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G l e i c h s p a n n u n g s s m e s s u n g
Gleichspannungsmessung
Eingangswiderstand bei Gleichspannung
Um die hohe Linearität des Messverfahrens auszunutzen, ist
der Eingangswiderstand für Spannungsmessungen bis 1 V sehr
hochohmig gewählt (
>
1 G
Ω
). In diesem Bereich erlaubt das
Gerät noch genaue Messungen mit maximal 1 ppm Lastfehler
an Messobjekten mit 1 k
Ω
Innenwiderstand.
Im 10 V-, 100 V- und 1.000 V-Bereich verursachen
beispielsweise 100 Ohm Innenwiderstand des
Messobjektes bei 100.000 Aufl ösung schon den
entsprechenden 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-
Eingangs
maximale
Bereich umfang widerstand
Aufl ösung
100 mV
1 200 000
1 G
Ω
100
nV
1 V
1 200 000
1 G
Ω
1
μV
10 V
1 200 000
10 M
Ω
10
μV
100 V
1 200 000
10 M
Ω
100
μV
600 V
1
600 000
10 M
Ω
1
mV
Den Einfl uss des Quellenwiderstandes veranschaulicht die
folgende Abbildung.
Der Fehler in % für eine Messung ergibt sich dann wie folgt:
Beispiel:
Ri
≥
1 G
Ω
; Rq = 10 k
Ω
, Messfehler = 0,001% (10 ppm)
Der in der Messtechnik oft verwendete Fehler in
ppm (parts per million) ergibt sich aus Fehler (%) x
10 000.
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,
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%.
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.
Thermospannungen
Eine der häufi gsten Fehlerursachen bei Gleichspannungsmes-
sungen im Kleinsignalbereich sind die thermoelektrisch hervor-
gerufenen Spannungen. Sie entstehen an Kontaktübergangs-
stellen von unterschiedlichen Metallen, die sich auf gleichem
oder verschiedenem Temperaturniveau befi nden.
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.
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
Aufl ösung (10 nV Empfi ndlichkeit) einen Fehler von
±40 Digit ergeben. Bei 6½-stelliger Aufl ösung einen
Fehler von ±4 Digit. Beim HM8112-3 mit 6½-stelli-
ger Aufl ösung läge der Einfl uss der Thermospan-
nung im letzten Digit.
STOP
TiPP
R
i
= Eingangswiderstand des
Multimeters
(10
M
Ω
oder >1 G
Ω
)
R
q
= Quellenwiderstand des Messobjektes
U
0
= Spannung des Messobjektes
100 x R
q
Fehler (%) = ——————
R
q
+ R
i
STOP
TiPP
Kontakt 1
bei T1
Kontakt 2
bei T2
Kontakt 3
(HI-Buchse)
Kontakt 4
(LO-Buchse)
Material 1
Material 2
Material 2
Material 1
DMM
U
m
V
U
o
STOP
TiPP