Niederohmmessung Wie die Kelvin-Messtechnik bei der Niederohmmessung gelingt

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Kleinste Widerstände lassen sich mit der Kelvin-Messmethode oder auch Vierleitermessung messen. Der elektrische Widerstand der Leitungen und der Kontaktstellen beeinflusst nicht das Messergebnis.

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Mit der Zweidraht-Messmethode lassen sich Genauigkeiten beim Messen ab ≤1% im Niederohm-Bereich (m- und µ-Ohm) mit zusätzlich hohen Auflösungen nicht mehr erreichen.

Bei dieser Methode wird die Spannung nicht direkt am Prüfling, sondern über der Spannungsquelle oder über der Summe aller im Messkreis liegenden Widerstände gemessen.

Der Widerstand der Zuleitung und der Kontaktwiderstand sind bei Messungen von niederohmigen Prüflingen allerdings nicht zu vernachlässigen. Äquivalent zur Widerstandsmessung gilt diese Aussage auch bei der Messung von kleinen Kapazitäts- oder Induktivitätswerten.

Die Vierdraht- oder Kelvin-Messung

Bei der Vierdraht- oder Kelvin-Messung werden die Zuleitungswiderstände der Messleitungen und die Übergangswiderstände an den Messstellen zwischen Prüfling und Messgerät kompensiert. Für den Einsatz bei der Messung von kleinen Kapazitäts- oder Induktivitätswerten gilt das gleiche Prinzip.

Nur eine einwandfreie Kontaktierung des Prüflings garantiert eine qualitativ hochwertige und reproduzierbare Messung.

Um der ständig wachsenden technischen Entwicklung gerecht zu werden, müssen die Anforderung der Kontaktierung der Prüflinge stetig angepasst werden. Diese wichtige Schnittstelle zwischen Messgerät und Prüfling wird häufig von den Herstellern der Messgeräte nicht ausreichend unterstützt und von den Anwendern zu gering bewertet. Obwohl gerade hier über eine richtige Messung entschieden wird.

Kontaktierung des Prüflings zu wenig beachtet

Qualität und reproduzierbares Messergebnis entscheidet letztlich, ob sich ein Produkt verkaufen lässt und den hohen Qualitätsanforderungen entspricht. Der Anwender muss der Kontaktierung des Prüflings mehr Beachtung schenken und einen größeren Aufwand für eine produktgerechte Auswahl betreiben.

Die Kontaktierung erfolgt meist als Punkt Messung mit Zangen, Tastern, Steckern oder Adaptern. Beide Messstellen berühren mit zwei Kontakten den Prüfling. Ein konstanter Messstrom von +I, -I, der im Messgerät erzeugt wird und über separate Zuleitungen zum Prüfling gelangt, durchfließt diesen. An gleicher Kontaktierstelle wird die Spannung +U, -U mit einer eigenen Leitung abgegriffen. Diese Spannung ist direkt proportional zu dem Widerstand des Prüflings.

Da der eingespeiste Strom konstant und der Innenwiderstand des Spannungsmessers sehr hoch ist, wird der Widerstand der Zuleitungen und der Kontaktübergänge kompensiert. Fehlerraten bis 0,01 % sind erreichbar.

Notwendige Grundlagen für ein optimales Messen

Elektronische Bauelemente wie Widerstände, Induktivitäten, Kapazitäten und Kontakte aller Art lassen sich mit dieser Methode messen. Sowohl an Standard- als auch an SMD-Bauelementen lässt sich mit entsprechenden Messanordnungen arbeiten.

Zum optimalen Messen von Präzisionswiderständen, Wicklungswiderständen von Drähten, Spulen, Drosseln, Transformatoren, bei Schutzleiter-Prüfungen, elektrischen Prüfungen von Steckverbindern und Relais sind oft besondere Formen von Zangen, Tastern, Steckern oder Adaptern notwendig.

Welche Zuleitungskabel zum Einsatz kommen

Als Anschluss-Stecker an die Messgeräte kommen Rund-Stecker von diversen Herstellern, farblich gekennzeichnete Bananenstecker mit 4 mm oder BNC-Stecker zum Einsatz. Die Anschluss-Stecker werden durch den am Eingang des Messgeräts oder der Messbrücke vorhandenen Buchsen bestimmt. Sie können entsprechend konfektioniert werden.

Je nach Eingangs-Stecker, Messart und der zu messenden Objekte werden die entsprechenden Zuleitungskabel ausgewählt. Zum Einsatz kommen hier Koaxial-, Twistet Pair- oder feindrähtige Litzen-Kabel. Zuleitungskabel bis zu einer Länger von 10 m sind nicht kritisch, da das Kelvin-Messverfahren die physikalischen Werte der Messleitung kompensiert und so den Messwert nicht beeinflusst.

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