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Wumpus-Gollum-Forum von "Welt der Radios".
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Nano- und Picoampere messen
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24.09.19 05:52
Foghunter

nicht registriert

24.09.19 05:52
Foghunter

nicht registriert

Nano- und Picoampere messen

Hallo Forum,

habt Ihr Euch schon mal gefragt, wie hoch der Sperrstrom einer in Sperrichtung gepolten 1N4148, der Isolationsstrom eines Styroflex-Kondensators oder die Stromaufnahme eines schlafenden Mikrocontrollers ist?

Gefragt vielleicht......

....aber die dabei zu messenden Nano- und Picoampere kann man ja bei unseren Strommessbereichen nicht mehr auswählen und daher können wir sie ja nicht messen.

Sorry. Aber das ist glattweg Unsinn!

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In Gleichstrom- und Gleichspannungsmessbereichen kennen unsere Messgeräte nur das ohmsche Gesetz.

Spannung = Strom mal Widerstand


Wenn man eine Spannung messen will, so wird diese Spannung an einem internen Eingangswiderstand gemessen. Es fließt also ein Messstrom.

Wie hoch der Eingangswiderstand (= Innenwiderstand) und damit der resultierende Messstrom bei einem bestimmten Spannungsmessbereich bei Vollausschlag ist, ist von der Konstruktion des Messgeräts abhängig. Aber immer ist das ohmsche Gesetz erfüllt.

Gleiches gilt für die Strommessbereiche. Dort erzeugt der Messtrom an einem eingebauten Shunt (= Innenwiderstand) einen Spannungsabfall.

-------------

Viele DVM benötigen für Vollauschlag in den Strommessbereichen einen Spannungsabfall von 200mV. Und viele DVM haben im 200mV Spannungsmessbereich einen Eingangswiderstand von 10 Megohm.

Wer hindert uns, den Spannungsmessbereich 200mV einzuschalten und Ströme von 20nA (Vollausschlag), also 20 Picoampere Auflösung auf einem 3-stelligen DVM zu messen? Herr Ohm und der Messgerätehersteller hindern Euch jedenfalls nicht. Und Störungen auch nicht, denn die Anzeige zappelt nicht mehr, als sie nun mal immer im 200mV Spannungsmessbereich gezappelt hat.

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Ich führ das mal vor:

Ich nehm mir ein elektronisches Zeigerinstrument. Das hat als kleinsten Spannungsmessbereich 100mV anzubieten. In diesem 100mV Spannungsmessbereich messe ich den Eingangswiderstand:





Aha... es hat also stolze 20 Megohm Eingangswiderstand.

Ich rechne aus "I = U / R = 100mV / 20 Megohm = 5nA Vollausschlag. Das ergibt eine Nachweisgrenze (1% der Skala) von sagenhaften 50 Picoampere.

So. Nun nehm ich mir eine 1,5V-Batterie und schalte diese in Reihe mit meinem auf 100mV gestellten Spannungsmessgerät, lasse den Stromkreis aber noch offen. Der Zeiger bleibt brav auf "0", wie wir das ja auch bei Spannungsmessungen kennen.



Und nun schalte ich die in Sperrichtung gepolte 1N4148 in den Stromkreis:



Der Zeiger schlägt auf 60% von 5nA Vollausschlag aus:



Der Sperrstrom einer mit 1.5V bestromten 1N4148 beträgt rund 3nA.


Kein Geheimnis, kein Trick, kein Zeigerzittern, kein Voodoo, kein Aufwand (den Messbereich habt Ihr bei der Anschaffung Eures Messgeräts schließlich mitbezahlt)....

Lediglich konsequente Anwendung des Ohmschen Gesetzes.

Viel Spaß beim Messen von Strömen, die Euch bisher verborgen blieben.

Viele Grüße

Wolfgang

Zuletzt bearbeitet am 24.09.19 08:05

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24.09.19 09:41
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

24.09.19 09:41
WalterBar 

WGF-Premiumnutzer

Re: Nano- und Picoampere messen

Hallo zusammen,

ich bin mit allem hier einverstanden und danke auch Wolfgang für den Denkanstoss, aber ...

Messen ist vergleichen. Vergleicht man zwei Messgeräte, sollte der Chef im Ring eine Grössenordnung/Zehnerpotenz besser sein. Misst man kleinste Ströme im Spannungsmessbereich, ist eine Fehlerbetrachtung sinnvoll. Zu dem Fehler bezogen auf den Messbereich kommt halt noch ein weiterer Fehler obendran. Orientierende Messung könnte man sowas wohlwollend nennen. Wer viel misst, misst Mist.


Gruss
Walter

24.09.19 09:54
Foghunter

nicht registriert

24.09.19 09:54
Foghunter

nicht registriert

Re: Nano- und Picoampere messen

Hallo Walter,

in Deinem Messgerät ist wirklich ein physikalischer Widerstand von 10 Megohm eingebaut, wenn es 10 Megohm Eingangswiderstand hat. Dein interner Messverstärker hat einen vielfach höheren Eingangswiderstand als diese 10 Megohm.

Dein auf 200mV gestelltes Messgerät misst so genau, wie es immer 200mV misst. Es gilt der Fehler, der in Deinem Handbuch steht. Also zum Beispiel ein Messfehler von 0,1%.

Es ist wirklich kein Trick und nicht Ungenaues dahinter. Es ist und bleibt einfach eine 200 mV Spannungsabfallmessung an einem internen 10 Megohm Widerstand wie Du sie immer schon benutzt hast.

**********

Mit dem einzigen Unterschied, dass Du nun die angezeigte Spannung in Eingangsstrom umrechnen musst. Das ist das ganze "Geheimnis".

**********

Viele Grüße

Wolfgang



BTW: der Innenwiderstand von 10 Megohm ist allerdings nicht exakt spezifiziert. Und der Messverstärker-Eingang liegt dem Widerstand auch noch parallel. Es kann also durchaus sein, dass dadurch die damit vorgenommene Strommessung etwas ungenauer ist als die Spannungsmessung. Aber ob die 1N4148 nun einen Sperrstrom von 3nA oder 3.3nA hat, ist wohl eher akademisch.

Zuletzt bearbeitet am 24.09.19 19:13

26.09.19 18:28
Schorse 

Einsteiger

26.09.19 18:28
Schorse 

Einsteiger

Re: Nano- und Picoampere messen

Moin.

Also, ich könnte das direkt messen. Bis runter zu Pikoampere.

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IMG_7696.JPG IMG_7696.JPG (47x)

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26.09.19 19:13
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

26.09.19 19:13
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

Re: Nano- und Picoampere messen

moin,

hier gibts ein Keithley 263. Damit kann man picoA-Meter einstellen
Es müßte altersbedingt aber mal kalibriert werden. Für sein Kabel hab ich mehr bezahlt als für das Gerät.
Das Thema pA und darunter ist zu winzig für dieses Forum, wir wenden uns hier besser wieder den üblichen Stromstärken zu.
Übrigends haben auffallend viele Nixi-DMM noch nA im Angebot.

lG Martin

Zuletzt bearbeitet am 26.09.19 19:16

27.09.19 15:15
Metabastler 

WGF-Nutzer Stufe 2

27.09.19 15:15
Metabastler 

WGF-Nutzer Stufe 2

Re: Nano- und Picoampere messen

Schorses PM 2435 macht ja genau das gleiche. Bei 1mV oder 1nA bei gleicher Einstellung ist der Widerstand ?? (Steht sogar drunter :D)
Da haben sie halt den Innenwiderstand ausreichend selektiert oder abgeglichen...

Ein Keithley 485 oxidiert hier auch noch rum ... LED als Solarzelle liefert 2.2nA :)

Schönens WE
Henrik

Zuletzt bearbeitet am 27.09.19 15:19

27.09.19 18:32
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

27.09.19 18:32
WoHo 

WGF-Nutzer Stufe 3

Re: Nano- und Picoampere messen

Vor 15 Jahren wurde im Radiomuseum.org eine Methode zur Messung der Isolationswiderstände bei Koppelkondensatoren vorgeschlagen. Siehe Post 6.
https://www.radiomuseum.org/forum/isolat...ne_methode.html

Auch hier wird ein einfaches DVM mit Ri ~ 10 MOhm verwendet, wie schon Foghunter zu Anfang zeigte.
Es werden Ströme im nA Bereich angezeigt.

Beispiel: Isolationswiderstand ~ 5000 MOhm --- 0,4 V --- 80 nA

Gruß aus NL
Wolfgang

27.09.19 23:06
NorbertWerner 

WGF-Premiumnutzer

27.09.19 23:06
NorbertWerner 

WGF-Premiumnutzer

Re: Nano- und Picoampere messen

Hallo zusammen,

vor langer Zeit gab es mal einen Beitrag zum Thema pA in der Zeitschrift Elektor. Hier wurde eine Schaltung vorgestellt, mit der man runter bis 0,1pA messen kann. Die Schaltung hatte ich mal nachgebaut und hatte festgestellt, dass sie relativ gut funktionierte.
Was die Ströme angeht, so gibt es viele Anwendungen bei denen es sogar in den fA-Bereich geht. Wenn man Single-Elektron-Photocounting betreibt, dann kann man sich ja vorstellen, welche Ströme da fliessen (e- = 1,6e-19AS).
Übrigens, was die hier vorgestellen pA-Messungen angeht, da gibt es bei Photomultipliern zwei Probleme. Bei negativer Vorspannung an der Photokathode wird der Ausgangsstrom an der Anode gegen Masse gemessen. Wenn hier der RL bei 10MOhm liegt, dann hat man hier einen Spannungsteiler. Das Problem ist die Kapazität zwischen der letzten Dynode und der Anode.
Es gibt auch ein Problem bei Messungen von Frequenzen im ps-Bereich (und kleiner). Hier muss man mit 50Ohm abschliessen, sonst kann man keine Pulse mehr messen. Ausserdem fängt man sich noch Störungen ein.
Für Messungen im DC-Bereich(z.B. Photodioden mit einem Dunkelstrom im einstelligen pA-Bereich) sind die hier vorgestellen Messmethoden allerdings recht gut geeignet, wenn man Störungen aussschliessen kann.

Gruss
Norbert



PS: Hier noch ein Bild vom Fernsehturm in Belgrad (Avala Tower) von heute.

Zuletzt bearbeitet am 27.09.19 23:31

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Avala Tower.jpg Avala Tower.jpg (26x)

Mime-Type: image/jpeg, 497 kB

28.09.19 14:16
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

28.09.19 14:16
Martin.M 

WGF-Premiumnutzer

Re: Nano- und Picoampere messen

denkt bei diesen Dingen bitte an das Kabel, ich schrieb ja schon es war für mich teurer als der Kalibrator.
Dazu verwendet man sog. Triax Kabel, das sind doppelt verschirmte Spezialkabel mit Höchstisolierung. Die innnere Abschirmung wird vom Instrument auf Signalpotential gelegt um zu verhindern daß Elektronen auf die Idee kommen durch die Isolierung zu wandern.
Ebenso hat das spezielle Steckverbinder, BNC-ähnlich. Die Preise für 90cm lange Kabel sind im mittleren dreistelligen Bereich angesiedelt.
Bei älteren Geräten ist der Eingangsbereich, vor allem die Anschlüsse, mit Alkohol zu reinigen, jede noch so dünne Schmutzschicht wird gnadenlos gemessen Bei meinem Differentialvoltmeter war das auch erforderlich. Die ganze Elektrometerfamilie ist äußerst pingelig damit, Buchsen immer "klinisch rein" halten.

lG Martin

Zuletzt bearbeitet am 28.09.19 14:23

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