Hochgenaue Widerstandsmessung zur Einbindung in TC3 gesucht.

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oliver.tonn

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Hallo,
ich suche (mal wieder) eine eierlegende Wollmilchsau.
Es sollen von mehreren Gruppen von Heizelementen der Widerstand der jeweiligen Gruppe gemessen werden und das Ergebnis in TwinCAT 3 verarbeitet werden. Beckhoff bietet dafür selber einige Klemmen an, aber selbst die genaueste mit einem Messfehler von 0,5% ist noch um den Faktor 50-500 zu ungenau. Hier mal die weiteren Anforderungen:

- Bis zu 6 Kanäle
- Kompakte Bauweise (sollte nicht viel mehr Platz einnehmen als ca. 3-6 Beckhoff-Klemmen)
- Datenübertragung via EtherCAT oder Ethernet (im Notfall auch per RS232 oder RS485)
- Maximale Messzeit (inkl. Verarbeitung und Übertragung) 250ms
- Messbereich 1-10Ohm
- Wenn keine Messung erfolgt Spannungsfest bis 100V AC
- Messgenauigkeit << 0,01%

In denke mal das bei dieser hohen Genauigkeit 2-Leiter Messungen nicht in Frage kommen, weil da ja jede Kleinigkeit einen Einfluss haben kann. Ich selber frage mich dabei aber auch, wie sie die Widerstandsänderung durch die Temperaturänderung rausrechnen wollen, aber das ist das Problem der Prozessingeneure.
 
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Wir hatten die Tage mal wieder Beckhoff im Haus und da hatten die gemeint, dass Sie nichts mit der gewünschten Genauigkeit und Spannungsfestigkeit hätten, von daher denke ich mal, dass diese Klemmen mit den maximal 100V AC nicht klar kommen, weil die Genauigkeit würde geradeso gehen.
 
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Beckhoff scheint nur einen Messbereich von 5k Ohm zu haben. Da ergibt es keinen Sinn 10 Ohm zu messen.

Wenns von Beckhoff nichts passendes gibt, musst du wohl auf Laborgeräte gehen. Das ist dann preislich natürlich eine ganz andere Klasse.

z. B. https://literature.cdn.keysight.com/litweb/pdf/5968-0161EN.pdf?id=1000070096:epsg:dow
oder https://www.burster.de/de/mess-pruefgeraete/mikroohm-und-milliohmmeter/p/detail/resistomatR-2329/

Ansonsten musst du mal rechnen 0,01%=1/10000 das sind so etwa 5 Stellen. Das Keysight macht im dem Geschwindigkeitsbereicht auch nur noch 5 1/2 Stellen. Falls das Ganze keine Endprüfung für Airbag-Zünder ist, kannst du vielleicht mit einer Stromquelle selbst eine 4 Leitermessung aufbauen. Das hört sich ja eher so an, als ob es nicht die Kernfunktioin ist.

Gruß Stephen
 
oliver.tonn schrieb:
... Ich selber frage mich dabei aber auch, wie sie die Widerstandsänderung durch die Temperaturänderung rausrechnen wollen, aber das ist das Problem der Prozessingenieure.
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... und ich frage mich, warum. Die Spannung und den Strom im "NormalBetrieb" (an 100V AC) zu messen, wäre zu aufwändig? PhasenWinkel zwischen Spannung und Strom? Verfälschung durch Shunt? KurvenForm von Spannung und Strom? Anzahl der ADUs zu hoch?
Eine Beschaltung des ADU, die es erlaubt, bei inaktiven HeizElementen mit dem "mickrigen" Strom der Klemme zu messen und trotzdem den NormalBetrieb der
HeizElemente zu verkraften, erscheint mir reichlich abenteuerlich.
​
Könnte mir bestenfalls vorstellen, für die Messungen einen externen KontantStrom zu benutzen, der in der GrössenOrdnung von 100 mA bis 1 A liegt - die HeizElelemente dürften das verkraften ... ?
Gruss, Heinileini
 
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Ich frage mich, wofür man den Widerstand von Heizelementen sooo genau messen muß? :confused: Da ändert sich ja schon der Widerstand, wenn eine Anschlußschraube etwas fester angezogen wird. Ist das eine wirklich nötige Forderung oder kommt die von Jung-Ingenieuren?

Werden die Widerstände potentialfrei gemessen? Man könnte auch eine hochgenaue Konstantstromquelle basteln und den Spannungsabfall sehr genau messen (also nicht Widerstandsmessung sondern Spannungsmessung).

Harald
 
PN/DP schrieb:
Ich frage mich, wofür man den Widerstand von Heizelementen sooo genau messen muß? ...
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... wahrscheinlich nur, um die Temperatur berechnen zu können ;o)
​
... Man könnte auch eine hochgenaue Konstantstromquelle basteln und den Spannungsabfall sehr genau messen (also nicht Widerstandsmessung sondern Spannungsmessung).
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... das war auch meine Vorstellung, als ich von "externem KontantStrom" schrieb. Aber da kommen schon mehrere SpannungsMessungen in Betracht. An (einer) der Zuleitung(en), am HeizElement, an einem "Shunt", sofern man der Präzision der KonstantstromQuelle nicht traut.
Gruss, Heinileini
​
 
Also bei der Aufgabenstellung würde mich mal die Fehlerbetrachtung interessieren.
Neben der Temperatur geht da ja jede Anschlußstelle ein.
Wahrscheinlich ist da mind. wöchentliche Kalibrierung angesagt.
 
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Hallo Heinileini,
Heinileini schrieb:
... und ich frage mich, warum. Die Spannung und den Strom im "NormalBetrieb" (an 100V AC) zu messen, wäre zu aufwändig? PhasenWinkel zwischen Spannung und Strom? Verfälschung durch Shunt? KurvenForm von Spannung und Strom? Anzahl der ADUs zu hoch?
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es soll auch das Abkühlverhalten aufgezeichnet werden, das Ganze wird letztenendes so eine Art Condition Monitoring.
Heinileini schrieb:
Eine Beschaltung des ADU, die es erlaubt, bei inaktiven HeizElementen mit dem "mickrigen" Strom der Klemme zu messen und trotzdem den NormalBetrieb der
HeizElemente zu verkraften, erscheint mir reichlich abenteuerlich.​
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Die Beckhoffklemmen können das verkraften, leider sind diese zu ungenau.
 
Zuletzt bearbeitet:
Hallo Harald,
PN/DP schrieb:
Ich frage mich, wofür man den Widerstand von Heizelementen sooo genau messen muß? :confused: Da ändert sich ja schon der Widerstand, wenn eine Anschlußschraube etwas fester angezogen wird. Ist das eine wirklich nötige Forderung oder kommt die von Jung-Ingenieuren?
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die meisten hier sind deutlich über dreißig also nicht mehr ganz so jung und Doktoren, kommen aber aus anderen Fachbereichen. Aber ja, es ist eine nötige Forderung. Es handelt sich nicht um einzelne Heizelemente die gemessen werden sollen, sondern immer um Gruppen von Elementen. Die Heizelemente sind kleine Zylinder die jeweils über einer Düse sitzen, mehr Infos darf ich leider nicht preisgeben. Es geht um eine Art Condition Monitoring, dabei ist nicht der tatsächliche Widerstand so wichtig, sondern dessen Änderung zu einer vorherigen Messung, um festzustellen, ob ein Heizer ausgefallen ist. Das sich der Absolutwert durch verschiedenen Einflüsse ändern kann ist klar, aber während die Messungen stattfinden befindet sich die Anlage in einer Kammer im Hochvakuum und da sollte es zu keinen ungewollten Schwankungen kommen, außerdem ist der Absolutwert, wie schon erwähnt, uninteressant.
PN/DP schrieb:
Werden die Widerstände potentialfrei gemessen? Man könnte auch eine hochgenaue Konstantstromquelle basteln und den Spannungsabfall sehr genau messen (also nicht Widerstandsmessung sondern Spannungsmessung).
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Das wäre auch noch eine Idde, aber auch diese müsste, wenn nicht gemessen wird, eine "Rückspeisung" von bis zu 100V AC aushalten.
 
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Bei der geforderten Genauigkeit bleibt doch eigentlich nur sowas übrig: https://www.rohde-schwarz.com/de/produkt/hmc8012-produkte_63492-44315.htm

Das es so eine Gerät auch für Messungen bei ständig vorhandenen 100VAC "von der Stange" gibt, kann ich mir fast nicht vorstellen. Die 100VAC müssten vom Messgerät ferngehalten werden, vielleicht über steilflankige 50Hz(?) Filter ?

Wenn nur die Differenz zu einer vorherigen Messung relevant ist, reicht dann nicht eine Spannung/Strom-Messung ? Was ist mit einer Leistungsmessung ? Ein ausgefallenes Heizelement müsste sich doch in der Gesamtleistung bemerkbar machen ?

Frag doch mal bei einem Messtechnik-Spezialisten nach oder direkt bei Rohde&Schwarz.
 
Gleichstromer schrieb:
Bei der geforderten Genauigkeit bleibt doch eigentlich nur sowas übrig: https://www.rohde-schwarz.com/de/produkt/hmc8012-produkte_63492-44315.htm
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"Normale" Laborgeräte scheiden aufgrund deren Größe meistens aus.
Gleichstromer schrieb:
Das es so eine Gerät auch für Messungen bei ständig vorhandenen 100VAC "von der Stange" gibt, kann ich mir fast nicht vorstellen. Die 100VAC müssten vom Messgerät ferngehalten werden, vielleicht über steilflankige 50Hz(?) Filter ?
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Während der Messung liegen die 100V natürlich nicht an, aber das Messgerät ist halt dauernd angeschlossen. Wie gesagt, Beckhoff hat ja Klemmen die das hinbekommen nur leider nicht mit der geforderten Genauigkeit. Das mit dem Filter werde ich mal hier mal ansprechen.
Gleichstromer schrieb:
Wenn nur die Differenz zu einer vorherigen Messung relevant ist, reicht dann nicht eine Spannung/Strom-Messung ? Was ist mit einer Leistungsmessung ? Ein ausgefallenes Heizelement müsste sich doch in der Gesamtleistung bemerkbar machen ?
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Auch eine Leistungsmessung müsste mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen und da wird es auch wieder eng was die möglichen Geräte angeht. Außerdem soll meine ich auch der Widerstandsverlauf beim Abkühlen aufgezeichnet werden, deswegen auch die relativ niedrigen Wandlungszeiten.
 
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Ausfiltern der störenden 100 V 50 Hz Spannung finde ich nicht gut. Womit ausfiltern? LC?
Mag im eingeschwungenen Zustand ausreichen, aber die 100 V werden ein- und ausgeschaltet!
Geschützt werden müssen die KonstantStromQuelle und die SpannungsMessung.
Wenn separate KonstantStromQuelle, würde ich sie per Relais nur dann dazuschalten, wenn die 100 V nicht anliegen.
Verfälschung durch ÜbergangsWiderstand des RelaisKontakts? GoldKontakte wählen und den Rest soll die StromQuelle ausregeln!
Schutz der SpannungsMessKlemmen durch VorWiderstand und Z-Diode. Dies stellt auch einen guten Schutz gegen negative Spannungen dar.
Um Verfälschungen der Messung durch den Widerstand der Zuleitung zu vermeiden, SpannungsAbfall an der Zuleitung messen.
Dadurch werden die Potenziale an beiden Enden des HeizElements gemessen (Differenz der beiden Messwerte ist die gesuchte Spannung am HeizElement).
NichtLinearität durch VorWiderstand und Z-Diode ggfs (vorab) ermitteln und bei den Messungen herausrechnen.
Gruss, Heinileini

HeizElementMessung.jpg
 
Bei einer Gruppe von Heizelementen, bei der der Ausfall eines Elements detektiert werden soll, würde ich über eine Leistungsmessung nachdenken. Temperatursensoren an jedem Heizelement sind wohl nicht möglich, wäre ja zu einfach oder einfach zu teuer.

Das alles lässt sich in zwei Spannungsmessungen zerlegen (Leistung, Widerstand, eben Spannung und Strom (auch als Spannung gemessen ;) ))
Spannungsmessungen kann man sehr hochohmig und mit Überspannungsschutz aufbauen.
 
Metabastler schrieb:
Bei einer Gruppe von Heizelementen, bei der der Ausfall eines Elements detektiert werden soll, würde ich über eine Leistungsmessung nachdenken. Temperatursensoren an jedem Heizelement sind wohl nicht möglich, wäre ja zu einfach oder einfach zu teuer.

Das alles lässt sich in zwei Spannungsmessungen zerlegen (Leistung, Widerstand, eben Spannung und Strom (auch als Spannung gemessen ;) ))
Spannungsmessungen kann man sehr hochohmig und mit Überspannungsschutz aufbauen.
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Scheidet leider aus, da auch der Widerstandsverlauf beim Abkühlen gemessen werden soll.
 
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Das einfachste wäre natürlich eine Umschaltung per Relais.
Wenn das nicht möglich/gewünscht ist, bleibt die Vierleitermesung , Spannungsmessung über dem Widerstand ist kein Problem, der Eingang lässt sich schützen. Bleibt der zu messende oder einzuprägende Strom (der ja nicht Heizen soll ;) ), der die 100VAC überleben soll.
Es wäre es praktisch zu wissen, wie die Heizspannung geregelt und erzeugt wird. Welchen Innenwiderstand hat die Heizung, wenn sie abgeschaltet ist?
Wie ist die Heizung bzgl Masse verschaltet?
Soll der Widerstand auch beim Heizen gemessen werden?
Elegant wäre es einen 1kHz bis 20kHz Wechselstrom (ca. 2mA) z.B. induktiv einzuprägen .
Andere Möglichkeit: Einen 200V Gleichspannungsquelle mit 100kOhm Vorwiderstand über die Heizung.

Frag mal bei Bender oder anderen Herstellern, die Isolationswiderstände im Betrieb messen, ob die eine Lösung haben.
 
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