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Bessere Messunsicherheit für Strommesswiderstände

24.11.2015

Zunehmende Anforderungen von Kunden, Strommesswiderstände mit beliebigen Nennwerten mit einer erweiterten Unsicherheit von weniger als 1×10-6 zu kalibrieren, scheitern bisher an der Kurzzeitstabilität von Stromquellen, die nur bei einigen 10-6 liegt. Durch Modifikationen der bestehenden Messeinrichtung kann der Einfluss der mangelnden Stabilität stark reduziert werden.

 

Für den AC-DC-Transfer und für die Leistungsmessung werden zunehmend Strommesswiderstände eingesetzt, die sich mit konventionellen Widerstandsmessbrücken nicht kalibrieren lassen. Dies betrifft insbesondere nicht-dekadische Werte, aber auch die Forderung nach einer höheren Ausgangsspannung und somit höherer Belastung. In der bisherigen Anordnung des Messplatzes für Strommesswiderstände wird das Stromverhältnis durch einen Präzisionsgleichstromwandler festgelegt und die Spannungsabfälle an den Widerständen werden nacheinander mit demselben Digitalmultimeter gemessen. Die Instabilität der Stromquelle bildet sich dann im Widerstandsverhältnis ab. Um dies zu vermeiden, wird die Differenz zwischen den Spannungsabfällen der Widerstände mit einem Digitalvoltmeter gemessen. Die geringste Messunsicherheit erzielt man bei annähernd gleichen Spannungsabfällen. Das Verhältnis der Stromstärken ist dabei umgekehrt proportional zum Verhältnis der Widerstände.

 

 

Bild 1: Der Vorteil dieses Messaufbaus im Vergleich zu Messbrücken liegt darin, dass man alle Einflussgrößen der Messung einzeln untersuchen kann. Dies ist insbesondere von Bedeutung für die Stabilitätsuntersuchungen an Strommesswiderständen, da der Einfluss der Instabilität der Stromquelle weitgehend eliminiert werden kann. Erste Untersuchungen an einem 1 Ω (1 W) Strommesswiderstand zeigten bereits, dass sich die Streuung der Messwerte um mehr als einen Faktor 10 verringern lässt.

 

 

Bild 2: Bei der Kalibrierung nicht-dekadischer Widerstandswerte für AC-DC-Shunts ist die Brückenspannung größer, der Vorteil des verminderten Einflusses der Stromquelle bleibt jedoch erhalten, sodass sich auch hier eine Verringerung der Messunsicherheit ergibt. Hier sind noch weitergehende Untersuchungen geplant.