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 ⋅ 5 V = ±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.

Im Folgenden ist die Spezifikation im 5-Leiter-Anschluss gegeben, externe Leitungswiderstände werden durch den 5-Leiter-Anschluss kompensiert und die Halbbrücke wird direkt vom Messkanal erfasst.
Im 3-Leiter-Anschluss leistet die Klemme grundsätzlich die gleiche Spezifikation, allerdings wird Ihre Sicht auf die angeschlossene Halbbrücke durch die unklaren und temperaturabhängigen Zuleitungswiderstände in Kabeln und Steckern getrübt. Insofern wird das Gesamtsystem „Halbbrücke + 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 ⋅ TkCu) + R-uv(1 + ∆T ⋅ TkCu) )/Rnom mit TkCu~3930 ppm/K, Rnom

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

Die Verwendung des Messkanals im 5-Leiter-Anschluss wird empfohlen.

Zur Berechnung der R1/2-Halbbrücke:

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

R3/4 sind die internen schaltbaren Ergänzungswiderstände der Klemme. Sie sind mit einigen kΩ hochohmig im Vergleich zu R1/2 und belasten die interne Speisung somit nicht wesentlich.

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 2:

Die Wahl von N ist nach der mechanischen Anordnung der variablen Widerstände zu wählen (Poisson, 2 aktive uniaxial, …). Die Interpretation des Kanalwerts (PDO) ist direkt [mV/V].

Allgemeine Angaben

Messung Modus

Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG 1/2-Bridge 3/5-Leiter

 

16 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

-16 … 16 mV/V

-2 … 2 mV/V

Messbereich, Endwert (MBE)

16 mV/V

2 mV/V

Messbereich, technisch nutzbar

-17,179 … 17,179 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

Hinweis: Angaben gelten für 3,5 V DMS Erregung und symmetrische 350R DMS.

Hinweis: Abgleich der Halbbrückenmessung und damit Gültigkeit der Daten ab Produktionswoche 2018/50

Spezifische Angaben (nicht gültig für ELM3704-1001, vorläufige Angaben in kursiv)

Messung Modus

Messbrücke/DMS/StrainGauge/
SG 1/2-Bridge 3/5-Leiter

16 mV/V

2 mV/V

Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung, typ. 2)

ohne Offset

< ±0,0145 %MBE
< ±145 ppmMBE
< ±2,32 µV/V

< ±0,105 %MBE
< ±1050 ppmMBE
< ±2,10 µV/V

inkl. Offset

< ±0,041 %MBE
< ±410 ppmMBE
< ±6,56 µV/V

< ±0,274 %MBE
< ±2740 ppmMBE
< ±5,48 µV/V

Erweiterte Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 0…55°C, mit Mittelwertbildung, typ. 2) 6)

ohne Offset

< ±0,053 %MBE
< ±530 ppmMBE
< ±8,48 µV/V

< ±0,317 %MBE
< ±3170 ppmMBE
< ±6,34 µV/V

inkl. Offset

< ±0,0655 %MBE
< ±655 ppmMBE
< ±10,48 µV/V

< ±0,4055 %MBE
< ±4055 ppmMBE
< ±8,11 µV/V

Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C)

FOffset

< 385 ppmMBE

< 2530 ppmMBE

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

FGain

< 80 ppm

< 590 ppm

Nichtlinearität über den gesamten Messbereich

FLin

< 120 ppmMBE

< 860 ppmMBE

Wiederholgenauigkeit, über 24 h, mit Mittelwertbildung

FRep

< 20 ppmMBE

< 125 ppmMBE

Temperaturkoeffizient, typ.

TkGain

< 5 ppm/K

< 25 ppm/K

TkOffset

< 15 ppmMBE/K

< 0,24 µV/V/K

< 90 ppmMBE/K

< 0,18 µV/V/K

Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter) 3)

DC:

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

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 4: typ.

50 Hz:

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

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 6: typ.

1 kHz:

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

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

Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter) 3)

DC:

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 9: typ.

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

50 Hz:

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 11: typ.

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 12: typ.

1 kHz:

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

tbd. Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 14: typ.

Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)

FNoise, PtP

< 500 ppm MBE
< 3906 digits
< 8,00 µV/V

< 4000 ppm MBE
< 31250 digits
< 8,00 µV/V

FNoise, RMS

< 85 ppm MBE
< 664 digits
< 1,36 µV/V

< 660 ppm MBE
< 5156 digits
< 1,32 µV/V

Max. SNR

> 81,4 dB

> 63,6 dB

Rauschdichte@1kHz

19,23 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 15:

< 18,67 Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 16:

Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter, bei 23°C)

FNoise, PtP

< 35 ppm MBE
< 273 digits
< 0,56 µV/V

< 280 ppm MBE
< 2188 digits
< 0,56 µV/V

FNoise, RMS

< 6,0 ppm MBE
< 47 digits
< 0,10 µV/V

< 46,0 ppm MBE
< 359 digits
< 0,09 µV/V

Max. SNR

> 104,4 dB

> 86,7 dB

Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung

tbd.

tbd.

Eingangsimpedanz ±Input 1

(Innenwiderstand)

Differentiell typ. tbd.

Differentiell typ. tbd.

CommonMode typ. tbd.

CommonMode typ. tbd.

Eingangsimpedanz ±Input 2

(Innenwiderstand)

3-Leiter:
Eingang wird in diesem Modus nicht benutzt

3-Leiter:
Eingang wird in diesem Modus nicht benutzt

Differentiell typ. tbd.

Differentiell typ. tbd.

CommonMode typ. tbd.

CommonMode typ. 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 (Tambient). Im realen Einsatz z.B. bei relativ konstanter Umgebungstemperatur Tambient 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.

Hinweis

Übergangswiderstände der Anschlusskontakte

Die Übergangswiderstände der Anschlusskontakte beeinflussen den Messvorgang. Durch einen anwenderseitigen Abgleich bei gesteckter Signalverbindung kann die Messgenauigkeit weiter erhöht werden.

Messung SG 1/2-Bridge (Halbbrücke) 3/5-Leiter-Anschluss 17:

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.