Messung Widerstand 0…5 kΩ

Hinweis zur Messung von Widerständen bzw. Widerstandsverhältnissen

Bei der einfachen 2-Leiter-Messung beeinflusst der Leitungswiderstand der zu dem Sensor geführten Zuleitungen den gemessenen Wert. Ist eine Reduzierung dieses systematischen Fehleranteils bei der 2-Leiter-Messung angestrebt, ist der Zuleitungswiderstand zum Messwiderstand einzurechnen, dieser Zuleitungswiderstand muss dann allerdings erst ermittelt werden.

Unter Berücksichtigung der Unsicherheit dieses Zuleitungswiderstands kann dieser dann statisch in die laufende Rechnung einbezogen werden, z.B. bei der EL3751 über das CoE‑Objekt 0x8000:13 und bei ELM350x/ ELM370x über das CoE‑Objekt 0x80n0:13.

Eine z.B. durch Alterung oder Temperatur bedingte Widerstandsänderung der Zuleitung wird jedoch nicht automatisch erfasst. Gerade die Temperaturabhängigkeit von Kupferleitungen mit ~4000ppm/K (entspricht 0,4%/K!) ist nicht unwesentlich beim 24/7-Betrieb!

Durch die 3-Leiter-Messung ist es möglich den systematischen Anteil zu eliminieren, unter der Annahme, dass die zwei Zuleitungen identisch sind. Bei dieser Messungsart wird der Leitungswiderstand einer Zuleitung dauernd gemessen. Der ermittelte Wert wird dann zwei Mal von dem Messergebnis abgezogen und der Leitungswiderstand so eliminiert. Dies führt technisch zu einer deutlich zuverlässigeren Messung. Unter Berücksichtigung der Messunsicherheit ist der Gewinn durch den 3-Leiter-Anschluss allerdings nicht so erheblich, da diese Annahme einer hohen Ungewissheit unterliegt - die einzelne, nicht nachgemessene Leitung könnte doch beschädigt oder unbemerkt widerstandsvariant sein.

Der 3-Leiter-Anschluss ist also ein technisch bewährter Ansatz, bei einer methodisch nach Messunsicherheit bewerteten Messung wird dringend der voll-kompensierte 4‑Leiter‑Anschluss empfohlen.

Sowohl bei 2-Leiter- als auch bei 3-Leiter-Anschluss beeinflussen die Übergangswiderstände der Klemmkontakte den Messvorgang. Durch einen anwenderseitigen Abgleich bei gesteckter Signalverbindung kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden.

Hinweis

Messung von kleinen Widerständen

Insbesondere bei Messungen im Bereich ca. < 10 Ω wird der 4-Leiter-Anschluss durch die relativ hohen Zuleitungs- und Übergangswiderstände unbedingt erforderlich. Zu bedenken ist auch dass bei solch niedrigen Widerständen die relative Messabweichung bezogen auf den MBE hoch werden kann - für solche Messungen sind ggf. Widerstandsmessklemmen mit kleinen Widerstands-Messbereichen wie z.B. die EL3692 in 4-Leiter-Messung zu verwenden

Entsprechende Überlegungen führen auch im Brückenbetrieb zu den gängigen Anschlussmethoden:

  • Vollbrücke: 4-Leiter-Anschluss ohne Leitungskompensation, 6-Leiter-Anschluss mit voller Leitungskompensation
  • Halbbrücke: 3-Leiter-Anschluss ohne Leitungskompensation, 5-Leiter-Anschluss mit voller Leitungskompensation
  • Viertelbrücke: 2-Leiter-Anschluss ohne Leitungskompensation, 3-Leiter-Anschluss mit theoretischer und 4-Leiter-Anschluss mit voller Leitungskompensation

Messung Modus

Elektr. Widerstand

Betriebsart

2,5 V Speisespannung fest eingestellt n +Uv

5 kΩ Referenzwiderstand an –I2

Speisestrom ergibt sich aus:
2,5 V / (5 kΩ + RMessung) 

Messbereich, nominell

0…5 kΩ

Messbereich, Endwert (MBE)

5 kΩ

Messbereich, technisch nutzbar

0 Ω…5,368 kΩ

PDO Auflösung

23 Bit (vorzeichenlos)

PDO LSB (Extended Range)

640 µΩ

PDO LSB (Legacy Range)

596.. µΩ

Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung

2-Leiter-Anschluss: ±0,05% typ. (MBE)

3-Leiter-Anschluss: ±0,03% typ. (MBE)

4-Leiter-Anschluss: ±0,01% typ. (MBE)

Temperaturkoeffizient

TkTerminal

< 10 ppm/K typ.

Messung Modus

Widerstand (2-Leiter)

Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

FOffset

< 475 [ppmMBE]

Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)

FGain

< 150 [ppm]

Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

FLin

< 25 [ppmMBE]

Wiederholgenauigkeit

FRep

< 20 [ppmMBE]

Rauschen (ohne Filterung)

FNoise, PtP

< 220 [ppmMBE]

< 1719 [digits]

FNoise, RMS

< 45 [ppmMBE]

< 352 [digits]

Max. SNR

> 86,9 [dB]

Rauschdichte@1kHz

< 3,18 Messung Widerstand 0…5 kΩ 1:

Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)

FNoise, PtP

< 12 [ppmMBE]

< 94 [digits]

FNoise, RMS

< 3,0 [ppmMBE]

< 23 [digits]

Max. SNR

> 110,5 [dB]

Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 0,6 kΩ/V
typ.

1 kHz:
< 3,5 kΩ/V
typ.

Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 20 Ω/V
typ.

1 kHz:
< 0,1 Ω/V
typ.

Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

±0,1%MBE = ±1000 ppmMBE typ.

3) Werte beziehen sich auf eine Gleichtaktstörung zwischen SGND und internem GND.

Messung Modus

Widerstand (3-Leiter)

Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

FOffset

< 280 [ppmMBE]

Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)

FGain

< 100 [ppm]

Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

FLin

< 25 [ppmMBE]

Wiederholgenauigkeit

FRep

< 20 [ppmMBE]

Rauschen (ohne Filterung)

FNoise, PtP

< 185 [ppmMBE]

< 1445 [digits]

FNoise, RMS

< 35 [ppmMBE]

< 273 [digits]

Max. SNR

> 89,1 [dB]

Rauschdichte@1kHz

< 2,47 Messung Widerstand 0…5 kΩ 2:

Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)

FNoise, PtP

< 11 [ppmMBE]

< 86 [digits]

FNoise, RMS

< 3,0 [ppmMBE]

< 23 [digits]

Max. SNR

> 110,5 [dB]

Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 0,6 kΩ/V
typ.

1 kHz:
< 3,5 kΩ/V
typ.

Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 20 Ω/V
typ.

1 kHz:
< 0,1 Ω/V
typ.

Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

±0,1%MBE = ±1000 ppmMBE typ.

3) Werte beziehen sich auf eine Gleichtaktstörung zwischen SGND und internem GND.

Messung Modus

Widerstand (4-Leiter)

Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

FOffset

< 70 [ppmMBE]

Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)

FGain

< 70 [ppm]

Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

FLin

< 15 [ppmMBE]

Wiederholgenauigkeit

FRep

< 10 [ppmMBE]

Rauschen (ohne Filterung)

FNoise, PtP

< 155 [ppmMBE]

< 1211 [digits]

FNoise, RMS

< 30 [ppmMBE]

< 234 [digits]

Max. SNR

> 90,5 [dB]

Rauschdichte@1kHz

< 2,12 Messung Widerstand 0…5 kΩ 3:

Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)

FNoise, PtP

< 9 [ppmMBE]

< 70 [digits]

FNoise, RMS

< 3,0 [ppmMBE]

< 23 [digits]

Max. SNR

> 110,5 [dB]

Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 0,6 kΩ/V
typ.

1 kHz:
< 3,5 kΩ/V
typ.

Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter)3

DC:
< 150 Ω/V
typ.

50 Hz:
< 20 Ω/V
typ.

1 kHz:
< 0,1 Ω/V
typ.

Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

±0,1%MBE = ±1000 ppmMBE typ.

3) Werte beziehen sich auf eine Gleichtaktstörung zwischen SGND und internem GND.

Widerstandsmessbereich 5 kΩ

Messung Widerstand 0…5 kΩ 4:
Darstellung Widerstandsmessbereich 5 kΩ

Anmerkung: Auch in den unipolaren Messbereichen (Messung ab 0 V, 0 mA, 4 mA, 0 Ω) arbeitet der Kanal elektrisch bipolar und erfasst negative Werte. Dadurch kann der Kanal eine präzise Diagnose auch bei Signalenwerten < 0 liefern. In diesen Messbereichen liegt der Grenzwert für den „Underrange Error“ im ExtendedMode bei ‑1 % des Messbereich Endwerts (MBE). Der Grenzwert ist im CoE‑Objekt 0x80n0:32 einstellbar. Dadurch kommt es nicht zu irritierenden Fehlermeldungen wenn der Kanal nicht beschaltet (z.B. ohne Sensor) betrieben wird oder das elektrische Signal leicht um Null herum schwankt. Der Prozessdatenwert von 0x00000000 wird dabei nicht unterschritten.

Soll die „UnderrangeError“‑Erkennung noch weniger empfindlich eingestellt werden, kann der Betrag des negativen Grenzwertes im genannten CoE‑Objekt noch höher gesetzt werden.

Hinweis: Im Extended Range Mode hat die Underrange/Overrange-Anzeige im PDO Status bei Überschreitung des nominellen Messbereichs den Charakter einer Information/Warnung, das heißt, es wird dabei kein Error in PDO-Status und LED angezeigt. Wird dann im Weiteren auch der technische Messbereich überschritten, wird zusätzlich Error = TRUE angezeigt. Die Erkennungsgrenze für Underrange/Overrange Error ist im CoE einstellbar.

Im Legacy Range Mode führt ein Underrange/Overrange -Ereignis zugleich zu einem Error im PDO-Status.