Messung SG 1/1-Bridge (Vollbrücke) 4/6-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 ±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.

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.

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

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:

Allgemeine Angaben

Messung Modus	Messbrücke/DMS/StrainGauge/ SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
Messung Modus	32 mV/V		4 mV/V		2 mV/V
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	-4 … +4 mV/V		-2 … +2 mV/V
Messbereich, Endwert (MBE)	32 mV/V	4 mV/V		2 mV/V
Messbereich, technisch nutzbar	-34,359 … +34,359 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

Spezifische Angaben ELM370x (nicht gültig für ELM3704-1001)

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
Messung Modus		32 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung, typ. ²⁾	ohne Offset	< ±0,003 %_MBE < ±30 ppm_MBE < ±0,96 µV/V	< ±0,0085 %_MBE < ±85 ppm_MBE < ±0,34 µV/V	< ±0,013 %_MBE < ±130 ppm_MBE < ±0,26 µV/V
	inkl. Offset	< ±0,0075 %_MBE < ±75 ppm_MBE < ±2,4 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	< ±0,0515 %_MBE < ±515 ppm_MBE < ±2,06 µV/V	< ±0,099 %_MBE < ±990 ppm_MBE < ±1,98 µV/V
	inkl. Offset	< ±0,013 %_MBE < ±130 ppm_MBE < ±4,16 µV/V	< ±0,059 %_MBE < ±590 ppm_MBE < ±2,36 µV/V	< ±0,115 %_MBE < ±1150 ppm_MBE < ±2,3 µV/V
Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)	F_Offset	< 70 ppm_MBE	< 280 ppm_MBE	< 580 ppm_MBE
Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)	F_Gain	< 24 ppm	< 70 ppm	< 110 ppm
Nichtlinearität über den gesamten Messbereich	F_Lin	< 18 ppm_MBE	< 45 ppm_MBE	< 65 ppm_MBE
Wiederholgenauigkeit, über 24 h, mit Mittelwertbildung	F_Rep	< 5 ppm_MBE	< 15 ppm_MBE	< 25 ppm_MBE
Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter) ³⁾	DC	tbd.	tbd.	tbd.
	50 Hz	tbd.	tbd.	tbd.
	1 kHz	tbd.	tbd.	tbd.
Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter) ³⁾	DC	tbd.	tbd.	tbd.
	50 Hz	tbd.	tbd.	tbd.
	1 kHz	tbd.	tbd.	tbd.
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Gain	< 2,5 ppm/K	< 5 ppm/K	< 6 ppm/K
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Offset	< 2 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.
Eingangsimpedanz ±Input 1	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 1	CommonMode	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 2	4-Leiter	Eingang wird in diesem Modus nicht benutzt
	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.
	CommonMode	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.

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.

Vorläufige Angaben ELM370x (10 kSps) (nicht gültig für ELM3704-1001)

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/1-Bridge 4/6-Leiter
Messung Modus		32 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 90 ppm_MBE < 703 digits < 2,88 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	< 100 ppm_MBE < 781 digits < 0,40 µV/V	< 200 ppm_MBE < 1563 digits < 0,40 µV/V
	Max. SNR	> 96,5 dB	> 80,0 dB	> 74,0 dB
	Rauschdichte@1kHz	< 6,79	< 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	< 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	< 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	> 100,0 dB	> 94,0 dB