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Verbesserung der Messmöglichkeiten bei Gleichstromstärken im Bereich 1 bis 100 A

22.11.2010

Gleichstromstärken im Bereich von 1 A bis 100 A wurden bisher in der Regel mit Strommesswiderständen gemessen. Bei dieser Methode müssen die Stromstärkeabhängigkeit der verwendeten Widerstände sowie deren Temperaturverhalten genau bestimmt werden, und bei der Anwendung sind die entsprechenden Randbedingungen definiert einzuhalten. Dies führt zu Einschränkungen im praktischen Einsatz. Erschwerend kommt hinzu, dass die Erwärmung nicht beliebig erhöht werden darf, was die zur Verfügung stehende Messspannung am Widerstand auf wenige 10 mV begrenzt. Schwankungen der bei der Messung unvermeidbar auftretenden Thermospannungen von bis zu 0,1 µV begrenzen die erreichbare relative Messunsicherheit auf etwa 10·10-6.
Um diese Einschränkungen zu vermeiden, bietet sich der Einsatz von Gleichstromwandlern an. Für die Präzisionsmessung von Normalwiderständen bei Stromstärken zwischen 1 A und 100 A kommen solche Wandler bereits zum Einsatz. Sie liefern feste dekadische Stromstärkeverhältnisse von 10:1 bis 1000:1. Die relative Abweichung des Übersetzungsverhältnisses dieser Wandler ist kleiner als 1·10-7. Üblicherweise werden solche Wandler gemeinsam mit Widerstandsmessbrücken eingesetzt. Zur Messung von Gleichstromstärken können sie aber auch allein, mit einem 10
W Normalwiderstand als Bürde, verwendet werden.  Die Lastabhängigkeit der Bürde kann vernachlässigt werden, und die auftretenden Messspannungen liegen im Bereich von 0,1 V bis 1 V. Dadurch ist der Einfluss der Thermospannungen ebenfalls deutlich geringer. Die praktisch erreichbare Messunsicherheit liegt damit auch bei 100 A in der Größenordnung von 3·10-6 und ist überwiegend begrenzt durch die Kurzzeitstabilität der eingesetzten Gleichstromquellen.
Auf Grundlage dieser Untersuchungen wird die PTB im nächsten Jahr eine Verbesserung ihrer CMC-Einträge für diese Stromstärken beantragen.

 

 

Ansprechpartner: Bernd Schumacher
Fachbereich 2.1:  Gleichstrom und Niederfrequenz