Vierleitermessung / Kelvinschaltung
Bei der Vierleiter- / Kelvin-Messmethode werden vier separate Leitungen verwendet. Zwei Leitungen
führen den Strom durch das Messobjekt. Die anderen zwei Leitungen messen den Spannungsfall. Dabei
fließt ein konstanter Strom durch das Messobjekt, der unabhängig von den Widerständen der Zuleitung
ist, weil in einer Reihenschaltung der Strom überall gleich ist und der Innenwiderstand eines
Voltmeters sehr hochohmig ist (Megaohm). Mit einem hochohmigen Voltmeter wird die Spannung am
Messobjekt gemessen. Diese Spannung ist direkt proportional zum Widerstandswert. PT100,
Shunt-Widerstand, Heizdraht und Widerstände im Milliohm Bereich sind hier typische Messobjekte.
Vor einer Messung muss man das Messobjekt genau unter die Lupe nehmen. Was für einen Strom kann
ich nehmen? Wie hoch darf die Spannung sein? Grundsätzlich muss man unter der angegebenen Wattzahl
bleiben. Das ist sehr wichtig!
Die zwei Bilder oben zeigen den grundsätzlichen Messaufbau. Für die Messungen habe ich mir ein
Paar Messleitungen zusammengelötet. Weiterhin werden eine Energiequelle und ein Strom- Spannungsregler
benötigt. Details siehe weiter unten in diesem Kapitel.
Das obige Bild zeigt eine Widerstandsmessung. Messobjekt 1 Ohm Widerstand, 50 Watt und 5% Toleranz.
Der maximale Strom beträgt P=I²*R, I=Wurzel(P/R) I=Wurzel(50W/1Ω) = 7 Ampere.
Mit einem Ohmmeter wurde ein Widerstand von 1,67Ω gemessen. Die Vierleitermessung kommt zu
folgenden Ergebnis: Spannung am Messobjekt beträgt 1,08 Volt. Es fließt ein Strom von 1,054 Ampere.
Berechneter Widerstand: R = V/A = 1,08V / 1,054 A = 1,02 V/A = 1,02Ω.
Die Messleitungen erzeugen einen Spannungsabfall von 0,1 Volt (1,18V – 1,08V).
Das obige Bild zeigt eine weitere Widerstandsmessung. Messobjekt sind acht Meter verzinkter
Eisendraht mit einem Quadratmillimeter Querschnitt (kein Heizdraht). Berechneter Widerstand:
R = V/A = 7,67V / 3,985 A = 1,02 V/A = 1,93Ω. Das entspricht 240
Milliohm pro Meter (1,93Ω / 8 Meter). Anschließend jage ich den maximalen Strom durch den
Eisendraht und messe die Temperatur. Natürlich kontrolliert! Nicht das mir die Bude abbrennt.
Mein selbstgebauter Strom- und Spannungsregler kann maximal 10 Ampere liefern. Innerhalb von
130 Sekunden stieg die Temperatur von 19°C auf 50°C.
Ein Gleichstromnetzteil, 13,8 Volt - nicht stabilisiert, dient als Energiequelle.
Der Strom- Spannungsregler ist ein Step Down Converter mit einem Spannungsbereich von 1,2 Volt
bis maximal 34 Volt, 10 Ampere. Das auf der Platine verbaute Potentiometer wurde ausgelötet
und durch zwei externe Potentiometer ( Grob- und Feineinstellung) ersetzt.