Gleichspannungsmessung; Eingangswiderstand Bei Gleichspannung; Serientaktunterdrückung; Gleichtaktunterdrückung - Hameg HM8112-3 Benutzerhandbuch

G l e i c h s p a n n u n g s s m e s s u n g

4 Gleichspannungsmessung

4.1

Eingangswiderstand bei Gleichspannung

Um die hohe Linearität des Messverfahrens auszunutzen, ist
der Eingangswiderstand für Spannungsmessungen bis 1 V sehr
hochohmig gewählt (>1 GΩ). In diesem Bereich erlaubt das
Gerät noch genaue Messungen mit maximal 1 ppm Lastfehler
an Messobjekten mit 1 kΩ Innenwiderstand.
Im 10 V-, 100 V- und 1.000 V-Bereich verursachen
beispielsweise 100 Ω Innenwiderstand des Mess-
objektes bei 100.000 Auflösung schon den entspre-
chenden Fehler von einem Ziffernschritt.
Die Werte des Eingangswiderstandes in den einzelnen Mess-
bereichen und der max. Anzeigeumfang sind in der folgenden
Tabelle angegeben, max. Anzeigeumfang bei 1 sec oder 10 sec
Integrationszeit:
maximaler
Anzeige-
Bereich umfang
100 mV 1 200 000
1 V 1 200 000
10 V 1 200 000
100 V 1 200 000
600 V 1 600 000
Den Einfluss des Quellenwiderstandes veranschaulicht die
folgende Abbildung.
R
q
U
0
R = Eingangswiderstand des
i
Multimeters (10 MΩ oder >1 GΩ)
R = Quellenwiderstand des Messobjektes
q
U = Spannung des Messobjektes
0
Der Fehler in % für eine Messung ergibt sich dann wie folgt:
100 x R
Fehler (%) = — —— — — —
R + R
q
Beispiel:
R ≥1 GΩ; R = 10 kΩ, Messfehler = 0,001% (10 ppm)
i q
Der in der Messtechnik oft verwendete Fehler in
ppm (parts per million) ergibt sich aus Fehler (%) x
10 000.
4.2 Serientaktunterdrückung
Einer der Hauptvorteile eines integrierenden Messverfahrens
liegt in der hohen Unterdrückung von Serien-Wechselspan-
nungsanteilen (z.B. Netzeinstreuungen), die der eigentlichen
Signalspannung überlagert sind. Für Frequenzen, bei denen die
Messzeit ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer bildet,
14
Änderungen vorbehalten
Eingangs maximale
widerstand Auflösung
1 GΩ 100 nV
1 GΩ 1 µV
10 MΩ 10 µV
10 MΩ 100 µV
10 MΩ 1 mV
DMM
R
U
V
i
m
q
i
ergibt sich theoretisch eine unendlich hohe Störunterdrückung.
Wegen des vollintegrierenden Messverfahrens heben sich so
die positiven und negativen Halbwellen des Netzbrummens
auf. Die Netzeinstreuungen können somit fast vollständig un-
terdrückt werden. Das Multifunktionsmeter HM8112-3 erreicht
eine Serientaktunterdrückung von >100 dB bei Netzfrequenzen
von 50/60 Hz ± 5%.
4.3 Gleichtaktunterdrückung
Als Gleichtaktunterdrückung bezeichnet man die Fähigkeit ei-
nes Messgerätes, nur das gewünschte Differenzsignal zwischen
„HI"- und „LO"- Eingang anzuzeigen, eine für beide Klemmen
gleiche Spannung gegen Erde dagegen möglichst zu unterdrük-
ken. In einem idealen System würde kein Fehler entstehen. In
der Praxis wandeln Streukapazitäten, Isolationswiderstände
und ohmsche Unsymmetrien einen Teil der Gleichtaktspannung
in eine Serienspannung um.
4.4

Thermospannungen

Eine der häufigsten Fehlerursachen bei Gleichspannungs-
messungen im Kleinsignalbereich sind die thermoelektrisch
hervorgerufenen Spannungen. Sie entstehen an Kontaktüber-
gangsstellen von unterschiedlichen Metallen, die sich auf
gleichem oder verschiedenem Temperaturniveau befinden.
Die Skizze veranschaulicht die möglichen Thermospannungs-
quellen in einem Messkreis, die an einer externen Verbin-
dungsstelle (Kontakt 1/2), aber auch in den Buchsen des
Messgerätes vorhanden sein können.
Deshalb ist immer darauf zu achten, die Verbindungen stets mit
gleichem Material auszuführen oder zumindest Materialien zu
verwenden, die, wenn sie miteinander verbunden werden, nur
sehr kleine Thermospannungen erzeugen.
Kontakt 1
bei T1
Material 1 Material 2
U
o
Material 1 Material 2
Kontakt 2
bei T2
Die untenstehende Tabelle zeigt die unterschiedlichen Ther-
mospannungen für diverse Materialkombinationen.
Kontaktmaterialien ca. Thermospannung
Cu - Cu <0,3 µV/°C
Cu - Ag (Silber) 0,4 µV/°C
Cu - Au (Gold) 0,4 µV/°C
Cu - Sn (Zinn) 2-4 µV/°C; je nach Zusammensetzung
Besteht beispielsweise Material 1 aus einer Silber-
zuleitung und Material 2 aus einem Kupferkabel, so
ergibt sich bei einem Temperaturunterschied von
nur 1 °C zwischen den Kontakten 1 und 2 bereits
eine Thermospannung von 400 nV. Dies würde im
kleinsten Spannungsbereich bei einer 7½-stelliger
Auflösung (10 nV Empfindlichkeit) einen Fehler von
±40 Digit ergeben. Bei 6½-stelliger Auflösung einen
Fehler von ±4 Digit. Beim HM8112-3 mit 6½-stelli-
ger Auflösung läge der Einfluss der Thermospan-
nung im letzten Digit.
DMM
Kontakt 3
(HI-Buchse)
V
U
m
Kontakt 4
(LO-Buchse)