mR. Nicht schlecht geschätzt von Dir :). Habe da 
ehrlich gesagt noch etwas weniger erwartet. Hast Du viel mit so kleinen 
Widerständen zu tun?

von burster Fan (Gast)


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Der Fehler kommt durch die inhomogene Stromverteilung und den nicht 
punktförmigen Spannungsabgriff. Kann leicht  0,25 % oder mehr ausmachen.

Und ich bin ein niederohmiger Typ, das ist wahr.

von Hans (Gast)


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Also das Gerät von Burster hat einen Messbereich von 2mOhm - 200kOhm.
Wenn die Widerstandswerte kleiner sind reicht das dann ja auch nicht.

Ich denke, wenn ich mir eure Vorschläge anhöre, ist es tatsächlich das 
beste, z. B. ein Nanovoltmeter 2182A von Keitley zu besorgen.

Da es mehrere tausend Proben sind, die ich vermessen muss, ist der Preis 
auch vertretbar...

von Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite


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Hans schrieb:
> Also das Gerät von Burster hat einen Messbereich von 2mOhm - 200kOhm.
> Wenn die Widerstandswerte kleiner sind reicht das dann ja auch nicht.

2mR sind Fullscale in dem Bereich. Die Auflösung ist deutlich größer.

Hans schrieb:
> Ich denke, wenn ich mir eure Vorschläge anhöre, ist es tatsächlich das
> beste, z. B. ein Nanovoltmeter 2182A von Keitley zu besorgen.

Du benötigst dann aber auch noch eine sehr gute Stromquelle. Ich würde 
da wirklich mal rechnen. Gefühlsmäßig würde ich denken, dass Du mit der 
Burster Kiste besser bedient bist.


burster Fan schrieb:
> Der Fehler kommt durch die inhomogene Stromverteilung und den nicht
> punktförmigen Spannungsabgriff. Kann leicht  0,25 % oder mehr ausmachen.

Vielen Dank! Wieder was gelernt. Aber man kann sich bei den Strömen ja 
auch gut vorstellen, dass das Strömungsfeld eine große Rolle spielt. 
Interessant finde ich zu dem Thema auch diese Null-Ohm Widerstände, 
deren Anschlüsse extra so gelegt sind, dass der Spannungsabgriff immer 
auf einer Äuqipotentiallinie liegt.

von ths (Gast)


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2 mOhm / 20000 Digit ist ja nicht schlecht. Es gibt dort noch ein Gerät 
mit 200 Mikroohm Fullscale.

Wenn dein Prüfiung aus Kupfer ist, musst du je nach Anspruch an die 
Messqualität die Temperatur mitbestimmen,  denn der TK von Kupfer ist 
recht groß. An Widerstandsmessgeräte kannst du einen Pt100 anschliessen, 
und du kriegst den 20 Grad Wert angezeigt.

Und du kriegst für so eine Büx einen Kalibrierschein. Für deinen Aufbau 
nicht. Könnte Vorteile haben.

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