mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Messung sehr kleiner Widerstände


Autor: Alex (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Moin zusammen,
ich versuche die Widerstandsänderung von einem dünnen Metallstreifen 
unter mechanischer Last zu bestimmen. Der erwartete Widerstand einer 
Probe liegt bei ca. 2 mOhm. Die Widerstandsänderung bei einigen 
Promille.

Aufgrund der sehr geringen Widerstände fällt eine Messung mit einer 
herkömmlichen Messbrücke leider weg.

Meine Idee sieht vor, einen Differenzverstärker zu verwenden und an 
jeden Eingang je eine Probe zu hängen. Anschließend wird eine Probe 
belastet und es sollte sich eine messbare Differenz am Ausgang des 
MAX4238 einstellen.
In der Skizze sind R1 und R2 die beiden Proben. Nach meinen Überlegungen 
erreiche ich bei den abgebildeten Widerstandsverhältnissen und einer 
Änderung von 1/1000 mOhm (an R2) eine messbare Spannung von ca 2mV am 
Ausgang.

Stimmt das so, oder habe ich bei den Überlegungen einen Denkfehler 
gemacht?

Vielen Dank für eure Unterstützung

Grüße Alex

Autor: ths (Gast)
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
Es gibt durchaus "herkömmliche" handelsübliche Messgeräte, die für sowas 
ausgelegt sind.

https://www.google.com/search?q=burster+2316&ie=ut...


Die Verteilung des Stroms in dem Metallstreifen ist nicht trivial. Du 
brauchst vier Anschlüsse, zwei für Strom und zwei für Spannung (Kelvin). 
Überlege gut, wo und wie der Strom eingeleitet wird. Bein inhomogener 
Verteilung reicht eine kleine Änderung der Anschlussstelle aus, um ein 
anderes Ergebnis zu erreichen.

Autor: MiMa (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Widerstände in "normaler" Größe sind keine Alternative? Handelsübliche 
DMS.

Müssen es unbedingt diese kleinen Metallstreifen sein?
Um ein brauchbares Ergebnis zu erzielen muss die Verstärkung sehr hoch 
sein. Damit du dann aber nicht im Anschalg von dem OP landest, müssen 
die im Aufbau verwendeten Widerstände, Lötstellen, etc. schon sehr 
identisch sein. Dazu kommt noch das Problem mit Temperaturdrifts,..

Autor: reihaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Common-Mode Input Range wird überschritten.
Widerstand im Eingang darf sich nur kleiner 0,2 ppm
ändern, sonst größer als der Messefekt.

Autor: Am Wald (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alex schrieb:
> Stimmt das so, oder habe ich bei den Überlegungen einen Denkfehler
> gemacht?

Warum hat Dein OPV eine Mitkopplung und keine Gegenkopplung?

Autor: Udo S. (urschmitt)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alex schrieb:
> Der erwartete Widerstand einer
> Probe liegt bei ca. 2 mOhm. Die Widerstandsänderung bei einigen
> Promille.

Erkläre mal wie die Schaltung funktionieren soll?
Ich sehe nur einen (falschen?) Subtrahierer der mit beiden Eingängen auf 
5V hängt und du willst jetzt einen der beiden Eingangswiderstände um ein 
"paar Promille" Ohm ändern.
Das würde aber im Umkehrschluss heissen, daß deine R5 und R6 (die in 
Reihe zu den zu messenden Widerständen sind) auf deutlich weniger als 
ein paar Promille Ohm genau sein müssten.
Also eine Genauigkeit von deutlich besser als 0,000001% haben müssten.

Ausserdem müssten bei deinem Schaltbild die OP Eingänge vertauscht sein, 
oder ich habe gerade ein massives Verständnisproblem.
Wie du jetzt zusätzlich das Problem der Thermospannungen in den Griff 
kriegen willst entzieht sich ebenfalls meiner Kenntnis.

Autor: Joe J. (j_955)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Wie willst denn nach dem Verstärker messen?
Wäre es nicht generell zu bevorzugen, eine Komponente(uC,diskr. Baustein 
- ADC- z.B.) zu verwenden?

Abgesehen von der einfacheren Fehlerrechnung könntest Du diese 
Widerstandsänderung mit einem guten DelSig locker auflösen. Der Aufbau 
hat bestimmt eigene Tücken, sicherlich.

Ist eine ratiometrische Messung nicht auch zielführend oder eher 
unüblich?

Ratiometrisch:
->Strom einprägen
->Mit gleichem Pfad den ADC versrogen(Ref. Spg.), oder einfach einen 
zweiten Referenz-Widerstand im Pfad messen um die Fehler rauszuhauen.

Imho liegt der Vorteil auf der Hand.

Autor: Joe J. (j_955)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Alex schrieb:
> Aufgrund der sehr geringen Widerstände fällt eine Messung mit einer
> herkömmlichen Messbrücke leider weg.

Wieso eig.? Nur fürs Protokoll..

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
Datum:

Bewertung
-4 lesenswert
nicht lesenswert
Fuer so kleine Widerstaende und Aenderungen verwendet man einen Lock-in 
Verstaerker. Alles Andere ist Quatsch.

Autor: Joe J. (j_955)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Ach okay, hab die Auflösung nicht beachtet. Dann iss mein Post ohne 
belang.

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

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
"Fuer so kleine Widerstaende und Aenderungen verwendet man einen Lock-in
Verstaerker. Alles Andere ist Quatsch."

Und das ist so pauschal völliger Quatsch.

Autor: Joachim B. (jar)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Am Wald schrieb:
> Warum hat Dein OPV eine Mitkopplung und keine Gegenkopplung?

auf die Antwort warte ich auch

Autor: reihaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wie schon gesagt 4 Leiter Schaltung.
Strom I=10A.
Messphase 1 I=0A Offsetspannungen messen
Messphase 2 I=10A Spannungen messen
Messphase 3 I=-10A Spannungen messen
und alles verrechnen
Messung mit 24Bit ADU bei gutem Aufbau hat man 19Bit rauschfrei

oder mal nach Thomson-Doppelbrücke schauen

oder Burster RESISTOMAT® 2316

Autor: Jetzt ist G. (hacky)
Datum:

Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
10A durch einen Sensor von 3mOhm durchprügeln ? Cool. Macht nur 30mV 
Abfall ueber dem Sensor. Den Rest kannst du ueber einem Seriewiderstand 
verbraten. zB 500mOhm an 5V. Opps, der Kontaktwiderstand ... die 
Schraube etwas mehr anziehen..

Und von diesen 30mV erscheinen nur 30uV als effektives Signal. 
Aufpassen, die Thermospannungen liegen bei uV/K, also den Aufbau 
thermisch stabilisieren.

Allenfalls koennte man den Sensor, dh den Metallfilm, etwas abschleifen, 
oder abaetzen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Harald W. (wilhelms)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Joe J. schrieb:

>> Aufgrund der sehr geringen Widerstände fällt eine Messung mit einer
>> herkömmlichen Messbrücke leider weg.
>
> Wieso eig.? Nur fürs Protokoll..

Nun, mit einer Thomson Brücke ist das Messen von kleinen Widerständen
durchaus möglich, allerdings ist damit eine digitale Auswertung eher
schwierig. Heutzutage macht man das typischerweise so, das man einen
konstanten Strom durch den Widerstand schickt und dann den Spannungs-
abfall am Widerstand misst. Bei kleinen Widerständen macht man das
mit Vierpolmessung (zwei Klemmen für den Strom und zwei Klemmen für
die Spannung). Je höher der durchgeschickte Strom desto höher die
abfallende Spannung und desto einfacher die Messung.

Autor: Joe J. (j_955)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Über welche Ströme reden wir da?
Das war ja mein Vorschlag, braucht man die Verstärkerschaltung dann 
zwingend dazu?

: Bearbeitet durch User
Autor: Jetzt ist G. (hacky)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Nun, die Spannung ueber dem Widerstand waere 2mV/A, und die zu messende 
Differenz in der Richtung von 2uV/A, waehrend Thermospannnungen,zB von 
Chromel-Alumel (Typ K Thermoelement), bei 40uV/K liegen. Bedeutet auch 
mit einer Versterkerschaltung muss man sich sehr viel Muehe geben.
Aber mit einem Lock-in Verstaerker wird's einfacher.

: Bearbeitet durch User
Autor: Andrew T. (marsufant)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jetzt ist G. schrieb:
> Aber mit einem Lock-in Verstaerker wird's einfacher.



Und mit AC-Messung noch einfacher.
Statt da DC zu nutzen.

Es muß ja nicht immer gleich HP Agilent 34420A sein :)

: Bearbeitet durch User
Autor: Jetzt ist G. (hacky)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Ein Lock-in ist AC.

Autor: Andrew T. (marsufant)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jetzt ist G. schrieb:
> Ein Lock-in ist AC.

Ein Rennwagen ist auch ein Auto.

Mann muß aber nicht den jedesmal von Dir favorisierten Rennwagen aka 
Lock-In nehmen,
wenn auch eine "einfache" AC Quelle und eine "einfache" AC-Verstärkung 
reicht. Man(n) also auch mit dem Auto ins Ziel kommt.

Und ja, eine derartige Messung geht bereits OHNE Lock-In in der vom TE 
gewünschten Auflösung.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jetzt ist G. (hacky)
Datum:

Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Ein Lock-in muss nicht ein Stanford SRS820 oder so sein. Es gibt Lock-in 
mittlerweile auch als Chip : ADA2200
Ein Synchrongleichrichter ist nun mal die einfachste Moeglichkeit, eine 
AC Amplitude vernuenftig genau zu messen.
Wie wuerde man das sonst machen ? Log-Amp, und den gesammten RF Mist 
mitmessen ? Praezisionsgleichrichter, mit Offset ?

: Bearbeitet durch User
Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Je nach dem wie viel Strom erlaubt ist würde ich einfach die Stromquelle 
zyklisch umpolen und so die Thermospannung rausrechnen.
Mein Keithley 182 sollte bei 1A damit keinerlei Probleme haben.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Messung mit DC und umpolen ist auch nur eine Variante von AC.

Bei so kleinen Spannungen / Widerständen hat AC schon Vorteile, schon 
weil die Thermospannungen weitgehend wegfallen. Mit Wechselspannung und 
ohne Lockin Technik macht man es sich nur unnötig schwer: die 
Gleichrichtung wird einfacher wenn man das Vorzeichen unabhängig bekommt 
und die Bandbreite und damit das Rauschen ist auch kleiner.

Heute kann die Lockin Technik auch einfach DC mit umpolen ähneln (nur 
eher etwas schneller (z.B. 10-200 Hz)) und einem µC der die Werte des 
ADCs entsprechend abzieht.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Die Messung mit DC und umpolen ist auch nur eine Variante von AC.

Ja, aber anders. Wenn ich an Lockin denke, dann denke ich daran die 
eigentliche Quelle der Signaländerung zu modulieren. In diesem Fall also 
die Auslenkung. Hierbei kommen die Vorteile des Lockin dann voll zum 
Tragen.

Wenn ich hingegen den Strom moduliere (wie beim Umpolen) dann brauche 
ich beim Lockin ja die volle Dynamik. Ich habe zugegebenermaßen wenig 
Erfahrung mit Lockin Verstärkern (habe nur eine uralte Kiste), aber bei 
der Dynamik traue ich einem 6,5 stelligen Nanovoltmeter einfach mehr zu. 
Wie gut ist denn die Dynamik bei einem Lockin auf das gelockte Signal?

Schmalbandig kann ich mit dem anderen Aufbau ja auch werden.

Autor: MaWin (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Alex schrieb:
> Der erwartete Widerstand einer Probe liegt bei ca. 2 mOhm. Die
> Widerstandsänderung bei einigen Promille.

Also 2uV bei 1A, und die willst du auch noch unter einer bestimmten 
Auflösung messen, z.B. auf 1% ? Macht 20nV pro digit.


Vergiss es. Geht theoretisch zwar, aber nicht mal eben so. Man muss 
zwingend Thermospannungen rausrechnen und AC messen. Und eher 100A als 
1A Messtrom benutzen. Man nutzt als Metall also besser Mäander, siehe 
Dehnungsmessstreifen.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
MaWin schrieb:
> Vergiss es

Klingt als sollte man es mal ausprobieren ;)

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Philipp C. schrieb:
> Ja, aber anders. Wenn ich an Lockin denke, dann denke ich daran die
> eigentliche Quelle der Signaländerung zu modulieren. In diesem Fall also
> die Auslenkung. Hierbei kommen die Vorteile des Lockin dann voll zum
> Tragen.
>
> Wenn ich hingegen den Strom moduliere (wie beim Umpolen) dann brauche
> ich beim Lockin ja die volle Dynamik. Ich habe zugegebenermaßen wenig
> Erfahrung mit Lockin Verstärkern (habe nur eine uralte Kiste), aber bei
> der Dynamik traue ich einem 6,5 stelligen Nanovoltmeter einfach mehr zu.
> Wie gut ist denn die Dynamik bei einem Lockin auf das gelockte Signal?
>
> Schmalbandig kann ich mit dem anderen Aufbau ja auch werden.

Auch die alten Lockins sind von der Dynamik  meist recht gut. Man darf 
sich halt nicht auf das oft noch analoge Anzeige-Instrument verlassen, 
sondern den analogen Ausgang nutzen und dann dann ein DMM ran hängen. 
Bei den Geräten aus den 1980'ern kann man auch da noch 5 Stellen nutzen. 
Zumindest bei den etwas besseren Geräten kann man zwischen viel Reserve 
für ein Verrauschtes Signal und guter Dynamik am Ausgang wählen - für 
den Fall hier hat man noch eher wenig Rauschen.

Die Anwendung für einen kleinen Widerstand entspricht einem 
Trägerfrequenzverstärker, aber auch dass können die meisten Lock-in 
Verstärker. Es gibt auch passende Geräte, etwa für die Auswertung von 
DMS - nur ist da der Strom noch relativ klein. Die einfache 
Gleichrichtung mit CMOS-Schaltern ist schon recht stabil und wenn der 
Takt direkt erzeugt wird ist auch die Phase stabil.

Mit DC ist man auch schmalbandig, hat aber oft relativ viel Rauschen und 
thermischen Untergrund. D.h. man wird auch da den Strom umpolen müssen. 
Der Unterschied zu eine modernen digitalen Lockin ist im wesentlichen ob 
man den Strom alle 10-30 Sekunden umpolt, oder mit 10-200 Hz. Im 100 Hz 
Bereich ist die Auswahl an low noise Verstärkern einfach besser und wenn 
es sein muss kann man mit einem Transformator am Eingang arbeiten.

Autor: ths (Gast)
Datum:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
2 mOhm bei 1 A macht 2 mV. Davon 1 % sind 20 µV. Keine allzu große 
Sache.

2316: 2 mOhm bei 3 A macht 6 mV auf 20 000 Digit. 1 Digit = 300 nV. 
Scheint machbar :-)

Beitrag #5516408 wurde von einem Moderator gelöscht.
Autor: Rainer V. (a_zip)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jens schrieb im Beitrag #5516408:
> Es gab doch mal in einem alten Elektorheft aus den 80ern den
> 'Milliöhmer'.

Ja, aber auch die "alten" Elektor-Schaltungen waren nicht ohne! Ich 
denke, dass hier auf jeden Fall ein Lock-In-Verstärker zum Einsatz 
kommen muß! Und da wir uns möglicherweise wirklich im µV Bereich 
bewegen, wird das überhaupt keine einfache Nummer. Von 
Temeraturverhalten über Thermospannungen bis hin zu Kontaktstellen und 
jedem einzelnen Kabel...sehr sportlich!! Bin gepannt auf Berichte.
Gruß Rainer

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
2 lesenswert
nicht lesenswert
MaWin schrieb:
> Also 2uV bei 1A, und die willst du auch noch unter einer bestimmten
> Auflösung messen, z.B. auf 1% ? Macht 20nV pro digit.

ths schrieb:
> 2 mOhm bei 1 A macht 2 mV. Davon 1 % sind 20 µV. Keine allzu große
> Sache.

Ich denke Mawin sprach von der zu messenden Änderung auf den 2mR.


Ich habe mal ein wenig rumgespielt. Der erste Versuch war einfach ein 
Stück Kupferdraht zu nehmen, aber durch den hohen TK von Kupfer sind 
damit kaum stabile Messungen möglich. Darum habe ich dann einen 1mR PBV 
Shunt von Isabellenhütte genommen. 2mR habe ich leider nicht da.

Ich habe dann mit ganz normalen Greifern den Shunt kontaktiert. Da ich 
an meinem Keithley 182 nur Kabelschuhe habe, habe ich einfach einen BNC 
auf 4mm Adapter genommen, dort die Kabelschuhe untergeschraubt und dann 
in die 4mm Buchsen die Kabel mit den Greifern gesteckt. Also alles 
andere als LowThermal ;)

Den Strom (1A) habe ich mit einem Valhalla 2500 
Transkonduktanzverstärker erzeugt, welcher von meinem Knick Kalibrator 
angesteuert wurde. Gemessen wurde der Strom dabei mit einem Burster 
1240-1R Shunt der am 34401A hing.

Die Messung lief so ab: 10 Messungen von Strom und Spannung mit +1A und 
anschließend 10 Messungen bei -1A. Aus beiden Messreihen wurde der 
Mittelwert gebildet und dann jeweils das negative Ergebnis vom positiven 
abgezogen, um so Offsets bei der Bestimmung des Widerstands zu 
unterdrücken.

Ich habe dabei nichts weiter optimiert. Das Keithley 182 stand auf 100ms 
Integrationszeit und das 34401A auf 10NPLC. Die Geräte wurden dann 
einfach im Wechsel gelesen. Man könnte also in der gleichen Zeit 
eigentlich viel mehr Messwerte vom K182 holen.

Anbei das Ergebnis von 200 Messdurchläufen. Die Standardabweichung 
dieser Messreihe beträgt 4,5nOhm. Die angehängte Grafik zeigt die 
Abweichungen der Messungen vom Mittelwert der Messreihe. Die Y-Achse ist 
ebenfalls in nOhm.


Sieht erstmal so aus, als könnte man so etwas durchaus messen.

Einen Haken gibt es an der Messung allerdings noch. Der gemessene 
Widerstand beträgt 1,0094mR. Das ist zuviel für einen 0,5% 1mR Shunt.

Hat jemand eine Idee, wo dieser Fehler herkommen kann?

Viele Grüße
Philipp

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nachtrag: Der Fehler scheint an meinem Keithley 182 zu liegen. Am 
Kalibrator bekomme ich auch 1,01mV statt 1mV. Bei 2mV zeigt es dann 
2,02mV. Also wirklich ein fetter Gain Fehler.

: Bearbeitet durch User
Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
So nachdem der Fehler für das falsche Gain des Nanovoltmeters gefunden 
war und das Gerät neu kalibriert wurde, kommt nun eine Abweichung von 
-0,06% für den Isabellenhütten Shunt raus. Somit ist die Messung nun 
auch plausibel. An den übrigen Daten zur Messung hat sich 
erwartungsgemäß nichts geändert.

Wie belastbar die -0,06% sind, habe ich nicht durchgerechnet.

Wenn man mal davon ausgeht, dass die Spannung auf rund 100ppm stimmt und 
der Strom auf 200ppm, dann wäre man im Bereich von +/-0,025%.

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Messung mit umpolen und Abziehen entspricht einer Messung nach dem 
Lockin Prinzip, nur halt mit niedriger Frequenz. Je 10 Messungen a 100 
ms und etwas Einschwingzeit dürften etwa 0.3-0.5 Hz geben. Bei niedriger 
Frequenz hat man ggf. mehr thermisch verursachtes Rauschen.

Der Shunt als Testobjekt hat gegenüber einem eher normalen Stück Metall 
ggf. den Vorteil, dass die Thermospannung relativ klein ist.

Wegen Temperaturschwankungen wird man beim realen Test auch kein so hohe 
Genauigkeit erwarten können, egal wie gut da Messgerät ist.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich wollte eigentlich auch nur sehen, wie weit man mit normalen 
Messgeräten kommt.
Bei der Messzeit bis zum Umpolen lässt sich sicher noch einiges 
optimieren.

Warum erwartest Du beim Shunt kleinere Thermospannungen? Er ist doch 
genauso verzinnt, wie der Draht den ich zuerst versucht hatte.

Es wäre mal interessant zu sehen wie viel Dynamik und auch Linearität 
jemand mit einem Lockin zeigen kann. Das wäre für die präzise Messung 
von Widerständen dann ja interessant. Ist mir bisher aber nicht 
begegnet.

Autor: U. M. (oeletronika)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
ich halte deinenVorschlag eines Lock-In auch für ziemlich überflüssiges 
Overingineering.
> Jetzt ist G. schrieb:
> Ein Lock-in muss nicht ein Stanford SRS820 oder so sein. Es gibt Lock-in
> mittlerweile auch als Chip : ADA2200
> Ein Synchrongleichrichter ist nun mal die einfachste Moeglichkeit, eine
> AC Amplitude vernuenftig genau zu messen.
Wo zu braucht man bei solch einer Messaufgabe AC?

Paar 10mV mit Genauigkeit im sub-uV-Bereich ohne relevanten Offsetfehler 
zu verstärken ist inzwischen mit 0815-Schaltungstechnik möglich. 
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
Wenn es denn noch nicht reicht, dann nimmt man eben "Zero-Drift-OPV" 
(Chopper-Stabilized OPA),
http://www.analog.com/en/parametricsearch/11096
klassisch seit Jahrzenhten bekannt der der ICL7650
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/ICL76...

> Wie wuerde man das sonst machen ? Log-Amp, und den gesammten RF Mist
> mitmessen ? Praezisionsgleichrichter, mit Offset ?
Alles IMHO viel zu umständlich.
Einfach DC-Strom drauf geben und sauber mit einem geeigenten OPV 
verstärken.
Da braucht es auch keinen ADC mit 24 Bit und ähnliche Extreme.

Die Meßfehler durch Eigenerwärmung, Kontaktierung der Zuleitungen 
(Stromverteilung), Thermospannungen usw. werden am Ende wohl eher der 
limitierende Falkor sein.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: U. M. (oeletronika)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
> Philipp C. schrieb:
> Es wäre mal interessant zu sehen wie viel Dynamik und auch Linearität
> jemand mit einem Lockin zeigen kann. Das wäre für die präzise Messung
> von Widerständen dann ja interessant. Ist mir bisher aber nicht
Das sehe ich auch so.
Mit einer DC-Messung kann man kurze Impulse machen, um die thermische 
Trägheit zu nutzen und damit Effekte durch Eigenerwärmung zu minimieren.
Da ist man wohl schon lange mit der Messung fertig, bevor der Lock-In 
überhaupt eingeschwungen ist.
Gruß Öletronika

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kann man alles machen. Im Prinzip und mit viel Zeit. Was meint 
eigentlich der Thread-Eröffner Alex?

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
U. M. schrieb:
> Wo zu braucht man bei solch einer Messaufgabe AC?
>
> Paar 10mV mit Genauigkeit im sub-uV-Bereich ohne relevanten Offsetfehler
> zu verstärken ist inzwischen mit 0815-Schaltungstechnik möglich.
> 
http://www.analog.com/media/en/technical-documenta...
> Wenn es denn noch nicht reicht, dann nimmt man eben "Zero-Drift-OPV"
> (Chopper-Stabilized OPA),

Der Offset des Verstärkers ist hier weniger ein Problem als die 
Übergänge zum DUT.

Bei den Messungen habe ich ich positive Spannung, negative Spannung 
sowie beide Ströme mitgeloggt. Anbei eine Grafik die die 
Offsetkompensierte Messung (blau) mit dem berechnen des Widerstands 
einfach nur aus positiver Spannung und Strom zeigt. Die rote Kurve ist 
nicht nur "unruhiger" sie hat auch einen Offset. Ob man damit leben kann 
ist wieder eine andere Sache. In vielen Fällen würde es wohl auch so 
reichen.

Der Widerstand befand sich bei der Messung in einer Styroporbox um ihn 
vor schnellen Temperaturänderungen und Luftzügen zu schützen.

U. M. schrieb:
> Mit einer DC-Messung kann man kurze Impulse machen, um die thermische
> Trägheit zu nutzen und damit Effekte durch Eigenerwärmung zu minimieren.

Aber die Frage ist da ja auch wieder, welche Dynamik man erwarten kann. 
Hier soll ja bei 1:1000 gemessen werden und an hätte ja gern noch ein 
bis zwei Stellen mehr als man messen muss.

Nachtrag: Ich habe den Shunt mal aus der Box rausgenommen und noch 100 
Messungen laufen lassen. Man sieht schön wie die Kompensation 
funktioniert.

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

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Eine Lock-in benoetig man in der Regel, um das Signal aus dem Rauschen 
zu ziehen. Dies erreicht man durch reduzieren der Bandbreite. Bei einer 
Mdulationsfrequenz von 10^5 und einer nachfolgenden Filterung auf 1Hz 
kann man das Signal um den Faktor 10^5(100dB) aus dem Rauschen ziehen. 
Ein Nebeneffekt ist, dass man auch Thermspannungen los wird.

Ich hatte auch mal einen Widerstand zu messen, einen NTC, der hatte bei 
Raumtemperatur 50 Ohm, und bei Heliumtemperatur 1.5kOhm. Durfte 
allerdings aus Selbsterwaermungsgruenden nur 3mV drueber haben. Also mit 
100k in Serie mit 100mV beaufschlagen. Dann bei Raumtemperatur, 
Stickstoff und Helium kalibrieren.

Nun kann man das Prinzip bei reduzierten Anforderungen abspecken, ja. 
kann man, sollte man.

Autor: Lurchi (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für die Aufgabe hier hilft ein Lockin gegen Thermospannungen am DUT, 
halt ähnlich wie das Umpolen, nur halt schneller und in einem Gerät.

Das Einschwingen beim Lockin muss nicht so lange dauern - vor allem 
nicht bei modernen digitalen, die einen FIR-Filter nutzen können. 
Ersatzweise liest man den analogen Ausgang mit einem DMM aus und nutzt 
die Integrationszeit des DMM (bzw. digitales mitteln) als Filter und 
weniger analoge Filterung. Das ist effektiver als am analogen Lockin 
eine sehr lange Filterzeit einzustellen.

Der DC Aufbau dürfte schon länger benötigen um ein thermisches 
Gleichgewicht der Kabel usw. zu bekommen.

Die Messung mit Pulsen hilft auch nur sehr begrenzt, wenn überhaupt: Um 
in dem kurzen Puls genügend Auflösung zu bekommen müsste man die 
Amplitude höher wählen und hat damit dann auch wieder den quasi gleichen 
Energieeintrag für die Messung.

Die Möglichkeit auch starkes Rauschen zu unterdrücken ist nur einer der 
Gründe einen Lockin zu nutzen. Der Lockin ist einfach der bessere 
Gleichrichter für eine AC Messung. Neben der Bandbreite beschränkt man 
über die feste Phase das Rauschen auch noch einmal auf die Hälfte.

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Lurchi schrieb:
> Für die Aufgabe hier hilft ein Lockin gegen Thermospannungen am DUT,
> halt ähnlich wie das Umpolen, nur halt schneller und in einem Gerät.

Naja, in einem Gerät halte ich nicht für ein Argument. Viele 
hochauflösende DMM haben ja eine derartige Offsetkompensation eingebaut. 
Und der handelsübliche Lockinverstärker wird sicher auch nicht direkt 1A 
treiben können.
Schneller ist sicher ein Argument, gerade wenn es um so etwas wie einen 
DMS geht.


Lurchi schrieb:
> Der Lockin ist einfach der bessere
> Gleichrichter für eine AC Messung.

Für Anwendungen bei denen es nur darauf ankommt das Signal überhaupt zu 
finden (etwas überspitzt, etwas Genauigkeit erreicht man sicher), wie 
z.B. der Temperatursensor bei nur 3mV glaube ich sofort an einen Lockin.

Wie sieht es aber bei wirklich hochauflösenden Messungen aus? Ein Fluke 
8508A polt ja auch "nur" den Strom um, bei der Widerstandsmessung. Ich 
kann mir irgendwie nicht vorstellen, dass man mit diesem ganzen 
Signalverarbeitungspfad (beim Lockin) in den ppm Bereich kommen kann.

Autor: Holla (Gast)
Datum:

Bewertung
-2 lesenswert
nicht lesenswert
Weswegen sollte man eine Messbruecke mit 1A treiben, wenn 1mA auch 
genuegt ?

Autor: Philipp C. (e61_phil) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Holla schrieb:
> Weswegen sollte man eine Messbruecke mit 1A treiben, wenn 1mA auch
> genuegt ?

Wenn dem so ist macht man es ja auch nicht, aber hier ging es um 1 
Promille von 2mR, die man schon gern noch so mit 1% auflösen wollte. 
Also so 20nR.

20nR * 1mA = 20pV  Das halte ich dann doch schon nicht mehr nur für 
sportlich.

Autor: xxx (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Lockin oder nicht?


Ein Resistomat z. B. arbeitet ohne mit einer DC Stromquelle, die 
alternativ je nach Modell zusätzlich einstellbar niederfrequent gepulst 
oder mit langsamem Umpolen funktioniert. Der Grund liegt darin, dass für 
bestimmte Anwendungen DC Messungen normativ vorgeschrieben sind (z.B. 
bei Meterstücken von Leitungsseilen) oder dass riesige Induktivitäten 
(z.B. bei Transformatorwicklungen der 500 MW Klasse) den Einsatz von 
Wechselstrom unmöglich machen, hier liegen die Messzeiten durchaus bei 
20 min, bis die Induktivität "geladen" ist. Andere Kunden fordern für 
Ihre Prüflinge eine Messung bei Strömen/Belastungen, die dem späteren 
praktischen Einsatz mindestens ungefähr entspricht. Oder wünschen 
Messzeiten im ms-Bereich zur Prüfung von Sicherungen in der 
Serienfertigung. Funktioniert alles nicht so einfach mit AC-Messung.

Alternative Produkte arbeiten mit sehr hohen gepulsten einmaligen 
Stromimpulsen, was an sich sehr elegant funktioniert, aber Prüflinge mit 
induktiven Komponenten ausschliesst.

Weiterhin ist es zwingend erforderlich, dass zum Abgleich der 
Widerstandsmessgeräte genau bekannte Widerstände notwendig sind - und 
diese werden mit Gleichstrom kalibriert. Mit Wechselstrom ergäben sich 
Frequenzabhängigkeiten, was übrigens auch für das Widerstandsmessgerät 
und den Prüfling gilt. Der Aufwand, verschiedene Frequenzen zu 
berücksichtigen, wäre unbezahlbar. Sowohl im Messgerät als auch bei der 
Kalibrierung und der Justage.

Also was möchte man denn nun eigentlich messen? Oft nur die 
DC-Komponente des Widerstandswerts. Was prinzipiell auch mit AC Messung 
und anschließender FFT zu machen wäre, aber wer tut sich das denn 
freiwillig an? Der Aufwand ist erheblich.

Für industrielle Zwecke steht Messung mit DC also an erster Stelle, für 
wissentschaftliche Zwecke mag AC sicherlich die bessere Lösung sein.


Lockin oder nicht – kommt drauf an.

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.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.