Messgenauigkeit; Beispiel Zur Bestimmung Der Messgenauigkeit - Hameg R&S HM8118 Benutzerhandbuch

Inbetriebnahme
bzw. R stark von der eingestellten Test-Spannung abhän-
s
gig. Punkt A zeigt den Messpunkt des Gerätes bei Mes-
sung eines einzelnen Bauteils, Punkt B zeigt den Mess-
punkt bei Messung einer Bauteilgruppe (in diesem Fall
zwei parallel geschaltete Kapazitäten). Im Gegensatz zu
Messpunkt A wechselt die Messbrücke bei Messpunkt B
den Messbereich aufgrund der Impedanz der gesamten
Bauteilgruppe. Dadurch unterscheiden sich die Messwerte
von Punkt A und Punkt B.
Abb. 4.4: Beispiel Zusammenhang Cs (bzw. Rs) und Test Spannung
Der tatsächlich gemessene Reihenwiderstand beinhaltet
sämtliche Verluste, also alle Reihenwiderstände (Anschluß-
leitungen, Folienwiderstände bei Kondensatoren mit in
Reihe geschalteten Folien), und wird durch den Verlustfak-
tor (dissipation factor) repräsentiert. Der effektive Reihen-
widerstand (= Equivalent Series Resistance) ist frequenz-
abhängig nach der Formel:
ESR = R
wobei ω „Omega" = 2πf (Kreisfrequenz) darstellt. Obgleich
es üblich ist, die Induktivität von Spulen in Reihenschal-
tung zu messen, gibt es Situationen, in denen das parallele
Ersatzschaltbild den physikalischen Bestandteil besser dar-
stellt. Für kleine „Luft" Spulen sind die bedeutendsten Ver-
luste normalerweise ohmsche- oder Verluste im Spulen-
draht. Folglich ist die Reihenschaltung als Messstromkreis
angebracht. Dennoch können für Spulen mit „Eisenkern"
die bedeutendsten Verluste die „Kernverluste" sein. Daher
eignet sich bei diesen Komponenten das parallele Ersatz-
schaltbild besser.
Die Widerstandsmessung findet immer nach der Methode Span-
nung anlegen (AC) und Messung des resultierenden Stroms statt.
Einziger Unterschied zu L oder C ist, dass der Phasenwinkel nahe
0° ist (reeller Widerstand). Eine Widerstandsmessung mit DC ist
nicht vorgesehen.
4.5

Messgenauigkeit

Die Messung von Impedanz und Phasenwinkel unterliegt
einer gewissen Messungenauigkeit. Anhand der Genauig-
keitstabelle im Datenblatt (siehe Abb. 4.5) kann die Mess-
12
= D/ωC
s s
Impedanz: 100 MΩ
0,2% + I Z I / 1,5 GΩ
4 MΩ
1 MΩ
0,05% +
I Z I / 2 GΩ
25 kΩ
100 Ω
0,1% + 1 mΩ / I Z I
2,5 Ω
0,3% + 1 mΩ / I Z I
0,01 mΩ
20 Hz
Abb. 4.5: Tabelle zur Bestimmung der Genauigkeit
genauigkeit im jeweiligen Messpunkt errechnet werden.
Hierzu muss die Impedanz des jeweiligen Bauteils am je-
weiligen Messpunkt bekannt sein. Weitere Informationen
sind für die Genauigkeitsberechnung nicht notwendig. Die
im Datenblatt angegebene Grundgenauigkeit von 0,05%
bezieht sich ausschließlich auf die Grundgenauigkeit der
HM8118 Messbrücke. Die Grundgenauigkeit gibt nur die
allgemeine Messunsicherheit des Gerätes an. Die Genauig-
keitstabelle beschreibt die Messgenauigkeit, die zusätzlich
berücksichtigt werden muss.
Die höchste Messgenauigkeit wird erzielt, wenn der Wert
des DUT (= Device Under Test) etwa in der Mitte des
Messbereichs liegt. Wird der nächst höhere Messbereich
für dieses DUT gewählt, erscheint dieser in der Mitte des
dann gewählten Bereiches. Da der Messfehler in Prozent
des Messbereichsendwertes definiert ist, erhöht sich der
Messfehler in dem höheren Bereich nahezu um Faktor 2.
Üblicherweise erhöht sich der Messfehler im nächsthö-
heren Messbereich entsprechend. Wenn ein Bauelement
vom Messkabel oder Messadapter während eines Messvor-
gangs im kontinuierlichen Messbetrieb entfernt wird, kann
der automatisch ausgewählte Messbereich und die automa-
tisch ausgewählte Messfunktion durch Umschalten auf die
manuelle Messbereichswahl übernommen werden (RANGE
HOLD). Dadurch kann die Messzeit bei der Messung von
vielen gleichartigen Bauelementen reduziert werden.
Die Genauigkeit nimmt mit der Messspannung (Test Spannung)
ab, weil das Signal-/Rausch-Verhältnis abnimmt. Dies hat mehr
Instabilitäten zur Folge. Die Genauigkeit sinkt im gleichen Ver-
hältnis. Wird z.B. 0,5V als Messspannung verwendet, so ist die
Grundgenauigkeit die Hälfte.

4.5.1 Beispiel zur Bestimmung der Messgenauigkeit

Grundlage der Genauigkeitsberechnung ist immer die Ta-
belle des Datenblatts (siehe Abb. 4.5). Um die entspre-
chende Messgenauigkeit ausrechnen zu können, werden
folgende Parameter des Bauteils benötigt (Arbeitspunkt
0,5% +
I Z I / 100 MΩ
0,1% +
I Z I / 1,5 GΩ
0,2% +
0,5% +
I Z I / 100 MΩ
5 mΩ / I Z I
+
0,2% +
I Z I / 10 MΩ
2 mΩ / I Z I
0,5% +
2 mΩ / I Z I
1 kHz 10 kHz 100 kHz