Messung SG 1/1-Bridge (Vollbrücke) 4/6-Leiter-Anschluss

Einige Hinweise zur ELM350x Vollbrückenmessung:

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 ±32 mV/V ⋅ 5 V = ±160 mV nutzbar, entsprechend sind die internen Schaltungen 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 Klemme verfügt über „echte“ und „compensated“ Messbereiche:

Ein „echter“ Messbereich misst elektrisch wie angegeben z.B. im Bereich 4 mV/V.
Ein „compensated“ Messbereich hilft bei Anwendungen mit kleinem Signal (Amplitude) und gleichzeitig hohem Offsetanteil. Er misst in einem festen elektrischen Bereich (unterliegt also dessen elektrischer Spezifikation) und führt einen „digitalen Zoom“ durch, erhöht also die Auflösung. Der Offset muss durch die integrierte ZeroOffset-Funktion der Klemme eliminiert werden.

Im Folgenden ist die Spezifikation im 6-Leiter-Anschluss gegeben, externe Leitungswiderstände werden durch den 6-Leiter-Anschluss kompensiert und die Vollbrücke wird direkt vom Messkanal erfasst.
Im 4-Leiter-Anschluss leistet die Klemme grundsätzlich die gleiche Spezifikation, allerdings wird Ihre Sicht auf die angeschlossene Vollbrücke durch die unklaren und temperaturabhängigen Zuleitungswiderstände in Kabeln und Steckern getrübt. Insofern wird das Gesamtsystem „Vollbrücke + Zuleitungen + Messkanal“ praktisch nicht die u.a. Spezifikationswerte erreichen können.

Die Zuleitungswiderstände (Kabel, Steckverbinder, ...) wirken sich insbesondere auf den Gain-Fehler aus, auch in Abhängigkeit von der Temperatur. Der Gain-Fehler kann abgeschätzt werden durch:

(R_+uv (1 + ∆T ⋅ Tk_Cu) + R_-uv(1 + ∆T ⋅ Tk_Cu) )/R_nom mit Tk_Cu~3930 ppm/K, R_nom

z.B. 350 Ω und R_+uv bzw. R_-uv Zuleitungswiderstände.

Die Verwendung des Messkanals im 6-Leiter-Anschluss wird empfohlen, insbesondere wenn erhebliche Widerstände wie ein Blitzstrom-Ableiter in die Leitung gesetzt werden.

Durch einen anwenderseitigen Abgleich mit angeschlossenem Brückensensor kann die Messunsicherheit in Bezug auf Verstärkungs(Gain)- und Offset-Fehler deutlich reduziert werden.

Mit dem integrierten schaltbaren Shunt-Widerstand kann eine vorausberechenbare Verstimmung erzeugt werden bzw. daraus bei Abweichung ein Korrekturfaktor.

Hinweis: Angaben gelten für 5 V DMS Erregung und symmetrische 350R DMS.

Hinweis: Daten gelten ab Produktion KW01/ 2019 und

für ELM3502: HW03
für ELM3504: HW04

Zur Berechnung der Vollbrücke:

Messung SG 1/1-Bridge (Vollbrücke) 4/6-Leiter-Anschluss 1:

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

Messung SG 1/1-Bridge (Vollbrücke) 4/6-Leiter-Anschluss 2:

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
		32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V	4 mV/V (comp.) ⁵⁾	2 mV/V (comp.) ⁵⁾
Integrierte Speisung		1…5V Einstellbar, Max. Versorgung/Excitation 21 mA (interne elektronische Überlastsicherung) somit 120R DMS: bis 2,5 V; 350R DMS: bis 5,0 V
Messbereich, nominell		-32 … +32 mV/V	-8 … +8 mV/V	-4 … +4 mV/V	-2 … +2 mV/V	-4 … +4 mV/V	-2 … +2 mV/V
Messbereich, Endwert (MBE)		32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Messbereich, technisch nutzbar		-34,359 … +34,359 mV/V	-8,590 … +8,590 mV/V	-4,295 … +4,295 mV/V	-2,147 … +2,147 mV/V	-4,295 … +4,295 mV/V	-2,147 … +2,147 mV/V
PDO Auflösung		24 Bit (inkl. Vorzeichen)
PDO LSB (Extended Range)		0,128 ppm
PDO LSB (Legacy Range)		0,119… ppm
Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung, typ. ²⁾	ohne Offset	< ±0,003 %_MBE < ±30 ppm_MBE < ±0,96 µV/V	< ±0,006 %_MBE < ±60 ppm_MBE < ±0,48 µV/V	< ±0,0085 %_MBE < ±85 ppm_MBE < ±0,34 µV/V	< ±0,013 %_MBE < ±130 ppm_MBE < ±0,26 µV/V	< ±0,012 %_MBE < ±120 ppm_MBE < ±0,48 µV/V	< ±0,024 %_MBE < ±240 ppm_MBE < ±0,48 µV/V
	inkl. Offset	< ±0,0075 %_MBE < ±75 ppm_MBE < ±2,4 µV/V	< ±0,015 %_MBE < ±150 ppm_MBE < ±1,2 µV/V	< ±0,03 %_MBE < ±300 ppm_MBE < ±1,2 µV/V	< ±0,06 %_MBE < ±600 ppm_MBE < ±1,2 µV/V	< ±0,03 %_MBE < ±300 ppm_MBE < ±1,2 µV/V	< ±0,06 %_MBE < ±600 ppm_MBE < ±1,2 µV/V
Erweiterte Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 0…55°C, mit Mittelwertbildung, typ. ^{2) 6)}	ohne Offset	< ±0,011 %_MBE < ±110 ppm_MBE < ±3,52 µV/V	< ±0,028 %_MBE < ±280 ppm_MBE < ±2,24 µV/V	< ±0,0515 %_MBE < ±515 ppm_MBE < ±2,06 µV/V	< ±0,099 %_MBE < ±990 ppm_MBE < ±1,98 µV/V	< ±0,056 %_MBE < ±560 ppm_MBE < ±2,24 µV/V	< ±0,1115 %_MBE < ±1115 ppm_MBE < ±2,23 µV/V
	inkl. Offset	< ±0,013 %_MBE < ±130 ppm_MBE < ±4,16 µV/V	< ±0,0315 %_MBE < ±315 ppm_MBE < ±2,52 µV/V	< ±0,059 %_MBE < ±590 ppm_MBE < ±2,36 µV/V	< ±0,115 %_MBE < ±1150 ppm_MBE < ±2,3 µV/V	< ±0,0625 %_MBE < ±625 ppm_MBE < ±2,5 µV/V	< ±0,1245 %_MBE < ±1245 ppm_MBE < ±2,49 µV/V
Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)	F_Offset	< 70 ppm_MBE	< 140 ppm_MBE	< 280 ppm_MBE	< 580 ppm_MBE	< 280 ppm_MBE	< 560 ppm_MBE
Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)	F_Gain	< 24 ppm	< 50 ppm	< 70 ppm	< 110 ppm	< 100 ppm	< 200 ppm
Nichtlinearität über den gesamten Messbereich	F_Lin	< 18 ppm_MBE	< 30 ppm_MBE	< 45 ppm_MBE	< 65 ppm_MBE	< 60 ppm_MBE	< 120 ppm_MBE
Wiederholgenauigkeit, über 24 h, mit Mittelwertbildung	F_Rep	< 5 ppm_MBE	< 10 ppm_MBE	< 15 ppm_MBE	< 25 ppm_MBE	< 20 ppm_MBE	< 40 ppm_MBE
Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter) ³⁾	DC	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	50 Hz	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	1 kHz	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter) ³⁾	DC	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	50 Hz	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	1 kHz	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Gain	< 2,5 ppm/K	< 4 ppm/K	< 5 ppm/K	< 6 ppm/K	< 8 ppm/K	< 16 ppm/K
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Offset	< 2 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K	< 7,5 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K	< 15 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K	< 30 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K	< 15 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K	< 30 ppm_MBE/K < 0,06 µV/V/K
Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 1	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 1	CommonMode	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 2	4-Leiter	Eingang wird in diesem Modus nicht benutzt
	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	CommonMode	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.

²) Bei der realen Brückenmessung wird meist ein Offset-Abgleich nach Installation durchgeführt. Die gegebene Offset-Spezifikation der Klemme spielt damit praktisch keine Rolle mehr. Deshalb sind hier Spezifikationswerte mit und ohne Offset-Anteil angegeben. Praktisch kann der Offset-Anteil durch die Funktionen Tara als auch ZeroOffset der Klemme oder eine übergeordnete Tara-Funktion in der Steuerung eliminiert werden. Die Offset-Abweichung einer Brückenmessung über die Zeit kann sich ändern, deshalb empfiehlt Beckhoff einen regelmäßigen Offset-Abgleich oder eine aufmerksame Beobachtung der Veränderung.

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

⁵) Der Kanal misst elektrisch auf 8 mV/V, stellt aber seinen Messwert skaliert auf 2 bzw. 4 mV/V dar. Die Compensated-Funktion ermöglicht die Messung kleiner Pegel auch bei hohem Offset-Anteil.

⁶) Berechneter Wert nach Formel in Kapitel „Allgemeines zur Messgenauigkeit/Messunsicherheit“ zur schnellen Abschätzung der Einsetzbarkeit über den angegebenen Umgebungstemperaturbereich im Betrieb (T_ambient). Im realen Einsatz z.B. bei relativ konstanter Umgebungstemperatur T_ambient wird eine geringere (bessere) erzielbare Unsicherheit erreicht, eine spezifische Berechnung nach Kapitel „Allgemeines zur Messgenauigkeit/Messunsicherheit“ wird empfohlen, insbesondere wenn das Gerät einen weiteren Umgebungstemperaturbereich im Betrieb als 0…55°C zulässt.

ELM3502 (20 kSps)

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
		32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 125 ppm_MBE < 977 digits < 4,00 µV/V	< 425 ppm_MBE < 3320 digits < 3,40 µV/V	< 1050 ppm_MBE < 8203 digits < 4,20 µV/V	< 1600 ppm_MBE < 12500 digits < 3,20 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 25 ppm_MBE < 195 digits < 0,80 µV/V	< 70 ppm_MBE < 547 digits < 0,56 µV/V	< 140 ppm_MBE < 1094 digits < 0,56 µV/V	< 270 ppm_MBE < 2109 digits < 0,54 µV/V
	Max. SNR	> 92,0 dB	> 83,1 dB	> 77,1 dB	> 71,4 dB
	Rauschdichte@1kHz	< 11,31	< 7,92	< 7,92	< 7,64
Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 12 ppm_MBE < 94 digits < 0,38 µV/V	< 30 ppm_MBE < 234 digits < 0,24 µV/V	< 60 ppm_MBE < 469 digits < 0,24 µV/V	< 120 ppm_MBE < 938 digits < 0,24 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 2,0 ppm_MBE < 16 digits < 0,06 µV/V	< 5,0 ppm_MBE < 39 digits < 0,04 µV/V	< 10,0 ppm_MBE < 78 digits < 0,04 µV/V	< 20,0 ppm_MBE < 156 digits < 0,04 µV/V
	Max. SNR	> 114,0 dB	> 106,0 dB	> 100,0 dB	> 94,0 dB

ELM3504 (10 kSps)

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
		32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 85 ppm_MBE < 664 digits < 2,72 µV/V	< 300 ppm_MBE < 2344 digits < 2,40 µV/V	< 600 ppm_MBE < 4688 digits < 2,40 µV/V	< 1200 ppm_MBE < 9375 digits < 2,40 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 15 ppm_MBE < 117 digits < 0,48 µV/V	< 50 ppm_MBE < 391 digits < 0,40 µV/V	< 100 ppm_MBE < 781 digits < 0,40 µV/V	< 200 ppm_MBE < 1563 digits < 0,40 µV/V
	Max. SNR	> 96,5 dB	> 86,0 dB	> 80,0 dB	> 74,0 dB
	Rauschdichte@1kHz	< 6,79	< 5,66	< 5,66	< 5,66
Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 12 ppm_MBE < 94 digits < 0,38 µV/V	< 30 ppm_MBE < 234 digits < 0,24 µV/V	< 60 ppm_MBE < 469 digits < 0,24 µV/V	< 120 ppm_MBE < 938 digits < 0,24 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 2,0 ppm_MBE < 16 digits < 0,06 µV/V	< 5,0 ppm_MBE < 39 digits < 0,04 µV/V	< 10,0 ppm_MBE < 78 digits < 0,04 µV/V	< 20,0 ppm_MBE < 156 digits < 0,04 µV/V
	Max. SNR	> 114,0 dB	> 106,0 dB	> 100,0 dB	> 94,0 dB

Sehen Sie dazu auch

Allgemeines zur Messgenauigkeit/Messunsicherheit