Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss

Zur Ermittlung des Messfehlers:

Der Messbereich nominell/technisch wird hier in „mV/V“ angegeben, wobei eine maximale Versorgungsspannung von 5 V zulässig ist.

Maximal ist also für die Brückenspannung ein nomineller Messbereich von ±16 mV/V ⋅ 5V = ±80 mV nutzbar, die internen Schaltungen sind auf die 160 mV der Vollbrückenmessung ausgelegt.

Die interne Messung erfolgt ratiometrisch, d.h. die Speise- und die Brückenspannung werden nicht absolut gemessen sondern als Verhältnis erfasst.

Zur Speisung kann die integrierte Versorgung genutzt werden. Eine externe Versorgung ist zulässig wenn 5 V nicht überstiegen werden.

Die Übergangswiderstände der Klemmkontakte beeinflussen den Messvorgang. Durch einen anwenderseitigen Abgleich bei gesteckter Signalverbindung kann der Messfehler weiter reduziert werden.

Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 1:

Gültigkeit der Eigenschaftswerte

Der Brückenwiderstand liegt parallel zum o.a. Innenwiderstand der Klemme und führt zu entsprechender Offset-Verschiebung. Der Beckhoff-Werksabgleich erfolgt mit Halbbrücke 350 Ω, die o.a. Werte sind deshalb direkt nur für eine 350 Ω-Halbbrücke gültig. Bei Anschluss einer anders dimensionierten Halbbrücke ist:

    • anwenderseitig ein Abgleich (Offsetkorrektur) in der Klemme oder Steuerung/PLC durchzuführen
    • oder der theoretische Offsetfehler im Abgleichparameter S0 der Klemme einzutragen. Beispiel: Bei einer 350 Ω-Brücke entspricht der beim Werksabgleich kompensierte Einfluss des Eingangswiderstandes (2 MΩ) 0,26545 %MBE (16 mV/V), das entspricht 20738 Digits.

    Zur Berechnung der R1/2-Halbbrücke:

    Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 2:

    R3/4 sind die klemmeninternen schaltbaren Ergänzungswiderstände. Andere Halbbrückenkonfigurationen (z.B. R1/4 oder R1/3 veränderlich) sind nicht anschließbar.

    Der Zusammenhang zur Dehnung (µStrain, µε) ist wie folgt:

    Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 3:

    Die Wahl von N ist nach der mechanischen Anordnung der variablen Widerstände zu wählen (Poisson, 2 aktive uniaxial, …).

    Hinweis: Angaben gelten für 2,5 V DMS Erregung.

    Messung Modus

    SG 1/2-Bridge

    Messbereich, nominell

    -16…+16 mV/V

    [entspricht ±16.000 µε bei K=2, N=2]

    Messbereich, Endwert (MBE)

    16 mV/V

    Messbereich, technisch nutzbar

    -17,179…+17,179 mV/V

    PDO Auflösung

    24 Bit (inkl. Vorzeichen)

    PDO LSB (Extended Range)

    2,048 nV/V

    PDO LSB (Legacy Range)

    1,907.. nV/V

    Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung (2

    3-Leiter-Anschluss: ±0,27% typ. (bez. auf MBE, siehe auch Hinweis)

    5-Leiter-Anschluss: ±0,09% typ. (bez. auf MBE, siehe auch Hinweis)

    Integrierte Speisung

    0,5…5V Einstellbar, Max. Versorgung/Excitation 21 mA (interne elektronische Überlastsicherung) somit

    • 120R DMS: bis 2,5V
    • 350R DMS: bis 5,0V

    Temperaturkoeffizient

    TkTerminal

    <75 ppm/K typ.
    (bez. auf MBE, ab Produktion 2016 KW10; vgl. Seriennummer)

    <250 ppm/K typ.
    (bez. auf MBE, bis Produktion 2016 KW09; vgl. Seriennummer)

    Eingangsimpedanz ±Input 1

    (Innenwiderstand)

    Differentiell typ. 4,1 MΩ || 11 nF

    CommonMode typ. 1 MΩ || 40 nF

    Methodik: Widerstand gegen –UV, Kapazität gegen SGND

    Eingangsimpedanz ±Input 2

    (Innenwiderstand)

    Differentiell typ. 5 MΩ || 10 nF

    CommonMode typ. 1,25 MΩ || 40 nF

    Methodik: Widerstand gegen –UV (+2,5V), Kapazität gegen SGND

    2) Dominierender Anteil der Grundgenauigkeit ist die Offset-Spezifikation (siehe folgende Tabellen). Durch Offset-Korrektur gemäß Kapitel Offset Korrektur kann dieser Anteil eliminiert und die Messgenauigkeit erheblich gesteigert werden.

    Messung Modus

    SG 1/2-Bridge (3-Leiter)

    Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

    FOffset

    < 2650 ppmMBE (gilt ab KW01/2018,
     Wert vor KW01/2018: < 3600 ppmMBE)

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

    FGain

    < 290 ppm

    Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

    FLin

    < 390 ppmMBE

    Wiederholgenauigkeit

    FRep

    < 50 ppmMBE

    Rauschen (ohne Filterung)4

    FNoise, PtP

    < 950 ppmMBE

    < 7422 [digits]

    FNoise, RMS

    < 145 ppmMBE

    < 1133 [digits]

    Max. SNR

    > 76,8 dB

    Rauschdichte@1kHz

    < 32,81 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 4:

    Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)4

    FNoise, PtP

    < 70 ppmMBE

    < 547 [digits]

    FNoise, RMS

    < 15 ppmMBE

    < 117 [digits]

    Max. SNR

    > 96,5 dB

    Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter)3

    DC:
    < 150 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 5: typ.

    50 Hz:
    < 600 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 6: typ.

    1 kHz:
    < 10 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 7: typ.

    Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter)3

    DC:
    < 100 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 8: typ.

    50 Hz:
    < 20 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 9: typ.

    1 kHz:
    < 0,1 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 10: typ.

    Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

    ±0,2%MBE = ±2000 ppmMBE typ.

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

    4) Angaben gelten nur für HW-Stand ≥ 10! Folgende Angaben gelten bis HW-Stand 10:

    Messung Modus

    SG 1/2-Bridge (3-Leiter ), < HW10

    Rauschen (ohne Filterung)

    FNoise, PtP

    < 1100 ppmMBE

    < 8594 [digits]

    FNoise, RMS

    < 160 ppmMBE

    < 1250 [digits]

    Max. SNR

    > 75,9 dB

    Rauschdichte@1kHz

    < 36,2 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 11:

    Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)

    FNoise, PtP

    < 120 ppmMBE

    < 938 [digits]

    FNoise, RMS

    < 19 ppmMBE

    < 148 [digits]

    Max. SNR

    > 94,4 dB

    Messung Modus

    SG 1/2-Bridge (5-Leiter)

    Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

    FOffset

    < 750 ppmMBE (gilt ab KW01/2018,
     Wert vor KW01/2018: < 1100 ppmMBE)

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

    FGain

    < 290 ppm

    Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

    FLin

    < 390 ppmMBE

    Wiederholgenauigkeit

    FRep

    < 50 ppmMBE

    Rauschen (ohne Filterung)4

    FNoise, PtP

    < 1200 ppmMBE

    < 9375 [digits]

    FNoise, RMS

    < 175 ppmMBE

    < 1367 [digits]

    Max. SNR

    > 75,1 dB

    Rauschdichte@1kHz

    < 39,6 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 12:

    Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)4

    FNoise, PtP

    < 70 ppmMBE

    < 547 [digits]

    FNoise, RMS

    < 14 ppmMBE

    < 109 [digits]

    Max. SNR

    > 97,1 dB

    Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter)3

    DC:
    < 150 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 13: typ.

    50 Hz:
    < 600 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 14: typ.

    1 kHz:
    < 10 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 15: typ.

    Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter)3

    DC:
    < 100 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 16: typ.

    50 Hz:
    < 20 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 17: typ.

    1 kHz:
    < 0,1 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 18: typ.

    Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

    ±0,2%MBE = ±2000 ppmMBE typ.

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

    4) Angaben gelten nur für HW-Stand ≥ 10! Folgende Angaben gelten bis HW-Stand 10:

    Messung Modus

    SG 1/2-Bridge (5-Leiter ), < HW10

    Rauschen (ohne Filterung)

    FNoise, PtP

    < 1600 ppmMBE

    < 12500 [digits]

    FNoise, RMS

    < 240 ppmMBE

    < 1875 [digits]

    Max. SNR

    > 72,4 dB

    Rauschdichte@1kHz

    < 54,31Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 19:

    Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter)

    FNoise, PtP

    < 96 ppmMBE

    < 750 [digits]

    FNoise, RMS

    < 16 ppmMBE

    < 125 [digits]

    Max. SNR

    > 95,9 dB

    Die Interpretation des Kanalwerts (PDO) ist direkt [mV/V].

    Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 20:
    Darstellung Messbereich SG 1/2-Bridge