Messung SG 1/4-Bridge (Viertelbrücke) 2/3-Leiter-Anschluss

Hinweise

Die Viertelbrückenmessung im 2‑Leiter-Betrieb wird praktisch nicht empfohlen. Die üblichen Kupferzuleitungen gehen mit ihrem eigenen Widerstand (z.B. ~17 mΩ/m bei 1 mm² Litze) und ihrer sehr hohen Temperaturempfindlichkeit (~4000 ppm/K, ~0,4%/K) wesentlich in die Rechnung mit ein und können nur durch fortwährenden Offset- und Gain-Abgleich korrigiert werden. Es sollte nur im 3-Leiter-Betrieb gearbeitet werden.
Angaben gelten für 5 V Erregung.
Bei geringerer Erregungsspannung verschlechtert sich die Spezifikation, detaillierte Angaben liegen Beckhoff dazu nicht vor.
Ist aus Gründen der Sensorselbsterwärmung eine geringere Erregungsspannung gewünscht, kann bei nicht-kontinuierlichen Messungen die Erregungsspannung temporär ein/ausgeschaltet werden (getakteter Betrieb). Das Ein/Ausschalten muss aus der Steuerung per ADS Zugriff auf das CoE 0x80n0:02 erfolgen.
Angaben gelten nur bei Verwendung von Aderendhülsen und für Querschnitte >= 0,5 mm². Bei kleineren Querschnitten ist mit erhöhten Übergangswiderständen zu rechnen.
Das wiederholte Ein/Ausstecken der PushIn-Stecker ist im Viertelbrückenbetrieb zu vermeiden da sich der Übergangswiderstand erhöhen kann.
Integrierte Speisung: 2…5V einstellbar, max. Versorgung/Excitation 21 mA (interne elektronische Überlastsicherung).
Hinweis: effektiv liegt an der Viertelbrücke wegen der intern geschalteten Brückenergänzung nur die halbe Spannung an.

Zur Berechnung der Viertelbrücke:

Messung SG 1/4-Bridge (Viertelbrücke) 2/3-Leiter-Anschluss 1: — Anschluss der Viertelbrücke

Erläuterung:

R1: externer Viertelbrückenwiderstand, nominell 120/350/1000 Ω
R2: interner Ergänzungswiderstand, wird nach der CoE Einstellung „Interface“ betragsgleich zu R1 gesetzt, beträgt demnach ebenfalls 120, 350 oder 1000 Ω
R3, R4: hochohmige interne Brückenergänzungswiderstände, belasten die interne Versorgung also nicht wesentlich
Rs: schaltbarer Shunt-Widerstand
SW: interner Schalter für 2/3-Leiter-Betrieb; offen: 3-Leiter-Betrieb

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

Messung SG 1/4-Bridge (Viertelbrücke) 2/3-Leiter-Anschluss 2:

Bei der Viertelbrücke ist immer N = 1.

Der Zusammenhang zwischen U_Bridge/U_Exc und ∆R₁ ist nicht-linear:

Messung SG 1/4-Bridge (Viertelbrücke) 2/3-Leiter-Anschluss 3: — Zusammenhang zwischen U_Bridge/U_Exc und ∆R₁

Die ELM350x verwenden eine interne Linearisierung, so dass die Ausgabe schon linearisiert erfolgt mit

Messung SG 1/4-Bridge (Viertelbrücke) 2/3-Leiter-Anschluss 4:

da intern mit U_Exc‘ gerechnet wird.

Messung Modus	Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG ¼-Brücke 120 Ω 2/3-Leiter
	32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V (comp.) ⁵⁾	2 mV/V (comp.) ⁵⁾
Messbereich, nominell	±32 mV/V [entspricht ±64.000 µε bei K=2] 120 ± 15,36 Ω	±8 mV/V [entspricht ±16.000 µε bei K=2] 120 ± 3,84 Ω	±4 mV/V [entspricht ±8.000 µε bei K=2] 120 ± 1,92 Ω	±2 mV/V [entspricht ±4.000 µε bei K=2] 120 ± 0,96 Ω
Messbereich, Endwert (MBE)	32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Messbereich, technisch nutzbar	±34,359… mV/V	±8,589… mV/V	±4,294… mV/V	±2,147… mV/V
PDO Auflösung	24 Bit (inkl. Vorzeichen)
PDO LSB (Extended Range)	0,128 ppm 4,096 nV/V	0,128 ppm 1,024 nV/V	0,128 ppm 0,512 nV/V	0,128 ppm 0,256 nV/V
PDO LSB (Legacy Range)	0,119… ppm 3,814… nV/V	0,119… ppm 0,9535… nV/V	0,119… ppm 0,47675… nV/V	0,119… ppm 0,238375… nV/V

Spezifische Angaben (vorläufig, nicht gültig für ELM3704-1001)

Messung Modus			Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG ¼-Brücke 120 Ω 2/3-Leiter
			32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V (comp.) ⁵⁾	2 mV/V (comp.) ⁵⁾
Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung, typ. ²⁾		ohne Offset	< ±0,026 %_MBE < ±260 ppm_MBE < ±8,3 µV/V	< ±0,08 %_MBE < ±800 ppm_MBE < ±6,4 µV/V	< ±0,16 %_MBE < ±1600 ppm_MBE < ±6,4 µV/V	< ±0,32 %_MBE < ±3200 ppm_MBE < ±6,4 µV/V
		inkl. Offset	< ±0,1 %_MBE < ±1000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±0,4 %_MBE < ±4000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±0,8 %_MBE < ±8000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±1,6 %_MBE < ±16000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V
Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C) ⁴⁾		F_Offset	< 960 ppm_MBE	< 3920 ppm_MBE	< 7840 ppm_MBE	< 15680 ppm_MBE
Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)		F_Gain	< 160 ppm	< 440 ppm	< 880 ppm	< 1760 ppm
Nichtlinearität über den gesamten Messbereich		F_Lin	< 200 ppm_MBE	< 650 ppm_MBE	< 1300 ppm_MBE	< 2600 ppm_MBE
Wiederholgenauigkeit, über 24 h, mit Mittelwertbildung		F_Rep	< 25 ppm_MBE	< 100 ppm_MBE	< 200 ppm_MBE	< 400 ppm_MBE
Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)		F_{Noise, PtP}	< 310 ppm_MBE < 2422 digits < 9,92 µV/V	< 1200 ppm_MBE < 9375 digits < 9,60 µV/V	< 2400 ppm_MBE < 18750 digits < 9,60 µV/V	< 4800 ppm_MBE < 37500 digits < 9,60 µV/V
		F_{Noise, RMS}	< 50 ppm_MBE < 391 digits < 1,60 µV/V	< 200 ppm_MBE < 1563 digits < 1,60 µV/V	< 400 ppm_MBE < 3125 digits < 1,60 µV/V	< 800 ppm_MBE < 6250 digits < 1,60 µV/V
		Max. SNR	> 86,0 dB	> 74,0 dB	> 68,0 dB	> tbd. dB
		Rauschdichte@1kHz	< 0,02	< 0,02	< 0,02	< 0,02
Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter, bei 23°C)		F_{Noise, PtP}	< 24 ppm_MBE < 188 digits < 0,77 µV/V	< 72 ppm_MBE < 563 digits < 0,58 µV/V	< 144 ppm_MBE < 1125 digits < 0,58 µV/V	< 288 ppm_MBE < 2250 digits < 0,58 µV/V
		F_{Noise, RMS}	< 4,0 ppm_MBE < 31 digits < 0,13 µV/V	< 12,0 ppm_MBE < 94 digits < 0,10 µV/V	< 24,0 ppm_MBE < 188 digits < 0,10 µV/V	< 48,0 ppm_MBE < 375 digits < 0,10 µV/V
		Max. SNR	> 108,0 dB	> 98,4 dB	> 92,4 dB	> 86,4 dB
Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter) ³⁾			tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter) ³⁾			tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Temperaturkoeffizient, typ.		Tk_Gain	< 20 ppm/K	< 48 ppm/K	< 96 ppm/K	< 192 ppm/K
Temperaturkoeffizient, typ.		Tk_Offset	< 50 ppm_MBE /K < 1,60 µV/V/K	< 180 ppm_MBE /K < 1,44 µV/V/K	< 360 ppm_MBE /K < 1,44 µV/V/K	< 720 ppm_MBE /K < 1,44 µV/V/K
Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung			tbd. %_MBE	tbd. %_MBE	tbd. %_MBE	tbd. %_MBE
Eingangsimpedanz ±Input 1	Differentiell		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 1	CommonMode		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 2	3-Leiter
	Differentiell		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	CommonMode		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.

Messung Modus	Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG ¼-Brücke 350 Ω 2/3-Leiter
	32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V (comp.) ⁵⁾	2 mV/V (comp.) ⁵⁾
Messbereich, nominell	±32 mV/V [entspricht ±64.000 µε bei K=2] 350 ± 44,8 Ω	±8 mV/V [entspricht ±16.000 µε bei K=2] 350 ± 11,2 Ω	±4 mV/V [entspricht ±8.000 µε bei K=2] 350 ± 5,6 Ω	±2 mV/V [entspricht ±4.000 µε bei K=2] 350 ± 2,8 Ω
Messbereich, Endwert (MBE)	32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V	2 mV/V
Messbereich, technisch nutzbar	±34,359… mV/V	±8,589… mV/V	±4,294… mV/V	±2,147… mV/V
PDO Auflösung	24 Bit (inkl. Vorzeichen)
PDO LSB (Extended Range)	0,128 ppm 4,096 nV/V	0,128 ppm 1,024 nV/V	0,128 ppm 0,512 nV/V	0,128 ppm 0,256 nV/V
PDO LSB (Legacy Range)	0,119… ppm 3,814… nV/V	0,119… ppm 0,9535… nV/V	0,119… ppm 0,47675… nV/V	0,119… ppm 0,238375… nV/V

Spezifische Angaben (vorläufig, nicht gültig für ELM3704-1001)

Messung Modus		Messbrücke/DMS/StrainGauge/SG ¼-Brücke 350 Ω 2/3-Leiter
		32 mV/V	8 mV/V	4 mV/V (comp.) ⁵⁾	2 mV/V (comp.) ⁵⁾
Grundgenauigkeit: Messabweichung bei 23°C, mit Mittelwertbildung, typ. ²⁾	ohne Offset	< ±0,022 %_MBE < ±220 ppm_MBE < ±7,0 µV/V	< ±0,08 %_MBE < ±800 ppm_MBE < ±6,4 µV/V	< ±0,16 %_MBE < ±1600 ppm_MBE < ±6,4 µV/V	< ±0,32 %_MBE < ±3200 ppm_MBE < ±6,4 µV/V
	inkl. Offset	< ±0,1 %_MBE < ±1000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±0,4 %_MBE < ±4000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±0,8 %_MBE < ±8000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V	< ±1,6 %_MBE < ±16000 ppm_MBE < ±32,0 µV/V
Offset/Nullpunkt-Abweichung (bei 23°C) ⁴⁾	F_Offset	< 970 ppm_MBE	< 3920 ppm_MBE	< 7840 ppm_MBE	< 15680 ppm_MBE
Gain/Scale/Verstärkungs-Abweichung (bei 23°C)	F_Gain	< 120 ppm	< 380 ppm	< 760 ppm	< 1520 ppm
Nichtlinearität über den gesamten Messbereich	F_Lin	< 180 ppm_MBE	< 750 ppm_MBE	< 1500 ppm_MBE	< 3000 ppm_MBE
Wiederholgenauigkeit, über 24 h, mit Mittelwertbildung	F_Rep	< 25 ppm_MBE	< 100 ppm_MBE	< 200 ppm_MBE	< 400 ppm_MBE
Rauschen (ohne Filterung, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 320 ppm_MBE < 2500 digits < 10,24 µV/V	< 1200 ppm_MBE < 9375 digits < 9,60 µV/V	< 2400 ppm_MBE < 18750 digits < 9,60 µV/V	< 4800 ppm_MBE < 37500 digits < 9,60 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 55 ppm_MBE < 430 digits < 1,76 µV/V	< 200 ppm_MBE < 1563 digits < 1,60 µV/V	< 400 ppm_MBE < 3125 digits < 1,60 µV/V	< 800 ppm_MBE < 6250 digits < 1,60 µV/V
	Max. SNR	> 85,2 dB	> 74,0 dB	> 68,0 dB	> 61,9 dB
	Rauschdichte@1kHz	< 0,02	< 0,02	< 0,02	< 0,02
Rauschen (mit 50 Hz FIR Filter, bei 23°C)	F_{Noise, PtP}	< 18 ppm_MBE < 141 digits < 0,58 µV/V	< 72 ppm_MBE < 563 digits < 0,58 µV/V	< 144 ppm_MBE < 1125 digits < 0,58 µV/V	< 288 ppm_MBE < 2250 digits < 0,58 µV/V
	F_{Noise, RMS}	< 3,0 ppm_MBE < 23 digits < 0,10 µV/V	< 12,0 ppm_MBE < 94 digits < 0,10 µV/V	< 24,0 ppm_MBE < 188 digits < 0,10 µV/V	< 48,0 ppm_MBE < 375 digits < 0,10 µV/V
	Max. SNR	> 110,5 dB	> 98,4 dB	> 92,4 dB	> 86,4 dB
Gleichtaktunterdrückung (ohne Filter) ³⁾		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Gleichtaktunterdrückung (mit 50 Hz FIR Filter) ³⁾		tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Gain	< 12 ppm/K	< 50 ppm/K	< 100 ppm/K	< 200 ppm/K
Temperaturkoeffizient, typ.	Tk_Offset	< 30 ppm_MBE /K < 0,96 µV/V/K	< 110 ppm_MBE /K < 0,88 µV/V/K	< 220 ppm_MBE /K < 0,88 µV/V/K	< 440 ppm_MBE /K < 0,88 µV/V/K
Größte kurzzeitige Abweichung während einer festgelegten elektrischen Störprüfung		tbd. %_MBE	tbd. %_MBE	tbd. %_MBE	tbd. %_MBE
Eingangsimpedanz ±Input 1	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 1	CommonMode	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
Eingangsimpedanz ±Input 2	3-Leiter
	Differentiell	tbd.	tbd.	tbd.	tbd.
	CommonMode	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.

⁴) Die Offset-Spezifikation gilt nicht im 2-Leiter-Betrieb, da hier geräteseitig der Offset erhöht ist. Es wird deshalb ein anlagenseitiger Offset-Abgleich empfohlen, siehe Tara- oder Zero-Offset-Funktion. Die final erzielbare Grundgenauigkeit im 2-Leiter-Betrieb ist wesentlich von der Qualität dieses anlagenseitigen Offset-Abgleichs abhängig.

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.

Hinweis

Übergangswiderstände der Anschlusskontakte

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

Wenn statt der internen Ergänzungswiderstände für Viertelbrückenbetrieb ein externer, temperaturstabilerer Ergänzungswiderstand bei Betrieb der Klemme in Halb- oder gar Vollbrücke verwendet wird, kann die Temperaturempfindlichkeit der Klemme und somit des Messaufbaus verringert werden.