Hallo zusammen, in 2018 habe ich diesen Thread gestartet: Beitrag "1000A Shunt bei 1A gemessen, Widerstand zu groß?" Dabei ging es um die Messung eines 1000A Shunts mit 60µR. Das war (zumindest für mich) sehr unterhaltsam und lehrreich. Im Zuge des Baus einiger Shunts (100mR, 10mR und 1mR) kam auch dieser 1000A Shunt wieder in meine Hände. 2018 habe ich diesen zu 60,86µR gemessen und war mir recht sicher, dass das Ergebnis in der Größenordnung von 0,1% stimmen würde. Nun habe ca. 2,5 Jahre später diesen Shunt erneut gemessen und komme jetzt auf 60,72µR. Der Shunt lag in der Zwischenzeit nur in der Schublade und wurde nie stark belastet. Ich kann mir daher nicht vorstellen, dass er um >0,2% gedriftet ist. Damit war also entweder die Messung damals nicht auf 0,1% genau, die Messung jetzt stimmt nicht oder beides stimmt nicht ;) Gemessen wurde wieder mit dem Keithley 182 Nanovoltmeter und einem Burster 1240 1R Shunt. Der Burster 1R Shunt hat sich in den letzten Jahren als äußerst stabil erwiesen. Ich habe ihn vor den Messungen gegen meinen Fluke 5450A Widerstandskalibrator verglichen und die beiden Widerstände passen auf wenige ppm mit ihren Kalibrierwerten zusammen. Zusätzlich habe ich in der Zwischenzeit einen Multiplexer mit LowThermal Relais gebaut. Mit diesem kann ich den Eingang des Keithley 182 auf zwei Quellen umschalten. Um die gebauten Shunts zu bestimmen habe ich zunächst 1:10 Transfers beginnend mit dem Burster 1240 1R gemacht. Also Burster 1240 1R mit 100mR in Reihe geschaltet. Dann zunächst +1A angelegt und dann die Spannungen an beiden Widerständen gemessen. Dann -1A und wieder beide Spannungen gemessen. Diese Messung wurde dann 50mal wiederholt. Damit ergibt sich das Ratio zu: ratio = (R1pos - R1neg) / (R2pos - R3neg) Durch die Umkehrung des Stroms sollten sowohl Thermospannungen als auch Offsets des Keithley 182 unterdrückt werden. Die Kalibrierung des 182 ist dafür auch unwichtig, weil immer nur Verhältnisse in einem Range gemessen werden und das Gain sich somit rauskürzt. Ähnliches gilt für die 1A. Diese müssen auch nur während eines Vergleichs stabil sein. Langzeitstabilität und absolute Genauigkeit spielen keine Rolle. So habe ich dann: 1R -> 100mR 100mR -> 10mR 10mR -> 1mR übertragen. Nachdem nun die Werte aller Shunts (Isabellenhütte AH und PBVs) bestimmt waren, habe ich überlegt ob man den 1mR Wert noch über einen anderen Weg verifizieren kann. Hierzu habe ich zunächst den Gain des Keithley 182 bestimmt, in dem ich durch den sehr gut bekannten Burster 1240 1R 1mA geschickt habe und somit 1mV erzeugt habe. Die 1mA habe ich dabei einfach mit dem HP 3458A gemessen. Die ca. 25ppm Unsicherheit sollten hier vollkommen ausreichend sein. Auch hier habe ich wieder mit +/- 1mA gemessen, weil nur der Gain wichtig ist und Offsets so wieder unterdrückt werden. Mit dem nun bekanntem Gain des Keithley 182 bei 1mV konnte ich dann eine U/I Messung am 1mR Shunt durchführen. Der Strom (+/-1A) wurde dabei mit dem Burster 1240 und HP 3458A (1V) gemessen. Die Mittelwerte der Transfermessung und der U/I Messung unterschieden sich dabei um weniger als 70ppm. Das ist imho ein sehr ordentliches Ergebnis, wenn man bedenkt, dass die ganzen Shunts mit etwa 30ppm/K angegeben sind und hier keine super stabilen Temperaturen herrschen. So nach dem ganzen Text nun endlich zum 1000A Shunt: Um diesen nun auch zu bestimmen habe ich diesen bei 1A gegen den 1mR verglichen. Das führte (wie auch mit 100mA) zu 60,72µR. Da dies deutlich unter den 60,86µR liegt, habe ich dann auch hier eine U/I Messung gemacht. Auch diese ergab 60,72µR. Um auszuschließen, dass die 1mV Kalibrierung nicht hinreichend ist um 60µV zu messen, habe ich den 1mR Shunt mit dem bereits bestimmten Wert verwendet um hieran 60µV (bei 60mA, gemessen wieder mit HP3458A) zu erzeugen. Erwartungsgemäß hat dies nichts am Ergebnis verändert. WARUM ist der Wert nicht mehr bei 60,86µR wie 2018? Die Unsicherheit der U/I Messung würde ich wie folgt abschätzen: R = U / I = (RBurster * 1mA) / (UBurster/RBurster) RBurster -> 200ppm (steht drauf, ist aber viel besser) 1mA -> 25ppm (HP 3458A) UB -> 4,3ppm (HP 3458A) Damit komme ich auf ca. 285ppm für die 1mR Messung. Die Transferstabilität des K182 ist im 3mV Bereich mit 5ppm + 9ppm of Range angeben. 3mV/1mV * 9ppm + 5ppm = 32ppm 3mV/60µV * 9ppm + 5ppm = 455ppm Macht dann imho sehr konservativ gerechnet 540ppm Unsicherheit für die Messung des 60µR. Sicherlich übersehe ich hier etwas, aber was? Kann mir jemand sagen, was ich hier übersehen habe oder vielleicht hat auch noch jemand eine weitere Idee den 60µR Shunt zu messen um eines der Ergebnisse zu bestätigen. Viele Grüße Philipp
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oszi40 schrieb: > Gleiche Umgebungstemperaturen? Ich habe das damals nicht vernünftig aufgezeichnet, aber in dem alten Thread kam ein TK von ca. 30ppm/K heraus. 2000ppm/30ppm/K = 66K An so eine Differenz würde ich mich erinnern ;)
Vielleicht hast du Thermospannungen aufgrund des Aufbaus. Da reichen schon kleinigkeiten. Ich muß dabei an Wägezellen denken, die hatten idR 7-polige "MIL Stecker" mit ca. 4mm Abstand. Damit waren Messungen besser als 6.000 Skalenteie schon unzuverlässig. Mit RJ45-Steckverbindungen einer bestimmten Be-Cu-Legierung gings dann bis 16.000 Skalenteilen. -> Überprüfe mal deinen Shunt, ob vielleicht eine Seite ein klein wenig anders verbunden ist als die andere.
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Helge schrieb: > Vielleicht hast du Thermospannungen aufgrund des Aufbaus. Da > reichen > schon kleinigkeiten. Ich muß dabei an Wägezellen denken, die hatten idR > 7-polige "MIL Stecker" mit ca. 4mm Abstand. Damit waren Messungen besser > als 6.000 Skalenteie schon unzuverlässig. Mit RJ45-Steckverbindungen > einer bestimmten Be-Cu-Legierung gings dann bis 16.000 Skalenteilen. -> > Überprüfe mal deinen Shunt, ob vielleicht eine Seite ein klein wenig > anders verbunden ist als die andere. Thermospannungen sind auf jeden Fall vorhanden. Darum wende ich den Strom. Wenn zunächst +1A durch die 60µOhm fließt, dann entstehen 60µV + Thermospannung. Wenn im nächsten Schritt nun -1A durch den Widerstand fließen, dann entstehen -60µV +Thermospannung. Das Ratio wird, wie oben geschrieben, wie folgt bestimmt: ratio = (R1pos - R1neg) / (R2pos - R3neg) Wenn pos und neg innerhalb weniger Sekunden gemessen werden, dann ist bei fast 1kg Shunt davon auszugehen, dass sich die thermischen Gradienten nicht nennenswert verändert haben. Die Thermospannungen also in erster Näherung konstant sind. Durch die Differenzbildung fällt diese somit raus. Man kann jetzt die Daten auch einfach mal nehmen und diesen Offset ausrechnen: offset = (R2pos + R2neg)/2 Das habe ich im Anhang mal über die 50 Messungen geplottet. Das beinhaltet allerdings alle Offsets nicht nur die am Shunt. Also der Multiplexer und auch das Keithley 182 sind da noch enthalten. Viele Grüße Philipp Edit: Die Variablen, die hier Rx heißen sind keine Widerstände sondern die gemessenen Spannungen.
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Philipp C. schrieb: > WARUM ist der Wert nicht mehr bei 60,86µR wie 2018? Das Wort zum Sonntag: "nie wieder abschrauben". Quelle: Beitrag "Re: Klassenangabe bei Shunts" Auch interessant: Beitrag "Re: Klassenangabe bei Shunts" Im dort verlinkten Dabla lässt sich am ersten Bild erahnen wie sich der Hersteller die Kontaktierung vorstellt. Zu deinen "neuen Flammen": sehen edel aus, allerdings hätte ich deren Wert oben (oder vorne) draufgeschrieben.
Es ist ja schon fast alles geschrieben. Ich möchte nur anregen, statt mit 1 A lieber mit 100 A Konstantstrom zu messen. Da ist man doch deutlich näher an den Einsatzbedingungen. Und ein 0,5 % Shunt wird nicht unbedingt viel besser im Laufe der Zeit. Falls dran rumgelötet wurde, schon gar nicht.
Wenn die Shunts damals neu waren, könnte das auch an der natürlichen Alterung liegen. Am besten Isabellenhütte kontaktieren und fragen, ob die vorgealtert sind oder was sie sonst für eine Erklärung haben. (Deshalb schätze ich die antiken Stöpseldekaden aus Manganin, die sind garantiert gealtert)
ths schrieb: > Es ist ja schon fast alles geschrieben. Ich möchte nur anregen, > statt > mit 1 A lieber mit 100 A Konstantstrom zu messen. Da ist man doch > deutlich näher an den Einsatzbedingungen. Und ein 0,5 % Shunt wird nicht > unbedingt viel besser im Laufe der Zeit. Falls dran rumgelötet wurde, > schon gar nicht. Ja, wenn man ihn für 1000A einsetzen würde, dann ist es sicher Quatsch so zu messen. Ich habe ihn damals einfach mitgenommen, weil es mich interessiert hat mal 60µR zu messen. Wie würdest Du so einen Shunt mit 60µR bei 100A denn vermessen? Mit einem direkt kalibrierten 100µR Shunt? Oder hangeln die Profis sich auch erst an den Wert heran? Der Shunt hat auch seit 2018 nie mehr als 1A gesehen. Darum bin ich so überrascht, dass ich ihn nun rund 0,2% woanders messe. Ggf. ist das einfach mechanisch passiert. Gelötet wurde daran nicht. Das ist auch ein riesen Klotz den ich damals zu 905g gewogen habe. 2aggressive schrieb: > Im dort verlinkten Dabla lässt sich am ersten Bild erahnen wie sich der > Hersteller die Kontaktierung vorstellt. Danke für die Links! Die sehen sehr interessant aus. Die Spannungsabgriffe habe ich genauso angeschlossen wie es dort abgebildet ist. Werner H. schrieb: > Wenn die Shunts damals neu waren, könnte das auch an der natürlichen > Alterung liegen. Dieser 60µR Shunt ist alt. Wie alt genau weiß ich nicht, weil er gebraucht zu mir kam. Aber sicher viel älter als die Zeit, die nun seit 2018 vergangen ist.
Wichtige Zusatzinfo, daß der schon alt zu dir kam. Dann hast du den neu angeschlossen, neuer Kabelschuh für die Meßleitung? - Es könnte sein, daß sich das Kupfer gesetzt hat, der Kontakt jetzt ein wenig anders ist als beim Zusammenbau.
Helge schrieb: > Wichtige Zusatzinfo, daß der schon alt zu dir kam. Dann hast du den neu > angeschlossen, neuer Kabelschuh für die Meßleitung? - Es könnte sein, > daß sich das Kupfer gesetzt hat, der Kontakt jetzt ein wenig anders ist > als beim Zusammenbau. Der lag ohne Kabel in der Schublade. Die Kabelschuhe sind die vom Low Thermal Messkabel. Beim Spannungsabgriff sollte es ja auch relativ egal sein. Es sei denn, man greift die Spannung nicht mehr an der gleichen Stelle ab. Ich werde in den nächsten Tagen mal schauen wie er auf mechanischen Stress reagiert.
Na, wenn der Kabelschuh beim 2. mal anschrauben ein bisschen weiter vorn ein bisschen besseren Kontakt hat als bei der 1. Messung, kann das schon ein anderes Ergebnis ausmachen.
Wir haben einen 100 µOhm Shunt, der von 20 A bis 500 A in ein paar Stufen ausgemessen wurde. Nochmal zu deinem Shunt: Auf ein Brett schrauben. Stromanschlüsse über eine fest montierte Gewindestange realisieren, am Spannungsanschluss bleibend installierte Messleitungen.
Das Foto iriitiert mich. Sind diese Polklemmen wirklich für 1000A geeignet? Ich würde ihnen aus dem Bauch heraus maximal 20A zumuten wollen.
Hallo Philipp Philipp C. schrieb: > Der Shunt lag in der Zwischenzeit nur in der Schublade und wurde nie > stark belastet. Ich kann mir daher nicht vorstellen, dass er um >0,2% > gedriftet ist. Zunächst dachte ich, dass Du womöglich einem Rechenfehler unterliegst. Aber ja, wenn man die 60,86uOhm als Absolut annimmt kommt das hin. Wenn man die Zahlen aber ohne das Mikro betrachtet sind das 0,00006072Ohm anstelle 0,00006086Ohm. Für die allermeisten einfach nur ein Kurzschluß. Allerdings weis ich auch aus eigenen Messversuchen, einige Größenordnungen größer, dass hier die Kontaktierung schon eine gewisse Rolle spielt. Möglicherweise reichen hier schon Verunreinigungen an der Oberfläche aus oder ein anderes Aufspannen des Shunts. Ich finde es jedenfalls faszinierend bis in solche Bereiche so präzise messen zu können. Daher ein Danke, dass Du uns an deinen "Problemen" teilhaben lässt. ths schrieb: > Wir haben einen 100 µOhm Shunt, der von 20 A bis 500 A in ein paar > Stufen ausgemessen wurde. Wie habt Ihr den Strom mit der erforderlichen reproduzierbaren Präzision erzeugt. Bis 1A oder meinetwegen auch 10A, OK. Aber 500A? LG Armin
Wir haben das extern kalibrieren lassen. Ich bin im Home-Office und kann von hier nicht in die Kalibrierscheine schauen, entweder war das bei der PTB oder bei METAS. Im Haus können wir nur bis 100 A.
OK "Nur" bis 100A... Die muss man auch erst mal präzise und vor Allem auch temperaturstabil hinbekommen. Philipp redet ja immerhin von Differenzen von 0,2% seit der letzten Messung.
Ein Link auf das Datenblatt des Widerstands wäre nicht schlecht. Ohne läßt sich schlecht beurteilen, ob die Abweichung zu hoch ist. Thermospannungen können einen großen Einfluß haben. Ich würde mal mit 50Hz messen.
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Stefan ⛄ F. schrieb: > Das Foto iriitiert mich. Sind diese Polklemmen wirklich für 1000A > geeignet? > > Ich würde ihnen aus dem Bauch heraus maximal 20A zumuten wollen. Wenn Du das Foto aus dem Knick Datenblatt meinst, dann ist da nur eine Leitung für den Spannungsabgriff dran. Armin X. schrieb: > OK > "Nur" bis 100A... > Die muss man auch erst mal präzise und vor Allem auch temperaturstabil > hinbekommen. ths wird mich womöglich gleich korrigieren, aber so riesige Ansprüche an die Stromquelle hat man ja gar nicht. Es wird ja alles auf den kalibrierten Vergleichsshunt zurückgeführt. Die Stromquelle muss dann nur innerhalb einer Messung stabil sein (was auch schon sehr anspruchsvoll ist). Ich war Anfang letzten Jahres bei der PTB um ein Hochspannungsmessystem zu verifizieren. Dort wird auch "einfach" mit zwei Teilern gleichzeitig gemessen. Dadurch muss die Hochspannung nicht perfekt stabil sein und man kann dennoch sehr präzise Vergleiche machen. Peter D. schrieb: > Ein Link auf das Datenblatt des Widerstands wäre nicht schlecht. > Ohne läßt sich schlecht beurteilen, ob die Abweichung zu hoch ist. Ein Datenblatt gibt es nicht. Peter D. schrieb: > Thermospannungen können einen großen Einfluß haben. Ich würde mal mit > 50Hz messen. Ich messe mit Wechselspannung: Philipp C. schrieb: > Thermospannungen sind auf jeden Fall vorhanden. Darum wende ich den > Strom. Wenn zunächst +1A durch die 60µOhm fließt, dann entstehen 60µV + > Thermospannung. Wenn im nächsten Schritt nun -1A durch den Widerstand > fließen, dann entstehen -60µV +Thermospannung. > > Das Ratio wird, wie oben geschrieben, wie folgt bestimmt: > > ratio = (R1pos - R1neg) / (R2pos - R3neg) > > Wenn pos und neg innerhalb weniger Sekunden gemessen werden, dann ist > bei fast 1kg Shunt davon auszugehen, dass sich die thermischen > Gradienten nicht nennenswert verändert haben. Die Thermospannungen also > in erster Näherung konstant sind. Der Rest des Beitrages oben dreht sich auch um die Thermospannung die dort auch dargestellt ist. Bei 50Hz 60µV auf viel besser als 0,1% zu messen halte ich erst mal für sehr sportlich. Ich kann das zumindest nicht. Ich habe eigentlich sogar immer drei Messungen pro Polarität gemacht um mal damit zu spielen die Drift der Stromquelle innerhalb einer Messung weiter zu kompensieren. Die Idee dabei ist, erst den Referenzshunt zu messen, dann den zu untersuchenden und dann wieder den Referenzshunt. Für die Bestimmung des Ratios habe ich dann den Mittelwert der beiden Referenzmessungen verwendet. Wenn es nun eine lineare Drift innerhalb der Messung gegeben hat, dann entspricht der Mittelwert dem Strom, den man bei der Messung des zu untersuchenden Shunts hatte. Also kommt man näher an den Vergleich zweier Messungen beim gleichen Strom. Die Aufwärmung der Stromquelle wird zwar insgesamt betrachtet einer e-Funktion folgen, aber Abschnittsweise kann man das schon linearisieren. Einen riesen Unterschied hat das aber nicht gemacht. Ich habe eher mit Rauschen zu kämpfen. Ich habe die Drift der Stromquelle dafür auch einmal absichtlich provoziert, indem ich den Transkonduktanzverstärker ausgelassen habe und alles bei 1A mit einem Netzteil "vorgeheizt" habe. Das heißt die Shunts (war bei 1Ohm bzw. 100mOhm) waren bereits warm und die Quelle kalt. Aber auch mit nur zwei Messungen pro Polarität fällt das im Prinzip ganz raus. Das Bild im Anhang zeigt so eine Messung. Der oberste Plot zeigt das Ratio der beiden Widerstände, bzw dessen Stabilität. Darunter die Raumtemperatur und darunter der Messtrom. Man sieht deutlich, dass die Messung des Ratios innerhalb von +/-2,5ppm bleibt, während der Strom sich rund 200ppm ändert. Die blaue und orange Kurve ist dabei die Ratiobestimmung mit 2 (blau) bzw. 3 Messungen (wie oben beschrieben, orange).
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Philipp C. schrieb: > Sicherlich übersehe ich hier etwas, aber was? Übergangswiderstand? Kontakte vorher mal sauber gemacht ?
Dieter Claus schrieb: > Übergangswiderstand? > Kontakte vorher mal sauber gemacht ? An den Stromanschlüssen sollte es ja egal sein, weil ein konstanter Strom getrieben wird. An den Spannungsanschlüssen hängt das Keithley 182 mit max. 50pA Eingangsstrom. Ich hatte das alles abgebaut und werde nachher mal schauen wie viel sich nun wieder geändert hat, nachdem man den Shunt rumgetragen hat usw.
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