Messwiderstand

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Ein Messwiderstand ist ein hochwertiger ohmscher Widerstand für Aufgaben der Messtechnik. In der bevorzugten Anwendung des Begriffes ist er ein Messumformer für die Überführung Spannung ⇔ Strom.

[Bearbeiten] Anforderungen

1. Forderung: Genaue Justierung

typisch realisierte relative Fehlergrenzen: g = 10^-3 … 10^-4 im Bereich 1 mΩ ≤ R ≤ 100 kΩ;

die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) schafft g ≤ 10^-6.

2. Forderung: Unabhängigkeit von Einflusseffekten durch

- Messstrom (Eigenerwärmung),

- Umgebungstemperatur (Fremderwärmung),

- Anschlusstechnik,

- Alterungseffekten,

- Betriebsfrequenz.

3. Forderung: Keine Thermospannung in Kontakt mit Kupfer

Mit Manganin schafft man etwa ΔU/Δt = 1 μV/K. Dagegen muss man bei Konstantan mit einem Wert von rund 50 μV/K rechnen.

Reine Metalle haben einen Temperaturkoeffizienten des Widerstands in der Größenordnung

und sind ungeeignet. Spezielle Cu-Mn-Ni- oder Cr-Ni-Legierungen schaffen

.

Die Eigenerwärmung hängt ab von der umgesetzten Leistung und der Größe der Oberfläche für die Wärmeabgabe. Die Herstellerangaben über den maximal zulässigen Strom sind zu beachten. Die Belastbarkeit von Messwiderständen ist häufig < 1 W.

[Bearbeiten] Aufbau

[Bearbeiten] Höherohmiger Messwiderstand

Bifilare Wicklung auf zylindrischem Träger

Höherohmige Messwiderstände werden aus Draht hergestellt, der zu Spulen aufgewickelt wird. Diese haben ein Induktivität, die bei Wechselströmen mit steigender Frequenz den Widerstand zunehmend verfälscht. Durch eine kapazitive Verkopplung zwischen den Windungen ergibt sich eine weitere Fehlerquelle, die in der Regel erst bei höheren Frequenzen merklich ist.

Zur Verminderung dieser Störeinflüsse sind besondere Wickeltechniken bekannt. Z. B. durch Bifilarwicklung wird die Induktivität stark vermindert, allerdings die Kapazität erhöht.

[Bearbeiten] Niederohmiger Messwiderstand

Strommesswiderstand mit Anschlussblöcken und Schraubanschlüssen;
Ersatzschaltbild mit dem Messwiderstand zwischen den Anschlussblöcken und den Übergangswiderständen in den Strom-Anschlüssen

Niederohmige Messwiderstände, auch als Strommesswiderstand, Nebenwiderstand oder Shunt bezeichnet, werden aus Blech oder Stangen der genannten Legierungen hergestellt. Bei diesen Widerständen ist das Problem des Übergangswiderstands zu beachten.

Richtwert für den Übergangswiderstand in vielfach benutzten, hochwertigen Steckkontakten: 1 mΩ; je nach Werkstoff und Korrosion deutlich mehr; zudem häufig inkonstant.

- Beispiel: Für einen Messwiderstand von 1 Ω bedeuten zwei Stecker mit dem genannten Richtwert: Relative Messabweichung = 0,2 %. Das ist mehr als die typische Fehlergrenze des Widerstandes; diese Abweichung kann nicht als vernachlässigbar klein angesehen werden, wenn die Qualität des Widerstandes ausgeschöpft werden soll; die Abweichung kann auch nicht herausgerechnet werden, weil Übergangswiderstände nur grob schätzbar sind.

- Beispiel: Für einen Messwiderstand zur Umformung von 150 A in 60 mV, also mit R = 60 mV/150 A = 0,4 mΩ mit denselben Steckern: Relative Messabweichung = 500 %.

Maßnahme zur Vermeidung dieser Abweichung: Anschluss in Vierleitertechnik:

• Große, außen liegende Stromklemmen,
• kleine, innen liegende Spannungsklemmen. Da diese nur von dem geringen Strom durchflossen werden, den ein Spannungsmesser aufnimmt, verursachen die auch hier vorliegenden Übergangswiderstände einen vernachlässigbar kleinen Spannungsverlust.

Der Spannungsabfall an den Stromklemmen fällt aus der gemessenen Spannung vollständig heraus.

Innerer Aufbau einer Widerstandsdekade: 10 gleiche Widerstände und ein Schalter mit 11 Positionen 0, 1, 2, … 10. Die Pos. 10 samt Widerstand kann je nach Ausführung fehlen.

[Bearbeiten] Veränderlicher Widerstand

Veränderliche Widerstände bzw. Potentiometer mit Schleifer sind zu Messzwecken ungeeignet, wenn der Stellbereich nur über eine Umdrehung (270 … 350°) geht. Spezielle Wendelpotentiometer mit einem Stellbereich von 10 Umdrehungen schaffen Fehlergrenzen in der Linearität < 0,3 % und in der Ablesung der Einstellung < 0,1 %. Für Präzisionsmessungen verwendet man schrittweise einstellbare Widerstandsdekaden (Dekadenwiderstände), siehe auch Digitale Messtechnik.

[Bearbeiten] Siehe auch

Der Begriff Messwiderstand wird auch anders verwendet, z. B.

• für die Temperaturmessung im Widerstandsthermometer
• für die Dehnungsmessung im Dehnungsmessstreifen