EP3596451A1 - Vorrichtung zum charakterisieren des elektrischen widerstandes eines messobjekts - Google Patents

Vorrichtung zum charakterisieren des elektrischen widerstandes eines messobjekts

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Publication number
EP3596451A1
EP3596451A1 EP18709975.9A EP18709975A EP3596451A1 EP 3596451 A1 EP3596451 A1 EP 3596451A1 EP 18709975 A EP18709975 A EP 18709975A EP 3596451 A1 EP3596451 A1 EP 3596451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
measuring
input
measuring device
input current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18709975.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Kosub
Denys Makarov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Original Assignee
Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV filed Critical Helmholtz Zentrum Dresden Rossendorf eV
Publication of EP3596451A1 publication Critical patent/EP3596451A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/041—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/92—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating breakdown voltage

Definitions

  • the electrical resistance is usually not a scalar quantity, but a tensor with several different components.
  • the resistance tensor combines the spatial orientation of the current with the spatial orientation of the voltage.
  • the resistor may be, e.g. for material layers, characterized by the series resistance and the transverse resistance. For a current that runs within a layer (and parallel to the layer), the series resistance characterizes the ratio between the current and the voltage present in parallel with that current, and the transverse resistance characterizes the ratio between the current and the current within the layer (and parallel to the layer) perpendicular to this current voltage.
  • resistance current and voltage refer to the electrical resistance, the electrical current or the electrical voltage, unless something else results from the context.
  • the components of the resistance tensor are also referred to as resistance components.
  • the individual components of the resistance tensor may be e.g. be determined by the determination of each tensor component, a sample is prepared with such a sample geometry and in such
  • Circuit geometry is measured electrically that all components are negligible for the present sample and Bescensgeometrie except for the individual component to be determined.
  • the sample used to determine a single component can, for example, be structured and electrically connected in a four-point measurement such that the predetermined current direction and the predeterminedmmsabgriffspositionen the resistance is given essentially solely by the individual component to be determined.
  • the influence of the series resistance is zero or negligibly small, resulting in the detection of the cross arms between the other two opposing arms Voltage of the transverse resistance can be determined.
  • each individual component of the resistance tensor can be determined by means of a sample having a corresponding sample geometry. In order to determine different components, several samples or test objects with different sample geometries have to be produced, which requires one
  • the determined resistance components are also subject to a corresponding inaccuracy.
  • the invention is intended to provide a device by means of which the electrical resistance, in particular the series resistance, of a measurement object can be easily characterized with high accuracy.
  • the device may e.g. for the simultaneous determination of the longitudinal and the transverse resistance of
  • a device for characterizing the electrical resistance of a
  • the measuring device may e.g. to determine
  • the resistance tensor may be formed of different components of the resistance tensor, e.g. for determining the series resistance and / or the transverse resistance of the
  • the series resistance is also called longitudinal resistance
  • the transverse resistance is also referred to as transverse resistance.
  • the measurement object is preferably designed such that its extent in two of the three spatial dimensions is greater than its extent in the third
  • the measuring object is preferably a material layer whose length and width is greater than its thickness. Such a material layer is therefore substantially two-dimensional or can be assumed to be two-dimensional.
  • the measuring device has an electrical energy source for providing an electric current as an input current.
  • the power source has a first pole and a second pole, the input current being provided between these two electrical poles.
  • the poles form the connection points of the energy source and are therefore also referred to as the first and second terminal pole.
  • the energy source may be an electrical power source, e.g. a power source for providing a direct current or alternating current.
  • the power source may be an electrical power source, e.g. a
  • the measuring device also has a voltage measuring device for detecting or measuring an electrical voltage.
  • the voltage measuring device has a first and a second measuring input and is designed to detect the voltage present between these two measuring inputs as an output voltage.
  • the measuring device has at least four connection contacts, wherein each of the connection contacts is provided for electrical connection to a contact electrode to form an electrical connection between the connection contact and the contact electrode, and wherein the contact electrodes are provided for electrically contacting the measurement object.
  • the measuring device thus has at least one first terminal contact for connecting (i.e., electrically connecting to) a first contact electrode thereto, a second terminal contact for connecting a second contact electrode thereto, a third terminal
  • Terminal for connecting a third contact electrode thereto, and a fourth terminal for connecting a fourth contact electrode thereto; wherein the first, second, third and fourth contact electrodes for electrical
  • the measuring device can be connected by means of the connection contacts e.g. for forming a releasable connection (e.g., a detachable plug connection) between the terminals and
  • the measuring device can thus four
  • connection contacts for forming a releasable electrical connection to each of a contact electrode.
  • the connection contacts may e.g. when
  • the measuring device can accordingly have at least four electrodes (also called
  • the measuring device can thus have at least one first, one second, one third and one fourth contact electrode. Each of the contact electrodes has an exposed contact point provided for contacting the measurement object.
  • the first contact electrode is connected to the first connection contact to form an electrical connection, the second one
  • the measuring device has a switching device.
  • Switching device is for variable pairwise electrical connection of each one of the first pole of the power source, the second pole of the power source, the first measuring input of the voltage measuring device and the second measuring input of the voltage measuring device on the one hand with one of the first terminal, the second terminal, the third terminal and the fourth Terminal contact on the other hand formed.
  • each of the terminals is connected to the respective contact electrode, so that the measuring device by means of
  • Switching device for the variable pairwise electrical connection of each one of the first pole, the second pole, the first measuring input and the second
  • Measuring input on the one hand with one of the first contact electrode, the second contact electrode, the third contact electrode and the fourth contact electrode on the other hand is formed.
  • the contact electrodes are realized or formed, wherein each of the first pole with one of the four contact electrodes, the second pole with one of the four contact electrodes (in particular with another of the four contact electrodes as the first pole), the first
  • Measuring input with one of the four contact electrodes (in particular with a different one of the four contact electrodes than the first pole and the second pole), and the second measuring input with one of the four contact electrodes (in particular with a different one of the four contact electrodes than the first pole, the second pole and the first
  • the switching device is designed for the variable pairwise electrical connection of said elements, i. by means of the switching device can be at least two different
  • the switching device is designed to realize more than two Bescenskonfigurationen, eg to realize all possible Bescenskonfigurationen. It can be provided, for example, that the switching device is designed such that the first pole can be connected to any one of the four connection contacts (and thus to any of the four contact electrodes), the second pole to be connected to any one of the three remaining connection contacts ( and thus to any one of the three remaining contact electrodes), the first measurement input can be connected to any one of the two remaining terminal contacts (and thus to any of the two remaining contact electrodes), and the second measurement input to the single remaining terminal contact (and thus, with the only remaining contact electrode) can be connected.
  • connect or "connection” is presently an electrical connection or a means electrical connection, ie the formation of an electrically conductive connection, unless otherwise stated in the context. In the intended use of the measuring device are the
  • connection contacts in contact with the contact electrodes and the contact electrodes in contact with the measurement object, wherein by means of the electrical energy source, a current flow is generated in the measurement object.
  • the measuring device is designed in such a way that the input current flowing between the two connection contacts or contact electrodes, which are connected to the two poles of the energy source, can be detected by it as an input current signal.
  • Input current signal describes the input current as a function of time, so that the measuring device detects the input current time course as an input current signal. Due to the introduced input current is between the other two contact electrodes (ie with the two measuring inputs of the
  • Voltage measuring device connected contact electrodes
  • From the measuring device can by means of
  • Voltage measuring device are connected, present voltage as
  • the output voltage signal describes the output voltage as a function of time, so that of the
  • Measuring device is detected by means of the voltage measuring device of the output voltage over time as an output voltage signal.
  • the contact electrodes can be formed, the input current signal and the output voltage signal can be detected by means of the measuring device for different Besciblyskonfigurationen, and characterized based on the plurality of input current signals and the plurality of output voltage signals, the electrical resistance or marsstensor of the measurement object, eg be determined.
  • the measuring device for Characterizing or determining different resistance components based on the input current signals and output voltage signals detected for different Bescummingen be formed.
  • the measuring device is designed to perform at least a first and a second measurement sequence with different Beschariskonfigurationen as follows.
  • Measurement sequence required Bescellenskonfigurationen are feasible.
  • the first and second measurement sequences can be performed in any order.
  • In the first measurement sequence is the first by means of the switching device
  • the second terminal contact with the other of the two poles of the power source
  • the third terminal contact with one of the two measuring inputs of
  • the input current is between the first and the second
  • Terminal contact (or between the first and the second contact electrode) before and is detected by the measuring device as a first input current signal.
  • Terminal contact (or the third contact electrode) with one of the two poles of Power source
  • the fourth terminal contact (or the fourth contact electrode) with the other of the two poles of the power source
  • the first terminal contact (or the first contact electrode) with one of the two measuring inputs of
  • the input current is between the third and the fourth
  • Terminal contact (or between the third and the fourth contact electrode) before and is detected by the measuring device as a second input current signal.
  • the measuring device is, e.g. by means of an appropriately trained
  • Evaluation device for determining the series resistance and / or the
  • Transverse resistance of the DUT including the first and second input current signal and the first and second output voltage signal is formed. Based on the detected input current signals and
  • Output voltage signals is for one and the same measurement object, the determination of the series resistance and also allows the simultaneous determination of the longitudinal and the transverse resistance, whereby the uncomplicated determination of this
  • Resistor components is possible with high accuracy.
  • the longitudinal and the transverse resistance can be determined simultaneously without changing the sample or the test object.
  • the measuring device may e.g. be formed such that
  • the measuring device is designed to determine a first resistance value from the first output voltage signal and the first input current signal and to determine a second resistance value from the second output voltage signal and the second input current signal. The way of calculating the resistance values for
  • the resistance value is determined from that present in this wiring configuration
  • Bescenskonfiguration designates, in which the first pole of the power source with the i-th terminal contact (or with the ith contact electrode), the second pole of the power source with the terminal contact (or with the contact electrode),
  • the tension measuring device with the Connection contact (or with the Contact electrode) is electrically connected so that when used as intended, the measuring device, the input current between the ith and the contact electrode flows and the output voltage between the and
  • the resistance value present in the wiring configuration is called mi.
  • the input current is a (eg periodic) alternating current
  • Frequency component at the frequency is designated, and with
  • Phase portion of the respective frequency component is designated (which indicates the initial phase at the time).
  • the input current is an alternating current
  • resistive elements thus complex resistance elements and are therefore also referred to as impedance elements.
  • the resistance elements arise from the fundamental frequency corresponding frequency components of the output voltage signal and the
  • Input current signal which are also referred to as fundamental frequency components.
  • the real part of the resistance element results from the quotient of the amplitude the fundamental frequency portion of the output voltage signal and the amplitude of the fundamental frequency portion of the input current signal, wherein
  • this quotient is multiplied by the cosine of the difference between the initial phase the fundamental frequency component of the input current signal and the initial phase the fundamental frequency portion of the output voltage signal.
  • the real part of the resistance element is derived from the quotient of the amplitude of the fundamental frequency component of the output voltage signal and the amplitude of the fundamental component of the input current signal, this quotient being multiplied by the sine of the difference between the initial phase of the fundamental frequency component of the input current signal and the initial phase of the fundamental component the output voltage signal.
  • the measuring device can by means of the above-explained first and second
  • Measuring sequence eg for determining as the first resistance element and of
  • d be formed as a second resistance element.
  • the (average or half) sum of the first resistance value and the second resistance value is proportional to the transverse resistance of the measurement object and thus forms a measure of the transverse resistance.
  • the (average or half) difference between the first resistance value and the second resistance value is proportional to the series resistance of the measurement object and thus forms a measure of the series resistance.
  • the respective proportionality factors result from the respective Bescliensgeometrie and can, for example, based on the known Geometry of the DUT or by measuring on a reference sample with known resistance tensor and comparing the measurement result with the known resistance components are determined. Accordingly, it can be provided that the measuring device is designed to determine the series resistance and / or the transverse resistance of the measurement object based on the first resistance value and the second resistance value.
  • the measuring device is designed to determine the series resistance of the measurement object based on the difference between the first resistance value and the second resistance value and / or for determining the transverse resistance of the measurement object based on the sum of the first resistance value and the second resistance value , According to the above embodiment can thus according to equation (1) for the
  • the first resistance value are determined as 4 and the second
  • Resistance value can be determined as being the series resistance or
  • the measuring device can thus, for example by means of an appropriately trained evaluation, for determining the series resistance and / or the transverse resistance with reference to
  • Equations (7) and (8) in conjunction with equation (1) for the DC case and with equations (2) to (6) are designed for the AC case.
  • the measuring device is designed in addition to the first and second measuring sequence for performing at least one third and fourth measuring sequence with different Beschariskonfigurationen as follows.
  • the switching device for variable pairwise electrical connection of each one of the first pole, the second pole, the first measuring input and the second measuring input on the one hand with one of the four connection contacts (and thus with one of the four contact electrodes) on the other hand designed such that of the measuring device, the Beschariskonfigurationen required for the first, second, third and fourth measurement sequence can be realized.
  • the first, second, third and fourth measurement sequences can be performed in any order.
  • in the first measuring sequence by means of
  • the first terminal contact (and thus when using the measuring device according to the first contact electrode) with the first pole of the power source
  • the second terminal contact or the second contact electrode
  • the third terminal contact or the third contact electrode
  • the fourth connection contact or the fourth contact electrode
  • Input current signal ( ⁇ 12 ) is detected, and wherein by means of
  • Terminal contact (or the second contact electrode) with the first measuring input of the voltage measuring device, and the first terminal contact (or the first contact Contact electrode) is electrically connected to the second measuring input of the voltage measuring device, wherein the input current between the third and the fourth contact electrode (and thus between the third and fourth terminal contact) is present and as a second input current signal is detected, and wherein by means of the voltage measuring device between the first and the second
  • Terminal contact (or the second contact electrode) with the first pole of
  • Terminal contact (or the fourth contact electrode) with the first pole of
  • Voltage is detected as the fourth output voltage signal.
  • the measuring device can be designed, for example, by means of a suitably designed evaluation device for determining the series resistance and / or the transverse resistance of the measurement object including the first, second, third and fourth input current signal as well as the first, second, third and fourth output voltage signal.
  • the measuring device for determining a first resistance value from the first output voltage signal and the first input current signal, a second resistance value from the second
  • the fourth input current signal is formed.
  • the (average or quarter) sum of the first, second, third and fourth resistance value is proportional to the transverse resistance of the measurement object and thus forms a measure of the transverse resistance.
  • the (average or quarter) sum at which the two resistor values R 1234 and R 2143 for the input current between the first and the second contact electrode with a positive sign and the two resistance values R 3421 and R 4312 for the input current between the third and The fourth contact electrode with a negative sign (also referred to as "alternating sum"), is proportional to the series resistance of the measurement object and thus forms a measure of the series resistance.
  • the respective proportionality factors result from the respective wiring geometry and can be determined, for example, on the basis of the known geometry of the measurement object or by measurement on a reference sample with known resistance tensor and comparison of the measurement result with the known resistance components. Accordingly, it can be provided that the measuring device (eg by means of an appropriately designed evaluation device) for determining the measuring device (eg by means of an appropriately designed evaluation device) for determining the measuring device (eg by means of an appropriately designed evaluation device) for determining the
  • the measuring device is designed to determine the transverse resistance of the test object based on the sum of the first, the second, the third and the fourth resistance value.
  • the measuring device can thus for
  • Input current can be DC or AC.
  • the measuring device may be for storing the detected input current signals (i.e., the detected input current timings) and the detected
  • Output voltage signals may be formed in a data memory such that these detected signals are subsequently available as raw data for detecting different components of the resistance tensor of the DUT.
  • the measuring device can thus in particular for storing the first, second, third and / or fourth input current signal and for storing the first, second, third and / or fourth
  • Output voltage signal to be formed by means of a data memory.
  • the measuring device may be designed to store the determined resistance values (for example of the first, second, third and / or fourth resistance value) in a data memory such that these determined resistance values are subsequently used as raw data for the determination
  • the measuring device is designed to detect the electric current flowing between the first pole and the second pole of the electrical energy source as an input current signal.
  • the measuring device for detecting the between the first measuring input and the second measuring input of
  • Voltage measuring device present electrical voltage as
  • Input current signal as an AC signal the measuring device, e.g. by means of an appropriately designed evaluation device, for processing or
  • Analyzing the input current signals and / or output voltage signals may be formed by a Fourier transform.
  • the measuring device can also be designed to characterize the series resistance and / or the transverse resistance of the measurement object based on the Fourier-transformed input current signals and / or the Fourier-transformed output voltage signals.
  • the measuring device is for Fourier transforming the output voltage signal and / or for Fourier transforming the
  • the measuring device is for
  • the detected input current signals e.g., the first, second, third, and fourth input current signals, respectively
  • output voltage signals e.g., the first, second, third, and fourth output voltage signals, respectively
  • Output voltage signals are subjected to a Fourier transform.
  • the input current signal describes the course of the input current as a function of time and the output voltage signal describes the course of the
  • the respective time signal is assigned a frequency spectrum which describes which frequencies are included at which proportions in the original time signal.
  • the measuring device can thus be designed in such a way that it transforms the input current signal by means of the Fourier transformation into a Fourier-transformed input current signal according to equation (2), and / or that of it the output voltage signal is transformed by means of the Fourier transformation into a Fourier-transformed output voltage signal according to equation (3).
  • distortions of the signal profiles in particular of the detected voltage profiles
  • the measured object has a non-linear electrical resistance
  • the measuring device is based on the Fourier-transformed input current signals and / or the Fourier-transformed output voltage signals for determining the series resistance and / or the transverse resistance of the measurement object for different frequencies or
  • the input current may be in the form of an alternating current, for example in the form of a harmonic alternating current (ie an alternating current, the one
  • Output voltage signal shares at this fundamental frequency and at integer multiples of this fundamental frequency. If the input current signal consists of several harmonic alternating currents with different
  • the output voltage signal shares at these different fundamental frequencies and at integer multiples of these different fundamental frequencies. From the comparison of
  • Frequency spectra of the input current signals and the output voltage signals can be used to draw conclusions about the resistance of the test object and its
  • the measuring device may be based on the Fourier transformed input current signals and the Fourier transform
  • the input current signal may be in the form
  • the measuring device is thus designed such that it comprises an input current in the form of a harmonic alternating current with an input current amplitude and an input current frequency provided
  • Fundamental frequency is called. It can be provided that the amplitude and the fundamental frequency of the input current are predetermined or detected by the energy source. However, it can also be provided that the measuring device for Fourier transforming the input current signals and determining the
  • Measuring device further for Fourier transforming the output voltage signals and for detecting the individual frequency components each
  • the measuring device can also be used to determine the for a given
  • Harmonic order n present first, second, third and / or fourth resistive element according to equations (11) to (15) to be formed.
  • Harmonic component of the output voltage signal and the amplitude the fundamental frequency component of the input current signal this quotient being multiplied by the cosine of the negative initial phase the harmonic content of the output voltage signal.
  • the imaginary part of the resistance element results from the quotient of the amplitude the respective harmonic component of the output voltage signal and the amplitude the fundamental frequency component of the input current signal, this quotient being multiplied by the sine of the negative initial phase of the harmonic component of the
  • the measuring device may also be analogous to those described with reference to the equations (7) to (10) for determining the for several
  • the measuring device for determining the present for a given harmonic order n series resistance and / or transverse resistance of the measurement object based on the for the given
  • the measuring device for determining the present for the predetermined harmonic order is trained. It can be provided in particular that the measuring device for determining the present for the predetermined harmonic order
  • the measuring device can eg (analogous to the equations (7) and (8)) based on the harmonic-dependent resistive elements for determining the harmonic-dependent series resistance and / or the
  • the measuring device for determining the longitudinal resistance and / or transverse resistance of the test object present for a given harmonic order ⁇ based on that for the
  • predetermined harmonic order present first, second, third and fourth resistance value is formed. It can be provided in particular that the measuring device for determining the for a given
  • Harmonic order present longitudinal resistance of the measuring object is formed based on the alternating sum of the present for the predetermined harmonic order first, second, third and fourth resistance value.
  • the measuring device for determining the present for a given harmonic order can be provided that the measuring device for determining the present for a given harmonic order
  • Transverse resistance of the measuring object is formed based on the sum of the present for the predetermined harmonic order first, second, third and fourth resistance value. Accordingly, the measuring device can, for example (analogous to the equations (9) and (10)) based on the harmonic-dependent resistance elements for
  • Distortion orders are detected as separate frequency components. All of these distortion orders can be based on different effects, which can be differentiated and separated from each other by such an analysis. A corresponding generalization is possible in the event that the
  • Measuring device for detecting the input current signals and the output voltage signals in the form of digital signals to be formed (e.g.
  • the switching device has at least a first, a second, a third and a fourth electrical input contact and at least a first, a second, a third and a fourth electrical Output contact on.
  • Terminal contact the second output contact of the switching device with the second terminal contact, the third output contact of the switching device to the third terminal contact, and the fourth output contact of the switching device to the fourth terminal contact electrically connected.
  • the intended use of the measuring device is thus the first output contact of the measuring device
  • the switching device is according to this embodiment for the variable pairwise
  • the power source may be a power source, e.g. be a DC power source or an AC power source.
  • the power source may be a power source, e.g. be a DC power source or an AC power source.
  • Power source is a voltage source, such as a DC voltage source or an AC voltage source. If the power source is a DC power source or a DC power source, the input power is in the form of a DC current. If the power source is an AC power source or an AC power source, the input power is in the form of an AC current. In embodiment of the energy source as a voltage source can be provided that one of the two poles of the voltage source to an electrical
  • Reference potential is switched, e.g. to the ground potential of the measuring device.
  • Measuring device e.g. be formed such that one of the two poles of
  • Voltage source is connected to the ground potential, wherein the voltage source for applying the other of the two poles is formed with a DC potential or with a DC voltage.
  • the measuring device may be e.g. be formed such that one of the two poles of the voltage source on the
  • the voltage source for applying the other of the two poles is formed with an AC potential or with an AC voltage.
  • the voltage source as an alternating voltage source, it may alternatively be provided that the alternating voltage source is designed to act on the two poles with mutually opposite-phase alternating voltages (the voltage or the voltage always being present under the voltage present at one pole
  • the measuring device may comprise a current measuring device for detecting the electric current present between the first and the second pole of the energy source as an input current signal. It can be provided, for example, that the measuring device for detecting the input current signal one or more electrical resistances (ie electrical components in the form of a resistor or resistance components), which are arranged in the current path of the input current.
  • the measuring device can, for example, for tapping or detecting the voltage drop across such a resistance component as
  • Resistor device may be formed (for example, by the input current signal is formed as a quotient of the measurement voltage and the resistance value).
  • a resistance component is also referred to as a measuring resistor.
  • the measuring device accordingly has at least one resistance component which is connected in series with one of the two poles of the energy source between this pole and the connection contacts (and thus also between these poles and the contact electrodes). It can e.g.
  • the resistance component is connected in series with one of the two poles between this pole and the switching device.
  • the measuring device may be e.g. a resistance device connected in series with the first pole of the power source between the first pole and the
  • the resistance device being e.g. can be connected between the first pole and the switching device.
  • the measuring device may be e.g. a resistance device connected in series with the second pole of the power source between the second pole and the terminals (and thus also between the second pole and the contact electrodes), the resistance device being e.g. can be connected between the second pole and the switching device. It can e.g.
  • the measuring device comprises a resistance component, which is connected in series with the first pole of the power source between the first pole and the first input contact of the switching device.
  • the measuring device a resistance component, which is connected in series with the first pole of the power source between the first pole and the first input contact of the switching device.
  • the measuring device has two
  • Resistance components of equal resistance e.g., two identically designed resistance components
  • Resistor devices are connected in series with the first pole of the power source between the first pole and the terminals (e.g., between the first pole and the switching device), and the second of these two
  • Resistor components in series with the second pole of the power source between the second pole and the terminal contacts (for example, between the second pole and the switching device) is connected. It can e.g. be provided that the
  • Measuring device comprises two resistance components of equal resistance value (e.g., two identically constructed resistance components), the first of these two resistance components being connected in series with the first pole of the power source between the first pole and the first input contact of the first input terminal
  • Resistor components is connected in series with the second pole of the power source between the second pole and the second input contact of the switching device.
  • Such a configuration with two resistance components having an equal resistance value (wherein the resistance value of the first resistance component equal to the resistance value of the second
  • Resistor component is), due to the associated symmetry contributes to a high accuracy of measurement, especially in combination with a
  • the measuring device which is designed to act on the two poles with mutually opposite-phase AC voltages.
  • the measuring device may also be designed such that it is connected in series with it for at least one of these in series with a pole of the energy source
  • the voltage dropping across this resistor component voltage is detected as a measurement voltage or measurement voltage signal, and that based on the detected measurement voltage (and, for example, the known electrical resistance value of the resistance device) of the
  • Input current signal can be determined.
  • the contact electrodes may be in different configurations or
  • the measuring device is designed such that the contact electrodes can be moved relative to the measurement object (or to a measurement object receptacle of the measurement device).
  • Measuring device may in particular be designed such that the (fore)
  • contact points of the contact electrodes relative to the measurement object or to the measurement object recording are movable.
  • the measuring device can in particular one for recording or
  • the contact electrodes are movable relative to the measurement object recording.
  • the first, second, third and fourth contact electrodes being movable relative to the measuring object or the measuring object receptacle, e.g. different measuring objects are characterized by means of the measuring device.
  • the measurement object is not part of the measuring device.
  • the contact electrodes are not permanently (in particular not materially bonded) connected to the measurement object.
  • the contact electrodes may be designed such that they can be moved relative to the measurement object or the measurement object receptacle in such a way that the contact electrodes can be brought into contact with the measurement object after a measurement object has been introduced into the measurement object recording, then the measurement for
  • the measuring device is also designed such that the contact electrodes are movable relative to one another and thus can be positioned variably relative to one another.
  • the measuring device may in particular be designed such that the contact points of the contact electrodes (provided for contacting the measuring object) are movable relative to each other or can be variably positioned. Accordingly, the positions of the first, second, third and fourth contact electrodes relative to each other (and thus also the
  • each of the contact electrodes may be disposed at different (eg, any) positions and brought into contact with the measurement object.
  • each of the contact electrodes is arranged at the free end of a flexible electrical conductor (eg a wire) or is formed by the same, so that the contact electrode or its
  • the measuring device is designed such that the contact electrodes are not movable relative to each other, but are arranged relative to each other in a fixed predetermined geometry. It can e.g. be provided that the contact electrodes are arranged in a fixed predetermined geometry such that the connecting line between the first and the second contact electrode is not parallel and not perpendicular to the connecting line between the third and the fourth contact electrode. It can be provided in particular that the contact electrodes are arranged in a fixed predetermined geometry such that the connecting line between the contact point of the first contact electrode and the contact point of the second contact electrode is not parallel and not perpendicular to the connecting line between the contact point of the third contact electrode and the contact point the fourth contact electrode.
  • the four contact electrodes are arranged so that they (or their contact points) form the vertices of a rectangle (preferably an uneven rectangle, ie a rectangle in which the length is different than the width), wherein the first and the second contact electrode are diagonally opposite, and wherein the third and fourth contact electrode are diagonally opposite.
  • the measuring device has a contact element, wherein the contact electrodes (in particular the first, second, third and fourth contact electrode) are fixed to form one of the above-explained geometries on the contact element, so that they are arranged relative to each other in a fixed predetermined geometry.
  • Contact element may be movable relative to the measurement object or relative to the measurement object recording.
  • the specified geometries allow a reliable and accurate simultaneous determination of the longitudinal and transverse resistance.
  • Figure 2 is an exemplary input current signal (Fig.2A) and its
  • Figure 3 shows a contact element with contact electrode in a fixed predetermined
  • FIG. 4 shows a measuring device according to an embodiment with a
  • Figure 1 shows a measuring device 1 according to an embodiment of the
  • Measuring object 3 is in the form of a material layer and is received or stored in a measuring object holder 4 or measuring object holder 4 of the measuring device 1.
  • the measuring device 1 has an electrical energy source 5 with a first pole 7 and a second pole 9.
  • the power source 5 is an electrical AC voltage source 5, by means of which an electrical
  • AC voltage is provided so that in the presence of an electrical
  • Input current is called. As shown in Figure 1, the power source 5 a
  • the measuring device 1 has a voltage measuring device 11 with a first measuring input 13 and a second measuring input 15.
  • the Voltage measuring device 11 is designed to detect the voltage present between the first 13 and the second measuring input 15, which is referred to as the output voltage. Since, according to FIG. 1, the input current is an alternating current, the output voltage is an alternating voltage.
  • the measuring device 1 also has a first contact electrode 17, a second contact electrode 19, a third contact electrode 21 and a fourth contact electrode 23.
  • the contact electrodes are provided for physically and electrically contacting the measurement object 3. When the measuring device 1 is used as intended, the contact electrodes 17, 19, 21 and 23 are in physical contact with the measuring object 3, as shown in FIG.
  • the DUT 3 is electrically contacted by means of the contact electrodes.
  • the measuring device 1 has a switching device 27, which between the
  • the measuring device 1 has a first connection contact 16, a second connection contact 18, a third connection contact 20, and a fourth connection contact 22, the connection contacts 16, 18, 20, 22 being e.g. may be formed on the switching device 27.
  • the connection contacts 16, 18, 20, 22 may e.g. be designed as connection sockets.
  • the switching device 27 is for variable pairwise electrical connection of each one of the first pole 7, the second pole 9, the first measuring input 13 and the second measuring input 15 on the one hand with one of the four
  • Terminal contacts are connected to one of the contact electrodes by means of a detachable electrical connection (e.g., a connector).
  • a detachable electrical connection e.g., a connector
  • Terminal contact 16 is electrically connected to first contact electrode 17
  • second terminal contact 18 is electrically connected to second contact electrode 19
  • third terminal contact 20 is electrically connected to third contact electrode 21
  • fourth terminal contact 22 is connected to fourth
  • Switching device 27 is thus for the variable pairwise electrical connection of each one of the first pole 7, the second pole 9, the first measuring input 13 and the second measuring input 15 on the one hand with one of the four contact electrodes 17, 19, 21, 23 on the other hand formed.
  • the switching device 27 has four electrical input contacts and four electrical output contacts, namely a first input contact 29, a second input contact 31, a third input contact 33, a fourth
  • Input contact 35 a first output contact 37, a second
  • the first input contact 29 is connected to the first pole 7, the second input contact 31 is connected to the second pole 9, the third input contact 33 is connected to the first measurement input 13, and the fourth input contact 35 is electrically connected to the second measurement input 15.
  • the first output contact 37 is connected to the first connection contact 16 (and thus to the first contact electrode 17), the second output contact 39 is to the second connection contact 18 (and thus to the second contact electrode 19), the third output contact 41 is to the third connection contact 20 (and thus with the third contact electrode 21), and the fourth output contact 43 is electrically connected to the fourth terminal contact 22 (and thus to the fourth contact electrode 23).
  • the switching device 27 is designed for the variable pairwise electrical connection of each of the input contacts 29, 31, 33, 35 with one of the output contacts 37, 39, 41, 43 (illustrated in FIG. 1 by the intersecting dashed lines, which show the
  • the measuring device 1 is designed in such a way that from it the electrical current which, when the first pole 7 is electrically connected to the i-th terminal contact or the i-th contact electrode and electrical connection of the second pole 9 to the The terminal contact or the contact electrode between the first pole 7 and the second pole 9 is detected as an input current signal (FIG
  • the measuring device 1 has an electrical
  • Resistor component 45 which also acts as a measuring resistor 45 and is called.
  • the measuring resistor 45 is connected in series with the first pole 7 between the first pole 7 and the connection contacts 16, 18, 20, 22 (and thus also between the first pole 7 and the contact electrodes 17, 19, 21, 23), in particular between the first pole 7 and the switching device 27.
  • the present case is the
  • Measuring resistor 45 connected as an example between the first pole 7 of the power source 5 and the first input contact 29 of the switching device 27.
  • the measuring device 1 is for detecting the above the measuring resistor 45
  • Input current signals formed based on the detected measurement voltage.
  • the measuring device 1 has, as an example, a current signal generating device 47 which is designed to pick up the electrical voltage falling across the measuring resistor 45 and to determine the electric current corresponding to this voltage as an input current (for example, by the
  • Input current signal is formed as a quotient of the measured voltage and the known resistance value of the measuring resistor 45).
  • the input current signal describes the input current as a function of time and is therefore also called written, where ⁇ ⁇ denotes the time.
  • the measuring device 1 also has a second electrical resistance component 49 which is connected in series with the second pole 9 between the second pole 9 and the connection contacts 16, 18, 20, 22 (and thus also between the second pole 7 and the contact electrodes 17, 19, 21, 23), in particular between the second pole 9 and the switching device 27.
  • the second resistance element 49 is an example between the second pole 9 of the power source 5 and the second input contact 31 of
  • Resistor device 49 is the same size as the resistance value of first resistor device 45, as an example, first resistor device 45 and second resistor device 49 are formed identical to each other.
  • the second resistance element 49 may function as a measuring resistor for detecting the input current signal, wherein which may be the measuring device 1 for detecting the 49 drop across the second resistance element the electrical voltage as a measurement voltage and detecting the input current signal ⁇ ⁇ ⁇ formed based on the detected measurement voltage (not shown in Figure 1).
  • the second resistor component 49 alone Symmetrieschreibn in addition to the measuring resistor 45 contribute. Due to the electrical input current between the ith and the j-th contact electrode is between the two remaining contact electrodes, ie
  • the measuring device 1 is designed in such a way that it supplies the electrical voltage between the first measuring input 13 and the first contact input electrode when the first measuring input 13 is electrically connected to the sixth contact electrode and the second measuring input 15 is electrically connected second measuring input 15 is present, is detected as an output voltage signal.
  • Output voltage signal describes the output voltage as a function of time and is therefore also written as, where ⁇ ⁇ denotes the time.
  • the measuring device 1 is designed by means of the switching device 27 for carrying out a first, second, third and fourth measuring sequence as follows.
  • the first measurement sequence is:
  • the first terminal contact 16 (and thus also the first contact electrode 17) electrically connected to the first pole 7 by the first input contact 29 is electrically connected to the first output contact 37 of the switching device 27, - the second terminal contact 18 (and thus also the second contact electrode 19) is electrically connected to the second pole 9, in that the second input contact 31 is electrically connected to the second output contact 39 by the switching device 27,
  • Input current is detected as a first input current signal ⁇ 12 , and wherein the voltage present between the third 20 and the fourth 22 terminal contact (or between the third 21 and the fourth 23 contact electrode) is detected as the first output voltage signal ⁇ ⁇ 34 .
  • the second measurement sequence is:
  • the third connection contact 20 (and thus also the third contact electrode 21) is electrically connected to the first pole 7, in that the first input contact 29 is electrically connected to the third output contact 41 by the switching device 27, the fourth connection contact 22 (and thus also the fourth contact electrode 23) is electrically connected to the second pole 9, by the switching means 27, the second input contact 31 to the fourth output contact 43 electrically
  • the third input contact 33 is electrically connected to the second output contact 39, and
  • the first connection contact 16 (and therefore also the first contact electrode 17) is electrically connected to the second measuring input 15, in that the fourth input contact 35 is electrically connected to the first output contact 37 by the switching device 27,
  • Input current is detected as a second input current signal, and wherein the
  • the second connection contact 18 (and therefore also the second contact electrode 19) is electrically connected to the first pole 7, in that the first input contact 29 is electrically connected to the second output contact 39 by the switching device 27,
  • the first connection contact 16 (and therefore also the first contact electrode 17) is electrically connected to the second pole 9, in that the second input contact 31 is electrically connected to the first output contact 37 by the switching device 27,
  • the fourth connection contact 22 (and thus also the fourth contact electrode 23) is electrically connected to the first measuring input 13, in that the third input contact 33 is electrically connected to the fourth output contact 43 by the switching device 27, and
  • the third connection contact 20 (and thus also the third contact electrode 21) is electrically connected to the second measuring input 15 by the fourth input contact 35 being electrically connected to the third output contact 41 by the switching device 27,
  • Input current is detected as a third input current signal, and wherein the
  • the fourth connection contact 22 (and thus also the fourth contact electrode 23) is electrically connected to the first pole 7, in that the first input contact 29 is electrically connected to the fourth output contact 43 by the switching device 27, - the third connection contact 20 (and thus also the third contact electrode 21) is electrically connected to the second pole 9, in that the second input contact 31 is electrically connected to the third output contact 41 by the switching device 27,
  • Output contact 39 is electrically connected
  • Input current as fourth input current signal and the voltage present between the first 16 and second 18 terminal contacts (or between the first 17 and second 19 contact electrodes) is detected as the fourth output voltage signal.
  • the energy source 5 is designed to provide an alternating voltage, the alternating voltage source 5 being designed as an example for providing a harmonic or sinusoidal alternating voltage.
  • the AC voltage source 5 is designed such that the first pole 7 and the second pole 9 are acted upon with antiphase alternating voltages or AC potentials, so that for the voltage applied to the first pole 7 AC voltage () and the voltage applied to the second pole 9 AC voltage (as in Figure 1 by the
  • the AC voltage source 5 may be formed (not shown) such that one of the two poles (eg, the first pole 7) is connected to the ground potential of the measuring device 1, and that the other of the two poles (eg, the second pole 9) an AC potential or with a
  • the measuring device 1 is by means of the evaluation device 51 for determining the series resistance and the transverse resistance of the measurement object 3
  • Measuring object 3 is formed based on the Fourier transform input current signals and the Fourier transform output voltage signals.
  • the input current signals and the input current signals are formed based on the Fourier transform input current signals and the Fourier transform output voltage signals.
  • Output voltage signals are detected as analog signals, these digitized analog signals and thus converted into digital signals, and these digital signals Fourier transform by means of discrete Fourier transform (also referred to as DFT).
  • DFT discrete Fourier transform
  • Measuring device 1 a second analog-to-digital converter ADC2 for converting the output voltage signals into digital signals and a second
  • Output voltage signals by means of DFT has. It can also be provided that the analog-to-digital converters ADC1 and ADC2 and the Fourier analyzers DFT1 and DFT2 (or their functionality) in the evaluation device 51
  • harmonic alternating voltage provided by the power source 5 leads to harmonic or sinusoidal input current signals according to the equation
  • FIG. 2A shows the temporal course of an exemplary harmonic
  • FIG. 2B shows the associated Fourier-transformed
  • Input current signal which is in the form of a frequency domain signal.
  • FIG. 2C shows the time course of one of the input current signal caused exemplary output voltage signal
  • FIG. 2D shows the associated Fourier-transformed output voltage signal which is shown in FIG
  • the harmonic-dependent resistance elements result from the
  • the measuring device 1 is also designed (eg by means of the evaluation device 51 or a data memory implemented therein) for storing the detected input current signals, the detected output voltage signals, and the determined resistance values.
  • the measuring device 1 has a measuring object receptacle 4 for storing the
  • Each of the contact electrodes 17, 19, 21, 23 is formed with a tip, wherein the tip acts as a contact point for contacting the measurement object 3.
  • the measuring device 1 is designed in such a way that the first 17, second 19, third 21 and fourth 23 contact electrodes (or their contact points) are movable relative to the measuring object receptacle 4 and the measuring object 3 (in FIG.
  • the measuring device 1, a contact element 55, wherein the contact electrodes 17, 19, 21, 23 are fixed in a fixed predetermined geometry on the contact element 55.
  • the contact element 55 can be moved together with the contact electrodes along the direction of movement indicated by the double arrow 55 relative to the measurement object receptacle 4.
  • the contact electrodes are fixed to the contact element 55 in such a geometry that the
  • Connecting line between the first 17 and the second 19 contact electrode is not parallel and not perpendicular to the connecting line between the third 21 and the fourth 23 contact electrode.
  • the contact electrodes are arranged as an example such that the contact electrodes (or their contact points) form the vertices of a non-rectilinear rectangle, with the first 17 and second 19 contact electrodes facing each other diagonally, and with the third 21 and fourth 23 contact electrodes facing each other diagonally ,
  • Figure 3 illustrates the contact element 55 with the in the form of an uneven rectangle
  • FIG. 4 shows a measuring device 1 according to another embodiment.
  • the energy source 5 is designed as a DC voltage source 5, of which between the poles 7 and 9, a DC electrical voltage is provided.
  • the input current is a direct current.
  • the measuring device according to FIG. 4 is designed to carry out the first, second, third and fourth measuring sequences already described with reference to FIG. 1 with the corresponding wiring configurations, in particular for detecting the associated first, second, third and fourth input current signal and for detecting the first second, third and fourth
  • the measuring device 1 according to FIG. 4 is designed without the second resistance component 49.
  • the measuring device 1 according to FIG. 4 is designed as an example in such a way that the first input current signal from it in the respective measuring sequence by means of the current signal generating device 47 , the second input current signal is the third
  • Input current signal the fourth input current signal and by means of
  • the first output voltage signal the second output voltage signal the third output voltage signal 3 and the fourth output voltage signal be recorded. As shown in FIG. 4, the
  • the measuring device 1 is for determining the series resistance and the transverse resistance of the measuring object 3 based on the first, second, third and fourth input current signal and based on the first, second, third and fourth output voltage signal, as explained in more detail below. According to the embodiment of Figure 4, the measuring device 1 according to according to equation (1) for determining the quotient U 34 / I 12 from the first
  • ADC1 first analog-to-digital converter
  • ADC2 second analog-to-digital converter

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum Charakterisieren des elektrischen Widerstandes eines Messobjekts, aufweisend eine elektrische Energiequelle mit zwei Polen, eine Spannungsmesseinrichtung mit zwei Messeingängen, vier Anschlusskontakte zum Anschließen von vier Kontaktelektroden, und eine Schalteinrichtung zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines der Pole und Messeingänge mit je einem der Anschlusskontakte unter Ausbildung unterschiedlicher Beschaltungskonfigurationen, wobei die Messvorrichtung zum Durchführen von mindestens zwei Messsequenzen mit unterschiedlichen Beschaltungskonfigurationen und zum Ermitteln des Längswiderstandes des Messobjekts unter Einbeziehung von in diesen Beschaltungskonfigurationen erfassten Strom- und Spannungssignalen ausgebildet ist.

Description

Vorrichtung zum Charakterisieren des elektrischen Widerstandes eines
Messobjekts Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Charakterisieren des elektrischen
Widerstandes eines Messobjekts, insbesondere zum Ermitteln des
Längswiderstandes eines Messobjektes. Das Charakterisieren des elektrischen Widerstandes von Messobjekten ist in vielen Bereichen der Industrie und Wissenschaft von Bedeutung, z.B. zur Charakterisierung von Materialien oder elektrischen Bauelementen. Der elektrische Widerstand ist in der Regel keine skalare Größe, sondern ein Tensor mit mehreren unterschiedlichen Komponenten. Der Widerstandstensor verknüpft die räumliche Orientierung des Stroms mit der räumlichen Orientierung der Spannung. Der Widerstand kann, z.B. für Materialschichten, durch den Längswiderstand und den Querwiderstand charakterisiert werden. Für einen Strom, der innerhalb einer Schicht (und parallel zu der Schicht) verläuft, charakterisiert der Längswiderstand das Verhältnis zwischen dem Strom und der parallel zu diesem Strom vorliegenden Spannung, und der Querwiderstand charakterisiert das Verhältnis zwischen dem Strom und der innerhalb der Schicht (und parallel zu der Schicht) senkrecht zu diesem Strom vorliegenden Spannung. Vorliegend sind mit den Begriffen Widerstand, Strom und Spannung der elektrische Widerstand, der elektrische Strom bzw. die elektrische Spannung bezeichnet, sofern sich nicht aus dem Kontext etwas anderes ergibt. Die Komponenten des Widerstandstensors werden auch als Widerstandskomponenten bezeichnet. Die einzelnen Komponenten des Widerstandstensors können z.B. ermittelt werden, indem zur Ermittlung jeder einzelnen Tensorkomponente eine Probe mit einer derartigen Probengeometrie hergestellt wird und in einer derartigen
Beschaltungsgeometrie elektrisch vermessen wird, dass für die vorliegende Proben- und Beschaltungsgeometrie bis auf die zu ermittelnde Einzelkomponente alle Komponenten vernachlässigbar sind. Die zur Ermittlung einer Einzelkomponente verwendete Probe kann z.B. so strukturiert und in einer Vierpunktmessung elektrisch beschaltet werden, dass durch die vorgegebene Stromrichtung und die vorgegebenen Spannungsabgriffspositionen der Widerstand im Wesentlichen allein durch die zu ermittelnden Einzelkomponente gegeben ist. So ist z.B. bei einer Probe in Form eines rechtwinkligen Kreuzes mit vier Kreuzarmen, bei der ein Strom durch zwei einander gegenüberliegende Kreuzarme geschickt wird, der Einfluss des Längswiderstandes Null bzw. vernachlässigbar klein, sodass sich mittels Erfassens der zwischen den beiden anderen einander gegenüberliegenden Kreuzarmen resultierenden Spannung der Querwiderstand ermitteln lässt. Somit kann jede einzelne Komponente des Widerstandstensors mittels einer Probe mit einer entsprechenden Probengeometrie ermittelt werden. Dabei müssen zur Ermittlung unterschiedlicher Komponenten mehrere Proben bzw. Messobjekte mit unterschiedlichen Probengeometrien hergestellt werden, was mit einem
entsprechenden Zeit- und Materialaufwand einhergeht. Zudem sind dabei aufgrund der begrenzten Genauigkeit der herstellbaren Probengeometrien auch die ermittelten Widerstandskomponenten mit einer entsprechenden Ungenauigkeit behaftet.
Schließlich lassen sich mit dieser Methode unterschiedliche
Widerstandskomponenten lediglich für unterschiedliche Probengeometrien oder Probenbereiche ermitteln (und nicht für ein und dieselbe Probe bzw. ein und denselben Probenbereich), wodurch weitere Ungenauigkeiten resultieren. Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mittels derer der elektrische Widerstand, insbesondere der Längswiderstand, eines Messobjektes unkompliziert mit hoher Genauigkeit charakterisierbar ist. Die Vorrichtung kann z.B. zur gleichzeitigen Ermittlung des Längs- und des Querwiderstandes des
Messobjektes ausgebildet sein. Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung (im Folgenden auch als Messvorrichtung bezeichnet) zum Charakterisieren des elektrischen Widerstandes eines
Messobjektes bereitgestellt. Die Messvorrichtung kann z.B. zum Ermitteln
unterschiedlicher Komponenten des Widerstandstensors ausgebildet sein, z.B. zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des
Messobjektes. Der Längswiderstand wird auch als Longitudinalwiderstand
bezeichnet, der Querwiderstand wird auch als Transversalwiderstand bezeichnet. Das Messobjekt ist bevorzugt derart ausgebildet, dass seine Ausdehnung in zwei der drei Raumdimensionen größer ist als seine Ausdehnung in der dritten
Raumdimension. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das Messobjekt bevorzugt eine Materialschicht, deren Länge und Breite größer ist als deren Dicke. Eine derartige Materialschicht ist also im Wesentlichen zweidimensional bzw. kann als zweidimensional angenommen werden. Die Messvorrichtung weist eine elektrische Energiequelle zum Bereitstellen eines elektrischen Stromes als Eingangsstrom auf. Die Energiequelle weist einen ersten Pol und einen zweiten Pol auf, wobei der Eingangsstrom zwischen diesen beiden elektrischen Polen bereitgestellt wird. Die Pole bilden die Anschlussstellen der Energiequelle und werden daher auch als erster und zweiter Anschlusspol bezeichnet. Die Energiequelle kann eine elektrische Stromquelle sein, z.B. eine Stromquelle zum Bereitstellen eines Gleichstromes oder Wechselstromes. Alternativ kann die Energiequelle eine elektrische Spannungsquelle sein, z.B. eine
Spannungsquelle zum Bereitstellen einer Gleichspannung oder Wechselspannung. Die Messvorrichtung weist zudem eine Spannungsmesseinrichtung zum Erfassen bzw. Messen einer elektrischen Spannung auf. Die Spannungsmesseinrichtung weist einen ersten und einen zweiten Messeingang auf und ist zum Erfassen der zwischen diesen beiden Messeingängen vorliegenden Spannung als Ausgangsspannung ausgebildet. Die Messvorrichtung weist mindestens vier Anschlusskontakte auf, wobei jeder der Anschlusskontakte zum elektrischen Verbinden mit einer Kontaktelektrode unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Anschlusskontakt und der Kontaktelektrode vorgesehen ist, und wobei die Kontaktelektroden zum elektrischen Kontaktieren des Messobjekts vorgesehen sind. Die Messvorrichtung weist somit mindestens einen ersten Anschlusskontakt zum Anschließen (d.h. elektrischen Verbinden mit) einer ersten Kontaktelektrode daran, einen zweiten Anschlusskontakt zum Anschließen einer zweiten Kontaktelektrode daran, einen dritten
Anschlusskontakt zum Anschließen einer dritten Kontaktelektrode daran, und einen vierten Anschlusskontakt zum Anschließen einer vierten Kontaktelektrode daran auf, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kontaktelektrode zum elektrischen
Kontaktieren des Messobjekts vorgesehen sind. Die Messvorrichtung kann mittels der Anschlusskontakte z.B. zum Ausbilden einer lösbaren Verbindung (z.B. einer lösbaren Steckverbindung) zwischen den Anschlusskontakten und den
Kontaktelektroden ausgebildet sein. Die Messvorrichtung kann somit vier
Anschlusskontakte zum Ausbilden einer lösbaren elektrischen Verbindung zu je einer Kontaktelektrode aufweisen. Die Anschlusskontakte können z.B. als
Anschlussbuchsen ausgebildet sein. Die Messvorrichtung kann demgemäß mindestens vier Elektroden (auch als
Kontaktelektroden bezeichnet) aufweisen, die zum elektrischen Kontaktieren des Messobjekts vorgesehen sind. Die Messvorrichtung kann somit mindestens eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Kontaktelektrode aufweisen. Jede der Kontaktelektroden weist eine zum Kontaktieren des Messobjekts vorgesehene freiliegende Kontaktstelle auf. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Messvorrichtung ist die erste Kontaktelektrode unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung an den ersten Anschlusskontakt angeschlossen, die zweite
Kontaktelektrode unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung an den zweiten Anschlusskontakt angeschlossen, die dritte Kontaktelektrode unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung an den dritten Anschlusskontakt angeschlossen, und die vierte Kontaktelektrode unter Ausbildung einer elektrischen Verbindung an den vierten Anschlusskontakt angeschlossen. Bei der bestimmungsgemäßen
Verwendung der Messvorrichtung befinden sich zudem alle Kontaktelektroden im physischen Kontakt mit dem Messobjekt, wobei die Kontaktstelle jeder
Kontaktelektrode im physischen Kontakt mit dem Messobjekt steht. Des Weiteren weist die Messvorrichtung eine Schalteinrichtung auf. Die
Schalteinrichtung ist zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols der Energiequelle, des zweiten Pols der Energiequelle, des ersten Messeingangs der Spannungsmesseinrichtung und des zweiten Messeingangs der Spannungsmesseinrichtung einerseits mit je einem des ersten Anschlusskontakts, des zweiten Anschlusskontakts, des dritten Anschlusskontakts und des vierten Anschlusskontakts andererseits ausgebildet. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Messvorrichtung ist jeder der Anschlusskontakte mit der jeweiligen Kontaktelektrode verbunden, sodass die Messvorrichtung mittels der
Schalteinrichtung zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols, des zweiten Pols, des ersten Messeingangs und des zweiten
Messeingangs einerseits mit je einer der ersten Kontaktelektrode, der zweiten Kontaktelektrode, der dritten Kontaktelektrode und der vierten Kontaktelektrode andererseits ausgebildet ist. Mittels der Schalteinrichtung können somit
unterschiedliche elektrische Beschaltungskonfigurationen der Kontaktelektroden realisiert bzw. ausgebildet werden, wobei jeweils der erste Pol mit einer der vier Kontaktelektroden, der zweite Pol mit einer der vier Kontaktelektroden (insbesondere mit einer anderen der vier Kontaktelektroden als der erste Pol), der erste
Messeingang mit einer der vier Kontaktelektroden (insbesondere mit einer anderen der vier Kontaktelektroden als der erste Pol und der zweite Pol), und der zweite Messeingang mit einer der vier Kontaktelektroden (insbesondere mit einer anderen der vier Kontaktelektroden als der erste Pol, der zweite Pol und der erste
Messeingang) elektrisch verbunden ist. Die Schalteinrichtung ist zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden der genannten Elemente ausgebildet, d.h. mittels der Schalteinrichtung können mindestens zwei unterschiedliche
Beschaltungskonfigurationen ausgebildet werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung zum Realisieren von mehr als zwei Beschaltungskonfigurationen ausgebildet ist, z.B. zum Realisieren aller möglichen Beschaltungskonfigurationen. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung derart ausgebildet ist, dass von ihr der erste Pol mit einem beliebigen der vier Anschlusskontakte (und somit mit einer beliebigen der vier Kontaktelektroden) verbunden werden kann, der zweite Pol mit einem beliebigen der drei verbleibenden Anschlusskontakte (und somit mit einer beliebigen der drei verbleibenden Kontaktelektroden) verbunden werden kann, der erste Messeingang mit einem beliebigen der zwei verbleibenden Anschlusskontakte (und somit mit einer beliebigen der zwei verbleibenden Kontaktelektroden) verbunden werden kann, und der zweite Messeingang mit dem einzigen verbleibenden Anschlusskontakt (und somit mit der einzigen verbleibenden Kontaktelektrode) verbunden werden kann. Mit „verbinden“ bzw.„Verbindung“ wird vorliegend ein elektrisches Verbinden bzw. eine elektrische Verbindung bezeichnet, d.h. das Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Verbindung, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Messvorrichtung stehen die
Anschlusskontakte im Kontakt mit den Kontaktelektroden und die Kontaktelektroden im Kontakt mit dem Messobjekt, wobei mittels der elektrischen Energiequelle ein Stromfluss in dem Messobjekt generiert wird. Die Messvorrichtung ist derart ausgebildet, dass von ihr jeweils der zwischen den beiden Anschlusskontakten bzw. Kontaktelektroden, die mit den beiden Polen der Energiequelle verbunden sind, fließende Eingangsstrom als Eingangsstromsignal erfasst werden kann. Das
Eingangsstromsignal beschreibt den Eingangsstrom als Funktion der Zeit, sodass von der Messvorrichtung der Eingangsstrom-Zeitverlauf als Eingangsstromsignal erfasst wird. Aufgrund des eingebrachten Eingangsstroms wird zwischen den beiden anderen Kontaktelektroden (also den mit den beiden Messeingängen der
Spannungsmesseinrichtung verbundenen Kontaktelektroden) eine Spannung hervorgerufen. Von der Messvorrichtung kann mittels der
Spannungsmesseinrichtung die zwischen den beiden Anschlusskontakten bzw. Kontaktelektroden, die mit den beiden Messeingängen der
Spannungsmesseinrichtung verbunden sind, vorliegende Spannung als
Ausgangsspannungssignal erfasst werden. Das Ausgangsspannungssignal beschreibt die Ausgangsspannung als Funktion der Zeit, sodass von der
Messvorrichtung mittels der Spannungsmesseinrichtung der Ausgangsspannungs- Zeitverlauf als Ausgangsspannungssignal erfasst wird. Indem mittels der Schalteinrichtung unterschiedliche Beschaltungskonfigurationen der Kontaktelektroden ausgebildet werden können, kann mittels der Messvorrichtung für unterschiedliche Beschaltungskonfigurationen jeweils das Eingangsstromsignal und das Ausgangsspannungssignal erfasst werden, und basierend auf den mehreren Eingangsstromsignalen und den mehreren Ausgangsspannungssignalen der elektrische Widerstand bzw. Widerstandstensor des Messobjekts charakterisiert werden, z.B. ermittelt werden. Demgemäß kann die Messvorrichtung zum Charakterisieren bzw. Ermitteln unterschiedlicher Widerstandskomponenten basierend auf den für unterschiedliche Beschaltungskonfigurationen erfassten Eingangsstromsignalen und Ausgangsspannungssignalen ausgebildet sein. Die Messvorrichtung ist zum Durchführen mindestens einer ersten und einer zweiten Messsequenz mit unterschiedlichen Beschaltungskonfigurationen wie folgt ausgebildet. Diesbezüglich ist insbesondere die Schalteinrichtung zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols, des zweiten Pols, des ersten Messeingangs und des zweiten Messeingangs einerseits mit je einem der vier Anschlusskontakte (und somit mit je einer der vier Kontaktelektroden) andererseits derart ausgebildet, dass von der Messvorrichtung die für die erste und zweite
Messsequenz erforderlichen Beschaltungskonfigurationen realisierbar sind. Die erste und zweite Messsequenz können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. In der ersten Messsequenz ist mittels der Schalteinrichtung der erste
Anschlusskontakt (und somit bei bestimmungsgemäßer Verwendung der
Messvorrichtung die erste Kontaktelektrode) mit einem der beiden Pole der
Energiequelle, der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem anderen der beiden Pole der Energiequelle, der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit einem der beiden Messeingänge der
Spannungsmesseinrichtung, und der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte
Kontaktelektrode) mit dem anderen der beiden Messeingänge der
Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden. Demgemäß liegt in der ersten Messsequenz der Eingangsstrom zwischen dem ersten und dem zweiten
Anschlusskontakt (bzw. zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode) vor und wird von der Messvorrichtung als erstes Eingangsstromsignal erfasst. Mittels der Spannungsmesseinrichtung wird in der ersten Messsequenz die zwischen dem dritten und vierten Anschlusskontakt (bzw. zwischen der dritten und vierten
Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als erstes Ausgangsspannungssignal erfasst. In der zweiten Messsequenz ist mittels der Schalteinrichtung der dritte
Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit einem der beiden Pole der Energiequelle, der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem anderen der beiden Pole der Energiequelle, der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste Kontaktelektrode) mit einem der beiden Messeingänge der
Spannungsmesseinrichtung, und der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem anderen der beiden Messeingänge der
Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden. Demgemäß liegt in der zweiten Messsequenz der Eingangsstrom zwischen dem dritten und dem vierten
Anschlusskontakt (bzw. zwischen der dritten und der vierten Kontaktelektrode) vor und wird von der Messvorrichtung als zweites Eingangsstromsignal erfasst. Mittels der Spannungsmesseinrichtung wird in der zweiten Messsequenz die zwischen dem ersten und zweiten Anschlusskontakt (bzw. zwischen der ersten und zweiten
Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als zweites Ausgangsspannungssignal erfasst. Die Messvorrichtung ist, z.B. mittels einer entsprechend ausgebildeten
Auswerteeinrichtung, zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des
Querwiderstandes des Messobjekts unter Einbeziehung des ersten und des zweiten Eingangsstromsignals sowie des ersten und des zweiten Ausgangsspannungssignals ausgebildet. Anhand der erfassten Eingangsstromsignale und
Ausgangsspannungssignale ist für ein und dasselbe Messobjekt die Ermittlung des Längswiderstandes und auch die gleichzeitige Ermittlung des Längs- und des Querwiderstandes ermöglicht, wodurch die unkomplizierte Ermittlung dieser
Widerstandskomponenten mit hoher Genauigkeit ermöglicht ist. Insbesondere können der Längs- und der Querwiderstand ohne Veränderung der Probe bzw. des Messobjekts gleichzeitig bestimmt werden. Die Messvorrichtung kann z.B. derart ausgebildet sein, dass
- in der ersten Messsequenz der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste
Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol, der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol, der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang und der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang elektrisch
verbunden ist, und - in der zweiten Messsequenz der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte
Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol, der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol, der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang und der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang elektrisch verbunden ist, oder
- in der zweiten Messsequenz der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte
Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol, der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol, der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang und der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang elektrisch verbunden ist. Durch diese Wahl der Beschaltungskonfigurationen liegt in der ersten Messsequenz die gleiche Händigkeit zwischen eingebrachtem Strom und abgegriffener Spannung vor wie in der zweiten Messsequenz, d.h. die gleiche relative Orientierung des eingebrachten Stromes zu der abgegriffenen Spannung (diese Orientierung kann veranschaulicht werden durch die Orientierung der Verbindungsrichtung, die von der mit dem ersten Pol in Verbindung stehenden Kontaktelektrode zu der mit dem zweiten Pol in Verbindung stehenden Kontaktelektrode weist, relativ zu der
Verbindungsrichtung, die von der mit dem ersten Messeingang in Verbindung stehenden Kontaktelektrode zu der mit dem zweiten Messeingang in Verbindung stehenden Kontaktelektrode weist). Indem in der ersten Messsequenz die gleiche Händigkeit vorliegt wie in der zweiten Messsequenz, kann auf unkomplizierte Art eine hochgenaue Erfassung des Längs- und/oder Querwiderstandes erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung zum Ermitteln eines ersten Widerstandswertes aus dem ersten Ausgangsspannungssignal und dem ersten Eingangsstromsignal und zum Ermitteln eines zweiten Widerstandswertes aus dem zweiten Ausgangsspannungssignal und dem zweiten Eingangsstromsignal ausgebildet. Die Art und Weise der Berechnung der Widerstandswerte für
unterschiedliche Beschaltungskonfigurationen wird nachfolgend genauer erläutert. Für eine vorgegebene Beschaltungskonfiguration ermittelt sich der Widerstandswert aus dem in dieser Beschaltungskonfiguration vorliegenden
Ausgangsspannungssignal und dem in dieser Beschaltungskonfiguration
vorliegenden Eingangsspannungssignal. Im Folgenden wird mit die
Beschaltungskonfiguration bezeichnet, in welcher der erste Pol der Energiequelle mit dem i-ten Anschlusskontakt (bzw. mit der i-ten Kontaktelektrode), der zweite Pol der Energiequelle mit dem Anschlusskontakt (bzw. mit der Kontaktelektrode),
der erste Messeingang der Spannungsmesseinrichtung mit dem
Anschlusskontakt (bzw. mit der Kontaktelektrode), und der zweite Messeingang
der Spannungsmesseinrichtung mit dem Anschlusskontakt (bzw. mit der Kontaktelektrode) elektrisch verbunden ist, sodass bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Messvorrichtung der Eingangsstrom zwischen der i-ten und der Kontaktelektrode fließt und die Ausgangsspannung zwischen der und
der ^^-ten Kontaktelektrode abgegriffen wird. Der in der Beschaltungskonfiguration vorliegende Widerstandswert wird mi bezeichnet.
Für den Fall, dass der Eingangsstrom ein Gleichstrom ist, ist für die
Beschaltungskonfiguration der Widerstandswer gegeben durch den
Quotienten aus der Ausgangsspannung die zwischen der
Kontaktelektrode und der Kontaktelektrode (und somit zwischen dem ^^-ten Anschlusskontakt und dem Anschlusskontakt) vorliegt, und dem Eingangsstrom
der zwischen de Kontaktelektrode und der Kontaktelektrode (und
somit zwischen dem i-ten Anschlusskontakt und dem Anschlusskontakt) fließt, sodass der Widerstandswer als
geschrieben werden kann. Für den Fall, dass der Eingangsstrom ein (z.B. periodischer) Wechselstrom ist, kann der zwischen der i-ten und der ^^-ten Kontaktelektrode (und somit auch zwischen dem i-ten und dem Anschlusskontakt) vorliegende Eingangsstrom geschrieben
werden als Fourier-Reihe der Form
und die zwischen der ^^-ten und der ^^-ten Kontaktelektrode (und somit auch zwischen dem ^^-ten und dem ^^-ten Anschlusskontakt) vorliegende Ausgangsspannung kann als Fourier-Reihe der Form
geschrieben werden, wobei mit die Grundfrequenz bezeichnet ist, mit t die Zeit bezeichnet ist, eine natürliche Zahl ist, mit die Amplitude des jeweiligen
Frequenzanteils bei der Frequenz bezeichnet ist, und mit ein
Phasenanteil des jeweiligen Frequenzanteils bezeichnet ist (der die Anfangsphase zum Zeitpunkt kennzeichnet).
Mit diesen Bezeichnungen ergibt sich für die Beschaltungskonfiguration der
Widerstandswert aus den zu zugehörigen Frequenzanteilen der Fourier- Reihen für , wobei der Widerstandswert zu einem komplexen
Widerstandswert der Form
wird, wobei den Realteil und den Imaginärteil bezeichnet, und
wobei der Realteil durch
gegeben ist und der Imaginärteil durch gegeben ist. Falls der Eingangsstrom ein Wechselstrom ist, sind die
Widerstandselemente somit komplexe Widerstandselemente und werden daher auch als Impedanzelemente bezeichnet. Somit ergeben sich die Widerstandselemente aus den der Grundfrequenz entsprechenden Frequenzanteilen des Ausgangsspannungssignals und des
Eingangsstromsignals welche auch als Grundfrequenz-Anteile bezeichnet werden. Der Realteil des Widerstandselements ergibt sich aus dem Quotienten aus der Amplitude des Grundfrequenz-Anteils des Ausgangsspannungssignals und der Amplitude des Grundfrequenz-Anteils des Eingangsstromsignals, wobei
dieser Quotient multipliziert wird mit dem Kosinus der Differenz zwischen der Anfangsphase des Grundfrequenz-Anteils des Eingangsstromsignals und der Anfangsphase des Grundfrequenz-Anteils des Ausgangsspannungssignals. Der Realteil des Widerstandselements ergibt sich aus dem Quotienten aus der Amplitude des Grundfrequenz-Anteils des Ausgangsspannungssignals und der Amplitude des Grundfrequenz-Anteils des Eingangsstromsignals, wobei dieser Quotient multipliziert wird mit dem Sinus der Differenz zwischen der Anfangsphase des Grundfrequenz-Anteils des Eingangsstromsignals und der Anfangsphase des Grundfrequenz-Anteils des Ausgangsspannungssignals.
Die Messvorrichtung kann mittels der oben erläuterten ersten und zweiten
Messsequenz z.B. zum Ermitteln von als erstem Widerstandselement und von
d als zweitem Widerstandselement ausgebildet sein.
Die (gemittelte bzw. halbe) Summe aus dem ersten Widerstandswert und dem zweiten Widerstandswert ist proportional zum Querwiderstand des Messobjektes und bildet somit ein Maß für den Querwiderstand. Die (gemittelte bzw. halbe) Differenz zwischen dem ersten Widerstandswert und dem zweiten Widerstandswert ist proportional zum Längswiderstand des Messobjektes und bildet somit ein Maß für den Längswiderstand. Die jeweiligen Proportionalitätsfaktoren ergeben sich aus der jeweiligen Beschaltungsgeometrie und können z.B. anhand der bekannten Geometrie des Messobjekts oder durch Messung an einer Referenzprobe mit bekanntem Widerstandstensor und Vergleich des Messergebnisses mit den bekannten Widerstandskomponenten ermittelt werden. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf dem ersten Widerstandswert und dem zweiten Widerstandswert ausgebildet ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des Längswiderstandes des Messobjekts basierend auf der Differenz zwischen dem ersten Widerstandswert und dem zweiten Widerstandswert und/oder zum Ermitteln des Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf der Summe aus dem ersten Widerstandswert und dem zweiten Widerstandswert ausgebildet ist. Gemäß obiger Ausführungsform kann somit gemäß Gleichung (1) für den
Gleichstromfall oder gemäß den Gleichungen (2) bis (6) für den Wechselstromfall z.B. der erste Widerstandswert ermittelt werden als 4und der zweite
Widerstandswert ermittelt werden als wobei der Längswiderstand bzw.
Longitudinalwiderstand des Messobjekts z.B. mittels
und der Querwiderstand bzw. Transversalwiderstand des Messobjekts z.B.
mittels
ermittelt werden kann, wobei Proportionalitätsfaktoren sind, und wobei das Zeichen„~“ das Proportionalitätszeichen darstellt. Die Messvorrichtung kann somit, z.B. mittels einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinrichtung, zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes anhand der
Gleichungen (7) bzw. (8) in Verbindung mit Gleichung (1) für den Gleichstromfall und mit den Gleichungen (2) bis (6) für den Wechselstromfall ausgebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Messvorrichtung zusätzlich zu der ersten und zweiten Messsequenz zum Durchführen mindestens einer dritten und vierten Messsequenz mit unterschiedlichen Beschaltungskonfigurationen wie folgt ausgebildet. Diesbezüglich ist insbesondere die Schalteinrichtung zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols, des zweiten Pols, des ersten Messeingangs und des zweiten Messeingangs einerseits mit je einem der vier Anschlusskontakte (und somit mit je einer der vier Kontaktelektroden) andererseits derart ausgebildet, dass von der Messvorrichtung die für die erste, zweite, dritte und vierte Messsequenz erforderlichen Beschaltungskonfigurationen realisierbar sind. Die erste, zweite, dritte und vierte Messsequenz können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Gemäß dieser Ausführung ist in der ersten Messsequenz mittels der
Schalteinrichtung der erste Anschlusskontakt (und somit bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Messvorrichtung die erste Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol der Energiequelle, der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol der Energiequelle, der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung, und der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei der Eingangsstrom zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode (und somit zwischen dem ersten und zweiten Anschlusskontakt) vorliegt und als erstes
Eingangsstromsignal ( ^^12) erfasst wird, und wobei mittels der
Spannungsmesseinrichtung die zwischen der dritten und der vierten
Kontaktelektrode (und somit zwischen dem dritten und vierten Anschlusskontakt) generierte Spannung als erstes Ausgangsspannungssignal ( ^^34) erfasst wird. Gemäß dieser Ausführung ist in der zweiten Messsequenz mittels der
Schalteinrichtung der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol der Energiequelle, der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol der Energiequelle, der zweite
Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung, und der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei der Eingangsstrom zwischen der dritten und der vierten Kontaktelektrode (und somit zwischen dem dritten und vierten Anschlusskontakt) vorliegt und als zweites Eingangsstromsignal erfasst wird, und wobei mittels der Spannungsmesseinrichtung die zwischen der ersten und der zweiten
Kontaktelektrode (und somit zwischen dem ersten und zweiten Anschlusskontakt) generierte Spannung als zweites Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
In der dritten Messsequenz ist mittels der Schalteinrichtung der zweite
Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol der
Energiequelle, der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol der Energiequelle, der vierte Anschlusskontakt (bzw. die vierte
Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung, und der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei der Eingangsstrom zwischen der zweiten und ersten Kontaktelektrode (und somit zwischen dem zweiten und ersten Anschlusskontakt) vorliegt und als drittes
Eingangsstromsignal erfasst wird, und wobei mittels der
Spannungsmesseinrichtung die zwischen der vierten und der dritten
Kontaktelektrode (und somit zwischen dem vierten und dritten Anschlusskontakt) generierte Spannung als drittes Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
In der vierten Messsequenz ist mittels der Schalteinrichtung der vierte
Anschlusskontakt (bzw. die vierte Kontaktelektrode) mit dem ersten Pol der
Energiequelle, der dritte Anschlusskontakt (bzw. die dritte Kontaktelektrode) mit dem zweiten Pol der Energiequelle, der erste Anschlusskontakt (bzw. die erste
Kontaktelektrode) mit dem ersten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung, und der zweite Anschlusskontakt (bzw. die zweite Kontaktelektrode) mit dem zweiten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden, wobei der Eingangsstrom zwischen der vierten und der dritten Kontaktelektrode (und somit zwischen dem vierten und dem dritten Anschlusskontakt) vorliegt und als viertes Eingangsstromsignal ( ^^43) erfasst wird, und wobei mittels der
Spannungsmesseinrichtung die zwischen der ersten und zweiten Kontaktelektrode (und somit zwischen dem ersten und zweiten Anschlusskontakt) generierte
Spannung als viertes Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
Gemäß dieser Ausführung kann die Messvorrichtung, z.B. mittels einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinrichtung, zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des Messobjekts unter Einbeziehung des ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignals sowie des ersten, zweiten, dritten und vierten Ausgangsspannungssignals ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung zum Ermitteln eines ersten Widerstandswertes aus dem ersten Ausgangsspannungssignal und dem ersten Eingangsstromsignal, eines zweiten Widerstandswertes aus dem zweiten
Ausgangsspannungssignal und dem zweiten Eingangsstromsignal, eines dritten Widerstandswertes aus dem dritten Ausgangsspannungssignal und dem dritten Eingangsstromsignal, und eines vierten Widerstandswertes aus dem vierten
Ausgangsspannungssignal und dem vierten Eingangsstromsignal ausgebildet. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung gemäß Gleichung (1) für den Gleichstromfall bzw. gemäß den Gleichungen (2) bis (6) für den
Wechselstromfall zum Ermitteln des ersten Widerstandswertes aus dem ersten
Ausgangsspannungssignal und dem ersten Eingangsstromsignal, des zweiten Widerstandswertes aus dem zweiten Ausgangsspannungssignal und dem
zweiten Eingangsstromsignal, des dritten Widerstandswertes aus dem dritten
Ausgangsspannungssignal und dem dritten Eingangsstromsignal, und des vierten Widerstandswertes aus dem vierten Ausgangsspannungssignal und dem
vierten Eingangsstromsignal ausgebildet ist. Die (gemittelte bzw. viertel) Summe aus dem ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandswert ist proportional zum Querwiderstand des Messobjektes und bildet somit ein Maß für den Querwiderstand. Die (gemittelte bzw. viertel) Summe, bei der die beiden Widerstandswerte R1234 und R2143 für den Eingangsstrom zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode mit positivem Vorzeichen und die beiden Widerstandswerte R3421 und R4312 für den Eingangsstrom zwischen der dritten und der vierten Kontaktelektrode mit negativem Vorzeichen eingehen (auch als „alternierende Summe“ bezeichnet), ist proportional zum Längswiderstand des Messobjekts und bildet somit ein Maß für den Längswiderstand. Die jeweiligen Proportionalitätsfaktoren ergeben sich aus der jeweiligen Beschaltungsgeometrie und können z.B. anhand der bekannten Geometrie des Messobjekts oder durch Messung an einer Referenzprobe mit bekanntem Widerstandstensor und Vergleich des Messergebnisses mit den bekannten Widerstandskomponenten ermittelt werden. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung (z.B. mittels einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinrichtung) zum Ermitteln des
Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf der Summe aus dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des
Längswiderstandes des Messobjekts basierend auf der alternierenden Summe aus dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Gemäß vorstehend erläuterter Notation kann die Messvorrichtung somit zum
Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes
anhand folgender Gleichungen ausgebildet sein:
wobei P1 und P2 Proportionalitätsfaktoren sind. Bei den angegebenen Beschaltungskonfigurationen ist– auch bei Ausbildung des Eingangsstromes als Wechselstrom– die Zuordnung der jeweiligen Kontaktelektrode zu dem jeweiligen Pol bzw. Messeingang zu beachten, wobei z.B. nicht identisch ist mi . Dadurch ist sichergestellt, dass in allen
Messsequenzen dieselbe Händigkeit zwischen eingebrachtem Strom und
abgegriffener Spannung vorliegt, wodurch auf unkomplizierte Art eine hochgenaue Erfassung des Längs- und/oder Querwiderstandes erfolgen kann. Der
Eingangsstrom kann ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein. Die
Berücksichtigung von vier Widerstandswerten ermöglicht eine höhere
Messgenauigkeit, sowohl für den Fall dass der Eingangsstrom ein Gleichstrom ist als auch für den Fall dass der Eingangsstrom ein Wechselstrom ist. Die Messvorrichtung kann zum Speichern der erfassten Eingangsstromsignale (d.h. der erfassten Eingangsstrom-Zeitverläufe) und der erfassten
Ausgangsspannungssignale (d.h. der erfassten Ausgangsspannungs-Zeitverläufe) in einem Datenspeicher ausgebildet sein, sodass diese erfassten Signale nachfolgend als Rohdaten zur Ermittlung unterschiedlicher Komponenten des Widerstandstensors des Messobjekts zur Verfügung stehen. Die Messvorrichtung kann also insbesondere zum Speichern des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Eingangsstromsignals sowie zum Speichern des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten
Ausgangsspannungssignals mittels eines Datenspeichers ausgebildet sein. Dadurch können z.B. von der Messvorrichtung nachfolgend anhand der gespeicherten Signale mittels unterschiedlicher Berechnungsarten der Längswiderstand und/oder der Querwiderstand des Messobjekts ermittelt werden. Es kann z.B. vorgesehen sein, die gespeicherten Eingangsstromsignale und/oder Ausgangsspannungssignale mittels einer Fouriertransformation zu analysieren (siehe unten). Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Messvorrichtung zum Speichern der ermittelten Widerstandswerte (z.B. des ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Widerstandswertes) in einem Datenspeicher ausgebildet sein, sodass diese ermittelten Widerstandswerte nachfolgend als Rohdaten zur Ermittlung
unterschiedlicher Komponenten des Widerstandstensors des Messobjekts zur Verfügung stehen. Dadurch können z.B. von der Messvorrichtung nachfolgend anhand der gespeicherten Widerstandswerte mittels unterschiedlicher
Berechnungsarten der Längswiderstand und/oder der Querwiderstand des
Messobjekts ermittelt werden. Die Messvorrichtung ist zum Erfassen des zwischen dem ersten Pol und dem zweiten Pol der elektrischen Energiequelle fließenden elektrischen Stromes als Eingangsstromsignal ausgebildet. Zudem ist die Messvorrichtung zum Erfassen der zwischen dem ersten Messeingang und dem zweiten Messeingang der
Spannungsmesseinrichtung vorliegenden elektrischen Spannung als
Ausgangsspannungssignal ausgebildet. Bei Ausgestaltung des
Eingangsstromsignals als Wechselstromsignal kann die Messvorrichtung, z.B. mittels einer entsprechend ausgebildeten Auswerteeinrichtung, zum Verarbeiten bzw.
Analysieren der Eingangsstromsignale und/oder Ausgangsspannungssignale mittels einer Fouriertransformation ausgebildet sein. Die Messvorrichtung kann zudem zum Charakterisieren des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen und/oder den fouriertransformierten Ausgangsspannungssignalen ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung zum Fouriertransformieren des Ausgangsspannungssignals und/oder zum Fouriertransformieren des
Eingangsstromsignals ausgebildet. Demgemäß ist die Messvorrichtung zum
Fouriertransformieren der erfassten Eingangsstromsignale (z.B. des ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Eingangsstromsignals) und/oder Ausgangsspannungssignale (z.B. des ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Ausgangsspannungssignals) ausgebildet, wobei bevorzugt sowohl die Eingangsstromsignale als auch die
Ausgangsspannungssignale einer Fouriertransformation unterzogen werden. Das Eingangsstromsignal beschreibt den Verlauf des Eingangsstromes als Funktion der Zeit und das Ausgangsspannungssignal beschreibt den Verlauf der
Ausgangsspannung als Funktion der Zeit, sodass es sich hierbei um Zeitsignale handelt. Mittels der Fourier-Transformation (auch als Fourier-Analyse bezeichnet) wird dem jeweiligen Zeitsignal ein Frequenzspektrum zugeordnet, das beschreibt, welche Frequenzen zu welchen Anteilen in dem ursprünglichen Zeitsignal enthalten sind. Die Messvorrichtung kann somit derart ausgebildet sein, dass von ihr das Eingangsstromsignal mittels der Fouriertransformation in ein fouriertransformiertes Eingangsstromsignal gemäß Gleichung (2) transformiert wird, und/oder dass von ihr das Ausgangsspannungssignal mittels der Fouriertransformation in ein fouriertransformiertes Ausgangsspannungssignal gemäß Gleichung (3) transformiert wird. Mittels der Fourieranalyse können z.B. Verzerrungen der Signalverläufe (insbesondere der erfassten Spannungsverläufe) erfasst werden, wodurch z.B.
denselben zugrundeliegende physikalische Effekte charakterisierbar sind.
Insbesondere geben die harmonischen Verzerrungen der
Ausgangsspannungssignale Aufschluss über Effekte, die die elektrischen
Eigenschaften bestimmen, wobei auch Effekte mit lediglich geringem Einfluss erfassbar sind. Mittels der fouriertransformierten Signale lassen sich somit weitere Informationen über den Widerstand des Messobjektes gewinnen, z.B. über die Stromabhängigkeit des elektrischen Widerstandes. Mittels der Fouriertransformation kann z.B. eine Analyse des nichtlinearen
elektrischen Verhaltens des Messobjekts durchgeführt werden. Wenn das
Messobjekt einen nichtlinearen elektrischen Widerstand hat, ändert sich sein
Widerstand in Abhängigkeit vom Stromfluss, sodass z.B. bei einem sinusförmigen Eingangsstrom der Widerstand an den Spitzen des Sinus einen höheren oder niedrigeren Wert aufweisen kann als an den Nulldurchgängen des Sinus. Solche und ähnliche nichtlineare elektrische Eigenschaften führen zu nichtlinearen Verzerrungen der Sinuswelle bzw. in dem Ausgangsspannungssignal. Dies bedingt harmonische Verzerrungen in dem fouriertransformierten Ausgangsspannungssignal, sodass z.B. bei einem sinusförmigen Eingangsstromsignal mit der Grundfrequenz das fouriertransformierte Ausgangsspannungssignal zusätzlich zu der Grundfrequenz auch Anteile bei ganzzahligen Vielfachen dieser Grundfrequenz enthält (wobei Anteile, deren Frequenz einem ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz
entspricht, auch als Harmonische bezeichnet werden, und wobei ^^ eine natürlich e Zahl ist, die die Ordnung der Harmonischen mit der Frequenz bezeichnet).
Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung basierend auf den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen und/oder den fouriertransformierten Ausgangsspannungssignalen zum Ermitteln des Längswiderstandes und/oder des Querwiderstandes des Messobjektes für unterschiedliche Frequenzen bzw.
Harmonischenordnungen ausgebildet ist, wodurch die Abhängigkeit des Längswiderstandes bzw. des Querwiderstandes von der Stärke des elektrischen Stromes erfassbar ist. Der Eingangsstrom kann in Form eines Wechselstromes vorliegen, z.B. in Form eines harmonischen Wechselstromes (d.h. eines Wechselstromes, der einer
Sinusfunktion folgt). Wenn das Eingangsstromsignal durch einen harmonischen Wechselstrom mit einer vorgegebenen Grundfrequenz gegeben ist, kann das
Ausgangsspannungssignal Anteile bei dieser Grundfrequenz sowie bei ganzzahligen Vielfachen dieser Grundfrequenz aufweisen. Wenn sich das Eingangsstromsignal aus mehreren harmonischen Wechselströmen mit unterschiedlichen
Grundfrequenzen zusammensetzt, kann das Ausgangsspannungssignal Anteile bei diesen unterschiedlichen Grundfrequenzen sowie bei ganzzahligen Vielfachen dieser unterschiedlichen Grundfrequenzen aufweisen. Aus dem Vergleich der
Frequenzspektren der Eingangsstromsignale und der Ausgangsspannungssignale lassen sich Rückschlüsse auf den Widerstand des Messobjekts und dessen
Ursachen ziehen. Insbesondere kann die Messvorrichtung basierend auf den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen und den fouriertransformierten
Ausgangsspannungssignalen zum Ermitteln des Längs- und/oder Querwiderstandes des Messobjektes für unterschiedliche Frequenzen bzw. Harmonischenordnungen ausgebildet sein. Wenn z.B. das Eingangsstromsignal ein harmonischer Wechselstrom mit der
Grundfrequenz ^^ ist, kann das Eingangsstromsignal in der Form
und das Ausgangsspannungssignal in der Form
geschrieben werden (siehe auch Gleichungen (2) und (3)). Damit können analog zu den Gleichungen (4) bis (6) harmonischenabhängige komplexe Widerstandselemente der Form
gebildet werden, wobei den Realteil und den Imaginärteil
bezeichnet, und wobei der Realteil durch
gegeben ist und der Imaginärteil durch
gegeben ist. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung somit derart ausgebildet, dass von ihr ein Eingangsstrom in Form eines harmonischen Wechselstromes mit einer Eingangsstrom-Amplitude und einer Eingangsstrom-Frequenz bereitgestellt
wird, wobei die Frequenz des harmonischen Eingangsstromes auch als
Grundfrequenz bezeichnet wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Amplitude und die Grundfrequenz des Eingangsstromes von der Energiequelle vorgegeben bzw. erfasst werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Fouriertransformieren der Eingangsstromsignale und Ermitteln der
Eingangsstrom-Amplitude und der Grundfrequenz aus den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführung ist die
Messvorrichtung ferner zum Fouriertransformieren der Ausgangsspannungssignale sowie zum Erfassen der einzelnen Frequenzkomponenten jedes
fouriertransformierten Ausgangsspannungssignals ausgebildet, wobei jede dieser Frequenzkomponenten durch eine Amplitude eine Phase und eine
Frequenz gekennzeichnet ist (wobei die Frequenz der
Grundfrequenz oder einem ganzzahligen Vielfachen derselben entspricht). Die Messvorrichtung kann ferner zum Ermitteln des für eine vorgegebene
Harmonischenordnung n vorliegenden ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Widerstandselementes gemäß den Gleichungen (11) bis (15) ausgebildet sein.
Demnach ergeben sich die zu der Harmonischenordnung n zugehörigen
Widerstandselemente aus den der Grundfrequenz entsprechenden
Frequenzanteilen des Eingangsstromsignals und den der
Hamonischenfrequenz entsprechenden Frequenzanteilen des
Ausgangsspannungssignals Der Realteil des Widerstandselementes
ergibt sich aus dem Quotienten aus der Amplitude des jeweiligen
Harmonischenanteils des Ausgangsspannungssignals und der Amplitude des Grundfrequenzanteils des Eingangsstromsignals, wobei dieser Quotient multipliziert wird mit dem Kosinus der negativen Anfangsphase des Harmonischenanteils des Ausgangsspannungssignals. Der Imaginärteil des Widerstandselementes ergibt sich aus dem Quotienten aus der Amplitude des jeweiligen Harmonischenanteils des Ausgangsspannungssignals und der Amplitude des Grundfrequenzanteils des Eingangsstromsignals, wobei dieser Quotient multipliziert wird mit dem Sinus der negativen Anfangsphase des Harmonischenanteils des
Ausgangsspannungssignals. Die Messvorrichtung kann zudem analog zu den mit Bezug auf die Gleichungen (7) bis (10) beschriebenen Ausgestaltungen zum Ermitteln des für mehrere
unterschiedliche Harmonischenordnungen n vorliegenden Längs- und/oder
Querwiderstandes ausgebildet sein. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für eine vorgegebene Harmonischenordnung n vorliegenden Längswiderstandes und/oder Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf dem für die vorgegebene
Harmonischenordnung vorliegenden ersten und zweiten Widerstandswert
ausgebildet ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für die vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden
Längswiderstandes des Messobjekts basierend auf der Differenz zwischen dem für die vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden ersten und zweiten Widerstandswert ausgebildet ist, und/oder dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für eine vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf der Summe aus dem für die vorgegebene
Harmonischenordnung vorliegenden ersten und zweiten Widerstandswert ausgebildet ist. Dementsprechend kann die Messvorrichtung z.B. (analog zu den Gleichungen (7) und (8)) anhand der harmonischenabhängigen Widerstandselemente zum Ermitteln des harmonischenabhängigen Längswiderstands und/oder des
harmonischenabhängigen Querwiderstands gemäß folgenden Gleichungen
ausgebildet sein:
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für eine vorgegebene Harmonischenordnung ^^ vorliegenden Längswiderstandes und/oder Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf dem für die
vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für eine vorgegebene
Harmonischenordnung vorliegenden Längswiderstandes des Messobjekts basierend auf der alternierenden Summe aus dem für die vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Ermitteln des für eine vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden
Querwiderstandes des Messobjekts basierend auf der Summe aus dem für die vorgegebene Harmonischenordnung vorliegenden ersten, zweiten, dritten und vierten Widerstandswert ausgebildet ist. Dementsprechend kann die Messvorrichtung z.B. (analog zu den Gleichungen (9) und (10)) anhand der harmonischenabhängigen Widerstandselemente zum
Ermitteln des harmonischenabhängigen Längswiderstands und/oder des
harmonischenabhängigen Querwiderstandes gemäß folgenden Gleichungen ausgebildet sein:
Somit können bei einem harmonischen Verlauf bzw. Sinusverlauf des
Eingangsstromsignals mittels der Fourieranalyse die einzelnen
Verzerrungsordnungen als separate Frequenzkomponenten erfasst werden. All diese Verzerrungsordnungen können auf unterschiedlichen Effekten beruhen, die durch eine solche Analyse differenziert und voneinander separiert werden können. Eine entsprechende Verallgemeinerung ist möglich auf den Fall, dass sich die
Eingangsstromsignale aus mehreren harmonischen Wechselstromsignalen mit unterschiedlichen Grundfrequenzen zusammensetzen. Die Messvorrichtung kann z.B. zum Fouriertransformieren der Eingangsstromsignale und/oder der Ausgangsspannungssignale mittels diskreter Fourier-Transformation (auch als DFT bezeichnet) ausgebildet sein. Dementsprechend kann die
Messvorrichtung zum Erfassen bzw. Bereitstellen der Eingangsstromsignale und der Ausgangsspannungssignale in Form von Digitalsignalen ausgebildet sein (z.B.
mittels eines oder mehrerer Analog-Digital-Wandler und Digital-Analog-Wandler). Nachfolgend werden einige mögliche Ausgestaltungen und Anschlusskonfigurationen der Energiequelle, der Schalteinrichtung und der Kontaktelektroden sowie einige mögliche Ausgestaltungen zum Erfassen der Eingangsstromsignale beschrieben. Gemäß einer Ausführungsform weist die Schalteinrichtung mindestens einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten elektrischen Eingangskontakt und mindestens einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten elektrischen Ausgangskontakt auf. Gemäß dieser Ausführung ist der erste Eingangskontakt der Schalteinrichtung mit dem ersten Pol der Energiequelle, der zweite Eingangskontakt der Schalteinrichtung mit dem zweiten Pol der Energiequelle, der dritte
Eingangskontakt der Schalteinrichtung mit dem ersten Messeingang der
Spannungsmesseinrichtung, und der vierte Eingangskontakt der Schalteinrichtung mit dem zweiten Messeingang der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden. Zudem ist der erste Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit dem ersten
Anschlusskontakt, der zweite Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit dem zweiten Anschlusskontakt, der dritte Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit dem dritten Anschlusskontakt, und der vierte Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit dem vierten Anschlusskontakt elektrisch verbunden. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Messvorrichtung ist somit der erste Ausgangskontakt der
Schalteinrichtung mit der ersten Kontaktelektrode, der zweite Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit der zweiten Kontaktelektrode, der dritte Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit der dritten Kontaktelektrode, und der vierte Ausgangskontakt der Schalteinrichtung mit der vierten Kontaktelektrode elektrisch verbunden. Die Schalteinrichtung ist gemäß dieser Ausführung zum variablen paarweisen
elektrischen Verbinden je eines der vier Eingangskontakte mit je einem der vier Ausgangskontakte ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist die
Schalteinrichtung zum variablen paarweisen Verbinden je eines des ersten Pols, des zweiten Pols, des ersten Messeingangs und des zweiten Messeingangs mit je einem der vier Anschlusskontakte (bzw. mit je einer der vier Kontaktelektroden) ausgebildet, indem die Schalteinrichtung zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines der vier Eingangskontakte einerseits mit je einem der vier Ausgangskontakte andererseits ausgebildet ist. Dadurch ist eine unkomplizierte Realisierung und Einbindung der Schalteinrichtung ermöglicht. Die Energiequelle kann eine Stromquelle, z.B. eine Gleichstromquelle oder eine Wechselstromquelle sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die
Energiequelle eine Spannungsquelle ist, z.B. eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle. Falls die Energiequelle eine Gleichstromquelle oder eine Gleichspannungsquelle ist, liegt der Eingangsstrom in Form eines Gleichstromes vor. Falls die Energiequelle eine Wechselstromquelle oder eine Wechselspannungsquelle ist, liegt der Eingangsstrom in Form eines Wechselstromes vor. Bei Ausgestaltung der Energiequelle als Spannungsquelle kann vorgesehen sein, dass einer der beiden Pole der Spannungsquelle auf ein elektrisches
Bezugspotential geschaltet ist, z.B. auf das Massepotential der Messvorrichtung. Bei Ausgestaltung der Spannungsquelle als Gleichspannungsquelle kann die
Messvorrichtung z.B. derart ausgebildet sein, dass einer der beiden Pole der
Spannungsquelle auf das Massepotential geschaltet ist, wobei die Spannungsquelle zum Beaufschlagen des anderen der beiden Pole mit einem Gleichspannungs- Potential bzw. mit einer Gleichspannung ausgebildet ist. Bei Ausgestaltung der Spannungsquelle als Wechselspannungsquelle kann die Messvorrichtung z.B. derart ausgebildet sein, dass einer der beiden Pole der Spannungsquelle auf das
Massepotential geschaltet ist, wobei die Spannungsquelle zum Beaufschlagen des anderen der beiden Pole mit einem Wechselspannungs-Potential bzw. mit einer Wechselspannung ausgebildet ist. Bei Ausgestaltung der Spannungsquelle als Wechselspannungsquelle kann alternativ vorgesehen sein, dass die Wechselspannungsquelle zum Beaufschlagen der beiden Pole mit zueinander gegenphasigen Wechselspannungen ausgebildet ist (wobei unter der an einem Pol vorliegenden Spannung stets die Spannung bzw. der
Potentialunterschied zwischen diesem Pol und dem Massepotential verstanden wird). Gemäß dieser Ausgestaltung ist somit die an dem ersten Pol anliegende Wechselspannung gegenphasig zu der an dem zweiten Pol anliegenden
Wechselspannung, sodass die an dem ersten Pol anliegende Wechselspannung und die an dem zweiten Pol anliegende Wechselspannung stets den gleichen Betrag, jedoch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Eine derartige symmetrische
Anregung trägt zu einer hohen Messgenauigkeit bei. Die Messvorrichtung kann eine Strommesseinrichtung zum Erfassen des zwischen dem ersten und dem zweiten Pol der Energiequelle vorliegenden elektrischen Stromes als Eingangsstromsignal aufweisen. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung zum Erfassen des Eingangsstromsignals einen oder mehrere elektrische Widerstände (d.h. elektrische Bauelemente in Form eines Widerstandes bzw. Widerstandsbauelemente) aufweist, die im Stromweg des Eingangsstromes angeordnet sind. Die Messvorrichtung kann z.B. zum Abgreifen bzw. Erfassen der über einem derartigen Widerstandsbauelement abfallenden Spannung als
Messspannung und Ermitteln des Eingangsstromsignals basierend auf der erfassten Messspannung– und z.B. dem bekannten elektrischen Widerstandswert des
Widerstandsbauelements– ausgebildet sein (z.B. indem das Eingangsstromsignal gebildet wird als Quotient aus der Messspannung und dem Widerstandswert). Ein derartiges Widerstandsbauelement wird auch als Messwiderstand bezeichnet. Gemäß einer Ausführungsform weist die Messvorrichtung dementsprechend mindestens ein Widerstandsbauelement auf, das in Reihe zu einem der beiden Pole der Energiequelle zwischen diesen Pol und die Anschlusskontakte (und somit auch zwischen diesen Pol und die Kontaktelektroden) geschaltet ist. Es kann z.B.
vorgesehen sein, dass das Widerstandsbauelement in Reihe zu einem der beiden Pole zwischen diesen Pol und die Schalteinrichtung geschaltet ist. Demgemäß kann die Messvorrichtung z.B. ein Widerstandsbauelement aufweisen, das in Reihe zu dem ersten Pol der Energiequelle zwischen den ersten Pol und die
Anschlusskontakte (und somit auch zwischen den ersten Pol und die
Kontaktelektroden) geschaltet ist, wobei das Widerstandsbauelement z.B. zwischen den ersten Pol und die Schalteinrichtung geschaltet sein kann. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Messvorrichtung z.B. ein Widerstandsbauelement aufweisen, das in Reihe zu dem zweiten Pol der Energiequelle zwischen den zweiten Pol und die Anschlusskontakte (und somit auch zwischen den zweiten Pol und die Kontaktelektroden) geschaltet ist, wobei das Widerstandsbauelement z.B. zwischen den zweiten Pol und die Schalteinrichtung geschaltet sein kann. Es kann z.B.
vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung ein Widerstandsbauelement aufweist, das in Reihe zu dem ersten Pol der Energiequelle zwischen den ersten Pol und den ersten Eingangskontakt der Schalteinrichtung geschaltet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass die Messvorrichtung ein
Widerstandsbauelement aufweist, das in Reihe zu dem zweiten Pol der
Energiequelle zwischen den zweiten Pol und den zweiten Eingangskontakt der Schalteinrichtung geschaltet ist. Gemäß einer Ausführungsform weist die Messvorrichtung zwei
Widerstandsbauelemente mit gleich großem Widerstandswert auf (z.B. zwei identisch ausgebildete Widerstandsbauelemente), wobei das erste dieser beiden
Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem ersten Pol der Energiequelle zwischen den ersten Pol und die Anschlusskontakte (z.B. zwischen den ersten Pol und die Schalteinrichtung) geschaltet ist, und wobei das zweite dieser beiden
Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem zweiten Pol der Energiequelle zwischen den zweiten Pol und die Anschlusskontakte (z.B. zwischen den zweiten Pol und die Schalteinrichtung) geschaltet ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die
Messeinrichtung zwei Widerstandsbauelemente mit gleich großem Widerstandswert aufweist (z.B. zwei identisch ausgebildete Widerstandsbauelemente), wobei das erste dieser beiden Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem ersten Pol der Energiequelle zwischen den ersten Pol und den ersten Eingangskontakt der
Schalteinrichtung geschaltet ist, und wobei das zweite dieser beiden
Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem zweiten Pol der Energiequelle zwischen den zweiten Pol und den zweiten Eingangskontakt der Schalteinrichtung geschaltet ist. Eine derartige Ausgestaltung mit zwei Widerstandsbauelementen, die einen gleich großen Widerstandswert aufweisen (wobei der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements gleich dem Widerstandswert des zweiten
Widerstandsbauelements ist), trägt aufgrund der damit einhergehenden Symmetrie zu einer hohen Messgenauigkeit bei, insbesondere in Kombination mit einer
Wechselspannungsquelle, die zum Beaufschlagen der beiden Pole mit zueinander gegenphasigen Wechselspannungen ausgebildet ist. Die Messvorrichtung kann ferner derart ausgebildet sein, dass von ihr für mindestens eines dieser in Reihe zu einem Pol der Energiequelle geschalteten
Widerstandsbauelemente die über diesem Widerstandsbauelement abfallende Spannung als Messspannung bzw. Messspannungssignal erfassbar ist, und dass von ihr basierend auf der erfassten Messspannung (und z.B. dem bekannten elektrischen Widerstandswert des Widerstandsbauelements) das
Eingangsstromsignal ermittelbar ist. Die Kontaktelektroden können in unterschiedlichen Konfigurationen bzw.
Ausgestaltungen vorliegen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung derart ausgebildet, dass die Kontaktelektroden relativ zu dem Messobjekt (bzw. zu einer Messobjekt-Aufnahme der Messvorrichtung) bewegbar sind. Die
Messvorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die (zum
Kontaktieren des Messobjekts vorgesehenen) Kontaktstellen der Kontaktelektroden relativ zu dem Messobjekt bzw. zu der Messobjekt-Aufnahme bewegbar sind.
Demgemäß kann die Messvorrichtung insbesondere eine zum Aufnehmen bzw.
Lagern des Messobjekts vorgesehene Messobjekt-Aufnahme aufweisen, wobei die Kontaktelektroden relativ zu der Messobjekt-Aufnahme bewegbar sind. Indem die erste, zweite, dritte und vierte Kontaktelektrode relativ zu dem Messobjekt bzw. der Messobjekt-Aufnahme bewegbar sind, können z.B. unterschiedliche Messobjekte mittels der Messvorrichtung charakterisiert werden. Insbesondere ist das Messobjekt nicht Bestandteil der Messvorrichtung. Zudem sind die Kontaktelektroden nicht dauerhaft (insbesondere nicht stoffschlüssig) mit dem Messobjekt verbunden. Die Kontaktelektroden können insbesondere derart relativ zu dem Messobjekt bzw. der Messobjekt-Aufnahme bewegbar ausgebildet sein, dass nach Einbringen eines Messobjekts in die Messobjekt-Aufnahme die Kontaktelektroden in Kontakt mit dem Messobjekt gebracht werden können, anschließend die Messung zur
Charakterisierung des Messobjekts durchgeführt werden kann, und nach Abschluss der Messung die Kontaktelektroden außer Kontakt mit dem Messobjekt gebracht werden können, sodass anschließend das Messobjekt aus der Messobjekt- Aufnahme entfernt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform ist die Messvorrichtung zudem derart ausgebildet, dass die Kontaktelektroden relativ zueinander bewegbar und somit relativ zueinander variabel positionierbar sind. Die Messvorrichtung kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass die (zum Kontaktieren des Messobjekts vorgesehenen) Kontaktstellen der Kontaktelektroden relativ zueinander bewegbar bzw. variabel positionierbar sind. Demgemäß können die Positionen der ersten, zweiten, dritten und vierten Kontaktelektrode relativ zueinander (und somit auch die
Kontaktpositionen, an denen die Kontaktelektroden das Messobjekt kontaktieren) variabel eingestellt werden, sodass unterschiedliche Kontaktierungsgeometrien ermöglicht sind. Demgemäß kann jede der Kontaktelektroden an unterschiedlichen (z.B. beliebigen) Positionen angeordnet und in Kontakt mit dem Messobjekt gebracht werden. Diesbezüglich kann z.B. vorgesehen sein, dass jede der Kontaktelektroden am freien Ende eines flexiblen elektrischen Leiters (z.B. eines Drahtes) angeordnet ist oder durch dasselbe gebildet ist, sodass die Kontaktelektrode bzw. deren
Kontaktstelle durch Positionieren des flexiblen elektrischen Leiters variabel positionierbar ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Messvorrichtung derart ausgebildet, dass die Kontaktelektroden relativ zueinander nicht bewegbar sind, sondern relativ zueinander in einer fest vorgegebenen Geometrie angeordnet sind. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die Kontaktelektroden in einer fest vorgegebenen Geometrie derart angeordnet sind, dass die Verbindungslinie zwischen der ersten und der zweiten Kontaktelektrode nicht parallel und nicht senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen der dritten und der vierten Kontaktelektrode ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Kontaktelektroden in einer fest vorgegebenen Geometrie derart angeordnet sind, dass die Verbindungslinie zwischen der Kontaktstelle der ersten Kontaktelektrode und der Kontaktstelle der zweiten Kontaktelektrode nicht parallel und nicht senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen der Kontaktstelle der dritten Kontaktelektrode und der Kontaktstelle der vierten Kontaktelektrode ist. Es kann z.B. vorgesehen sein, dass die vier Kontaktelektroden derart angeordnet sind, dass sie (bzw. ihre Kontaktstellen) die Eckpunkte eines Rechtecks (bevorzugt eines ungleichseitigen Rechtecks, d.h. eines Rechtecks bei dem die Länge anders ist als die Breite) bilden, wobei sich die erste und die zweite Kontaktelektrode diagonal gegenüberliegen, und wobei sich die dritte und vierte Kontaktelektrode diagonal gegenüberliegen. Es kann z.B. vorgesehene sein, dass die Messvorrichtung ein Kontaktelement aufweist, wobei die Kontaktelektroden (insbesondere die erste, zweite, dritte und vierte Kontaktelektrode) unter Ausbildung einer der vorstehend erläuterten Geometrien an dem Kontaktelement fixiert sind, sodass sie relativ zueinander in einer fest vorgegebenen Geometrie angeordnet sind. Das
Kontaktelement kann relativ zu dem Messobjekt bzw. relativ zu der Messobjekt- Aufnahme bewegbar sein. Die angegebenen Geometrien ermöglichen eine zuverlässige und genaue gleichzeitige Ermittlung des Längs- und Querwiderstandes. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch: Figur 1 eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer
Wechselspannungsquelle beim Charakterisieren eines Messobjektes, Figur 2 ein exemplarisches Eingangsstromsignal (Fig.2A) und dessen
Fouriertransformierte (Fig.2B), sowie ein exemplarisches Ausgangsspannungssignal (Fig.2C) und dessen Fouriertransformierte (Fig.2D),
Figur 3 ein Kontaktelement mit Kontaktelektrode in einer fest vorgegebenen
Geometrie, und
Figur 4 eine Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einer
Gleichspannungsquelle beim Charakterisieren eines Messobjektes, Figur 1 zeigt eine Messvorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform beim
Charakterisieren des elektrischen Widerstandes eines Messobjekts 3. Das
Messobjekt 3 liegt in Form einer Materialschicht vor und ist in einer Messobjekt- Aufnahme 4 bzw. Messobjekt-Halterung 4 der Messvorrichtung 1 aufgenommen bzw. gelagert. Die Messvorrichtung 1 weist eine elektrische Energiequelle 5 mit einem ersten Pol 7 und einem zweiten Pol 9 auf. Bei der Ausführung nach Figur 1 ist die Energiequelle 5 eine elektrische Wechselspannungsquelle 5, mittels derer eine elektrische
Wechselspannung bereitgestellt wird, sodass bei Vorliegen einer elektrisch
leitfähigen Verbindung zwischen dem ersten 7 und dem zweiten 9 Pol von der Wechselspannungsquelle 5 ein elektrischer Strom bereitgestellt wird, der als
Eingangsstrom bezeichnet wird. Da gemäß Figur 1 die Energiequelle 5 eine
Wechselspannungsquelle ist, ist der Eingangsstrom ein Wechselstrom. Die Messvorrichtung 1 weist eine Spannungsmesseinrichtung 11 mit einem ersten Messeingang 13 und einem zweiten Messeingang 15 auf. Die Spannungsmesseinrichtung 11 ist zum Erfassen der zwischen dem ersten 13 und dem zweiten 15 Messeingang vorliegenden elektrischen Spannung ausgebildet, die als Ausgangsspannung bezeichnet wird. Da gemäß Figur 1 der Eingangsstrom ein Wechselstrom ist, ist die Ausgangsspannung eine Wechselspannung. Die Messvorrichtung 1 weist zudem eine erste Kontaktelektrode 17, eine zweite Kontaktelektrode 19, eine dritte Kontaktelektrode 21 und eine vierte Kontaktelektrode 23 auf. Die Kontaktelektroden sind zum physischen und elektrischen Kontaktieren des Messobjekts 3 vorgesehen. Bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der Messvorrichtung 1 befinden sich– wie in Figur 1 dargestellt– die Kontaktelektroden 17, 19, 21 und 23 im physischen Kontakt mit dem Messobjekt 3, sodass das
Messobjekt 3 mittels der Kontaktelektroden elektrisch kontaktiert ist. Die Messvorrichtung 1 weist eine Schalteinrichtung 27 auf, die zwischen die
Energiequelle 5 und die Spannungsmesseinrichtung 11 einerseits und die
Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23 andererseits geschaltet ist. Die Messvorrichtung 1 weist einen ersten Anschlusskontakt 16, einen zweiten Anschlusskontakt 18, einen dritten Anschlusskontakt 20, und einen vierten Anschlusskontakt 22 auf, wobei die Anschlusskontakte 16, 18, 20, 22 z.B. an der Schalteinrichtung 27 ausgebildet sein können. Die Anschlusskontakte 16, 18, 20, 22 können z.B. als Anschlussbuchsen ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung 27 ist zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols 7, des zweiten Pols 9, des ersten Messeingangs 13 und des zweiten Messeingangs 15 einerseits mit je einem der vier
Anschlusskontakte 16, 18, 20, 22 andererseits ausgebildet. Jeder der
Anschlusskontakte ist mittels einer lösbaren elektrischen Verbindung (z.B. einer Steckverbindung) mit einer der Kontaktelektroden verbunden. Der erste
Anschlusskontakt 16 ist mit der ersten Kontaktelektrode 17 elektrisch verbunden, der zweite Anschlusskontakt 18 ist mit der zweiten Kontaktelektrode 19 elektrisch verbunden, der dritte Anschlusskontakt 20 ist mit der dritten Kontaktelektrode 21 elektrisch verbunden, und der vierte Anschlusskontakt 22 ist mit der vierten
Kontaktelektrode 23 elektrisch verbunden. Die Messvorrichtung 1 bzw. die
Schalteinrichtung 27 ist somit zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols 7, des zweiten Pols 9, des ersten Messeingangs 13 und des zweiten Messeingangs 15 einerseits mit je einer der vier Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23 andererseits ausgebildet. Die Schalteinrichtung 27 weist vier elektrische Eingangskontakte und vier elektrische Ausgangskontakte auf, nämlich einen ersten Eingangskontakt 29, einen zweiten Eingangskontakt 31, einen dritten Eingangskontakt 33, einen vierten
Eingangskontakt 35, einen ersten Ausgangskontakt 37, einen zweiten
Ausgangskontakt 39, einen dritten Ausgangskontakt 41 und einen vierten
Ausgangskontakt 43. Der erste Eingangskontakt 29 ist mit dem ersten Pol 7, der zweite Eingangskontakt 31 ist mit dem zweiten Pol 9, der dritte Eingangskontakt 33 ist mit dem ersten Messeingang 13, und der vierte Eingangskontakt 35 ist mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch verbunden. Der erste Ausgangskontakt 37 ist mit dem ersten Anschlusskontakt 16 (und somit mit der ersten Kontaktelektrode 17), der zweite Ausgangskontakt 39 ist mit dem zweiten Anschlusskontakt 18 (und somit mit der zweiten Kontaktelektrode 19), der dritte Ausgangskontakt 41 ist mit dem dritten Anschlusskontakt 20 (und somit mit der dritten Kontaktelektrode 21), und der vierte Ausgangskontakt 43 ist mit dem vierten Anschlusskontakt 22 (und somit mit der vierten Kontaktelektrode 23) elektrisch verbunden. Die Schalteinrichtung 27 ist zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines der Eingangskontakte 29, 31, 33, 35 mit je einem der Ausgangskontakte 37, 39, 41, 43 ausgebildet (in Figur 1 veranschaulicht durch die sich kreuzenden gestrichelten Linien, welche die
Funktionsweise der Schalteinrichtung 27 als Schaltmatrix veranschaulichen). Die Messvorrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass von ihr der elektrische Strom, der bei elektrischer Verbindung des ersten Pols 7 mit dem i-ten Anschlusskontakt bzw. der i-ten Kontaktelektrode und elektrischer Verbindung des zweiten Pols 9 mit dem ten Anschlusskontakt bzw. der ^^-ten Kontaktelektrode zwischen dem ersten Pol 7 und dem zweiten Pol 9 vorliegt, als Eingangsstromsignal erfasst wird (wobei
Zu diesem Zweck weist die Messvorrichtung 1 ein elektrisches
Widerstandsbauelement 45 auf, das auch als Messwiderstand 45 fungiert und bezeichnet wird. Der Messwiderstand 45 ist in Reihe zu dem ersten Pol 7 zwischen den ersten Pol 7 und die Anschlusskontakte 16, 18, 20, 22 (und somit auch zwischen den ersten Pol 7 und die Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23) geschaltet, insbesondere zwischen den ersten Pol 7 und die Schalteinrichtung 27. Vorliegend ist der
Messwiderstand 45 als Beispiel zwischen den ersten Pol 7 der Energiequelle 5 und den ersten Eingangskontakt 29 der Schalteinrichtung 27 geschaltet. Die Messvorrichtung 1 ist zum Erfassen der über dem Messwiderstand 45
abfallenden elektrischen Spannung als Messspannung und Ermitteln des
Eingangsstromsignales basierend auf der erfassten Messspannung ausgebildet.
Die Messvorrichtung 1 weist als Beispiel eine Stromsignalerzeugungseinrichtung 47 auf, die zum Abgreifen bzw. Erfassen der über dem Messwiderstand 45 abfallenden elektrischen Spannung und Ermitteln des dieser Spannung entsprechenden elektrischen Stromes als Eingangsstrom ausgebildet ist (z.B. indem das
Eingangsstromsignal gebildet wird als Quotient aus der Messspannung und dem bekannten Widerstandswert des Messwiderstandes 45). Das Eingangsstromsignal beschreibt den Eingangsstrom als Funktion der Zeit und wird daher auch als geschrieben, wobei ^^ die Zeit bezeichnet.
Gemäß der Ausführung nach Figur 1 weist die Messvorrichtung 1 zudem ein zweites elektrisches Widerstandsbauelement 49 auf, das in Reihe zu dem zweiten Pol 9 zwischen den zweiten Pol 9 und die Anschlusskontakte 16, 18, 20, 22 (und somit auch zwischen den zweiten Pol 7 und die Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23) geschaltet ist, insbesondere zwischen den zweiten Pol 9 und die Schalteinrichtung 27. Vorliegend ist das zweite Widerstandsbauelement 49 als Beispiel zwischen den zweiten Pol 9 der Energiequelle 5 und den zweiten Eingangskontakt 31 der
Schalteinrichtung 27 geschaltet. Der Widerstandswert des zweiten
Widerstandsbauelements 49 ist genauso groß wie der Widerstandswert des ersten Widerstandsbauelements 45, als Beispiel sind das erste Widerstandsbauelement 45 und das zweite Widerstandsbauelement 49 identisch zueinander ausgebildet. Auch das zweite Widerstandsbauelement 49 kann als Messwiderstand zum Erfassen des Eingangsstromsignales fungieren, wobei die die Messvorrichtung 1 zum Erfassen der über dem zweiten Widerstandsbauelement 49 abfallenden elektrischen Spannung als Messspannung und Ermitteln des Eingangsstromsignales ^^ ^^ ^^ basierend auf der erfassten Messspannung ausgebildet sein kann (in Figur 1 nicht dargestellt). Jedoch kann auch vorgesehen sein, das zweite Widerstandsbauelement 49 allein aus Symmetriegründen zusätzlich zu dem Messwiderstand 45 einzubringen. Aufgrund des elektrischen Eingangsstromes zwischen der i-ten und der j-ten Kontaktelektrode wird zwischen den beiden übrigen Kontaktelektroden, d.h.
zwischen der k-ten und der i-ten Kontaktelektrode, eine elektrische Spannung hervorgerufen Eine dieser beiden übrigen
Kontaktelektroden ist mit dem ersten Messeingang 13 der
Spannungsmesseinrichtung 11 elektrisch verbunden, die andere dieser beiden übrigen Kontaktelektroden ist mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch
verbunden. Die Messvorrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass von ihr die elektrische Spannung, die bei elektrischer Verbindung des ersten Messeingangs 13 mit der ^^-ten Kontaktelektrode und elektrischer Verbindung des zweiten Messeingangs 15 mit der ^^-ten Kontaktelektrode zwischen dem ersten Messeingang 13 und dem zweiten Messeingang 15 vorliegt, als Ausgangsspannungssignal erfasst wird. Das
Ausgangsspannungssignal beschreibt die Ausgangsspannung als Funktion der Zeit und wird daher auch als geschrieben, wobei ^^ die Zeit bezeichnet.
Die Messvorrichtung 1 ist mittels der Schalteinrichtung 27 zum Durchführen einer ersten, zweiten, dritten und vierten Messsequenz wie folgt ausgebildet. In der ersten Messsequenz ist:
- der erste Anschlusskontakt 16 (und somit auch die erste Kontaktelektrode 17) mit dem ersten Pol 7 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der erste Eingangskontakt 29 mit dem ersten Ausgangskontakt 37 elektrisch verbunden ist, - der zweite Anschlusskontakt 18 (und somit auch die zweite Kontaktelektrode 19) mit dem zweiten Pol 9 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der zweite Eingangskontakt 31 mit dem zweiten Ausgangskontakt 39 elektrisch verbunden ist,
- der dritte Anschlusskontakt 20 (und somit auch die dritte Kontaktelektrode 21) mit den ersten Messeingang 13 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der dritte Eingangskontakt 33 mit dem dritten Ausgangskontakt 41 elektrisch verbunden ist, und
- der vierte Anschlusskontakt 22 (und somit auch die vierte Kontaktelektrode 23) mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der vierte Eingangskontakt 35 mit dem vierten Ausgangskontakt 43 elektrisch verbunden ist,
- wobei der zwischen dem ersten 16 und dem zweiten 18 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der ersten 17 und der zweiten 19 Kontaktelektrode) vorliegende
Eingangsstrom als erstes Eingangsstromsignal ^^12 erfasst wird, und wobei die zwischen dem dritten 20 und dem vierten 22 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der dritten 21 und der vierten 23 Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als erstes Ausgangsspannungssignal ^^34 erfasst wird. In der zweiten Messsequenz ist:
- der dritte Anschlusskontakt 20 (und somit auch die dritte Kontaktelektrode 21) mit dem ersten Pol 7 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der erste Eingangskontakt 29 mit dem dritten Ausgangskontakt 41 elektrisch verbunden ist, - der vierte Anschlusskontakt 22 (und somit auch die vierte Kontaktelektrode 23) mit dem zweiten Pol 9 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der zweite Eingangskontakt 31 mit dem vierten Ausgangskontakt 43 elektrisch
verbunden ist,
- der zweite Anschlusskontakt 18 (und somit auch die zweite Kontaktelektrode 19) mit dem ersten Messeingang 13 elektrisch verbunden, indem von der
Schalteinrichtung 27 der dritte Eingangskontakt 33 mit dem zweiten Ausgangskontakt 39 elektrisch verbunden ist, und
- der erste Anschlusskontakt 16 (und somit auch die erste Kontaktelektrode 17) mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der vierte Eingangskontakt 35 mit dem ersten Ausgangskontakt 37 elektrisch verbunden ist,
- wobei der zwischen dem dritten 20 und dem vierten 22 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der dritten 21 und der vierten 23 Kontaktelektrode) vorliegende
Eingangsstrom als zweites Eingangsstromsignal erfasst wird, und wobei die
zwischen dem ersten 16 und dem zweiten 18 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der ersten 17 und der zweiten 19 Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als zweites Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
In der dritten Messsequenz ist:
- der zweite Anschlusskontakt 18 (und somit auch die zweite Kontaktelektrode 19) mit dem ersten Pol 7 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der erste Eingangskontakt 29 mit dem zweiten Ausgangskontakt 39 elektrisch verbunden ist,
- der erste Anschlusskontakt 16 (und somit auch die erste Kontaktelektrode 17) mit dem zweiten Pol 9 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der zweite Eingangskontakt 31 mit dem ersten Ausgangskontakt 37 elektrisch verbunden ist,
- der vierte Anschlusskontakt 22 (und somit auch die vierte Kontaktelektrode 23) mit dem ersten Messeingang 13 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der dritte Eingangskontakt 33 mit dem vierten Ausgangskontakt 43 elektrisch verbunden ist, und
- der dritte Anschlusskontakt 20 (und somit auch die dritte Kontaktelektrode 21) mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch verbunden indem von der Schalteinrichtung 27 der vierte Eingangskontakt 35 mit dem dritten Ausgangskontakt 41 elektrisch verbunden ist,
- wobei der zwischen dem zweiten 18 und dem ersten 16 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der zweiten 19 und ersten 17 Kontaktelektrode) vorliegende
Eingangsstrom als drittes Eingangsstromsignal erfasst wird, und wobei die
zwischen dem vierten 22 und dem dritten 20 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der vierten 23 und der dritten 21 Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als drittes Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
In der vierten Messsequenz ist:
- der vierte Anschlusskontakt 22 (und somit auch die vierte Kontaktelektrode 23) mit dem ersten Pol 7 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der erste Eingangskontakt 29 mit dem vierten Ausgangskontakt 43 elektrisch verbunden ist, - der dritte Anschlusskontakt 20 (und somit auch die dritte Kontaktelektrode 21) mit dem zweiten Pol 9 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der zweite Eingangskontakt 31 mit dem dritten Ausgangskontakt 41 elektrisch verbunden ist,
- der erste Anschlusskontakt 16 (und somit auch die erste Kontaktelektrode 17) mit dem ersten Messeingang 13 elektrisch verbunden, indem von der Schalteinrichtung 27 der dritte Eingangskontakt 33 mit dem ersten Ausgangskontakt 37 elektrisch verbunden ist, und
- der zweite Anschlusskontakt 18 ( und somit auch die zweite Kontaktelektrode 19) mit dem zweiten Messeingang 15 elektrisch verbunden, indem von der
Schalteinrichtung 27 der vierte Eingangskontakt 35 mit dem zweiten
Ausgangskontakt 39 elektrisch verbunden ist,
- wobei der zwischen dem vierten 22 und dem dritten 20 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der vierten 23 und der dritten 21 Kontaktelektrode) vorliegende
Eingangsstrom als viertes Eingangsstromsignal erfasst wird, und wobei die zwischen dem ersten 16 und dem zweiten 18 Anschlusskontakt (bzw. zwischen der ersten 17 und zweiten 19 Kontaktelektrode) vorliegende Spannung als viertes Ausgangsspannungssignal erfasst wird.
Bei der Ausführung nach Figur 1 ist die Energiequelle 5 zum Bereitstellen einer Wechselspannung ausgebildet, wobei die Wechselspannungsquelle 5 als Beispiel zum Bereitstellen einer harmonischen bzw. sinusförmigen Wechselspannung ausgebildet ist. Als Beispiel ist die Wechselspannungsquelle 5 derart ausgebildet, dass der erste Pol 7 und der zweite Pol 9 mit gegenphasigen Wechselspannungen bzw. Wechselspannungs-Potentialen beaufschlagt werden, sodass für die an dem ersten Pol 7 anliegende Wechselspannung ( ) und die an dem zweiten Pol 9 anliegende Wechselspannung (wie in Figur 1 durch die
gegeneinander um 180° phasenverschobenen Sinusverläufe veranschaulicht).
Alternativ dazu kann die Wechselspannungsquelle 5 derart ausgebildet sein (nicht dargestellt), dass einer der beiden Pole (z.B. der erste Pol 7) auf das Massepotential der Messvorrichtung 1 geschaltet ist, und dass der andere der beiden Pole (z.B. der zweite Pol 9) mit einem Wechselspannungs-Potential bzw. mit einer
Wechselspannung beaufschlagt wird (nicht dargestellt). Die Messvorrichtung 1 ist mittels der Auswerteeinrichtung 51 zum Ermitteln des Längswiderstandes und des Querwiderstandes des Messobjektes 3
basierend auf dem ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignal sowie basierend auf dem ersten, zweiten, dritten und vierten Ausgangsspannungssignal ausgebildet, wie nachfolgend näher erläutert. Gemäß der Ausführung nach Figur 1 ist die Messvorrichtung 1 zum
Fouriertransformieren des ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignals sowie zum Fouriertransformieren des ersten, zweiten, dritten und vierten
Ausgangsspannungssignals au sgebildet. Zudem ist die Messvorrichtung 1 zum Ermitteln des Längswiderstandes und des Querwiderstandes des
Messobjekts 3 basierend auf den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen und den fouriertransformierten Ausgangsspannungssignalen ausgebildet. Vorliegend werden als Beispiel die Eingangsstromsignale und die
Ausgangsspannungssignale ) als Analogsignale erfasst, diese Analogsignale digitalisiert und somit in Digitalsignale umgewandelt, und diese Digitalsignale mittels diskreter Fourier-Transformation (auch als DFT bezeichnet) fouriertransformiert. Dies kann z.B. realisiert sein, indem die Messvorrichtung 1 einen ersten Analog-Digital- Wandler ADC1 zum Umwandeln der Eingangsstromsignale in Digitalsignale und einen ersten Fourieranalysator DFT1 zum Fouriertransformieren der
digitalisierten Eingangsstromsignale mittels DFT aufweist, und indem die
Messvorrichtung 1 einen zweiten Analog-Digital-Wandler ADC2 zum Umwandeln der Ausgangsspannungssignale in Digitalsignale und einen zweiten
Fourieranalysator DFT2 zum Fouriertransformieren der digitalisierten
Ausgangsspannungssignale mittels DFT aufweist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 sowie die Fourieranalysatoren DFT1 und DFT2 (bzw. deren Funktionalität) in der Auswerteeinrichtung 51
implementiert sind. Die von der Energiequelle 5 bereitgestellte harmonische Wechselspannung führt zu harmonischen bzw. sinusförmigen Eingangsstromsignalen gemäß Gleichung
(11), d.h. das erste Eingangsstromsignal das zweite Eingangsstromsignal das dritte Eingangsstromsignal und das vierte Eingangsstromsignal können in
einer Form gemäß Gleichung (11) geschrieben werden. Figur 2A zeigt den zeitlichen Verlauf eines exemplarischen harmonischen
Eingangsstromsignals der Form
gemäß Gleichung (11). Figur 2B zeigt das zugehörige fouriertransformierte
Eingangsstromsigna , das in Form eines Frequenzbereichssignals vorliegt.
Figur 2C zeigt den zeitlichen Verlauf eines von dem Eingangsstromsignal hervorgerufenen exemplarischen Ausgangsspannungssignals , wobei Figur 2D das zugehörige fouriertransformierte Ausgangsspannungssignal zeigt, das in
Form eines Frequenzbereichssignals vorliegt und gemäß Gleichung (12) als gewichtete Summe mehrerer Harmonischenordnungen ^^ geschrieben werden kann. Vorliegend ist als Beispiel n = 1, 2, 3, sodass das Ausgangsspannungssignal geschrieben werden kann als
wobei der Einfachheit halber angenommen wurde, dass die Phasen Null sind.
Die harmonischenabhängigen Widerstandselemente ergeben sich anhand der
Gleichungen (13) bis (15), wobei vorliegend aufgrund der verschwindenden
Anfangsphasen der Imaginärteil der harmonischenabhängigen
Widerstandselemente verschwindet und die Widerstandselemente für n = 1, 2, 3 somit gegeben sind durch
Aus diesen harmonischenabhängigen Widerstandselementen können
wiederum gemäß den Gleichungen (16) und (17) oder gemäß den Gleichungen (18) und (19) der Längswiderstand und der Querwiderstand für
unterschiedliche Harmonischenordnungen n ermittelt werden. Dementsprechend ist bei der Ausführungsform nach Figur 1 die Auswerteeinrichtung 51 als Beispiel zum Auswerten der erfassten fouriertransformierten Eingangsstromsignale und der fouriertransformierten Ausgangsspannungssignale gemäß den Gleichungen (11) bis (15) ausgebildet, wobei der Längswiderstand und der Querwiderstand entweder gemäß den Gleichungen (16) und (17) oder gemäß den Gleichungen (18) und (19) ermittelt werden können. Da die Gleichungen (11) bis (19) für n = 1 den Gleichungen (2) bis (10) entsprechen, ist die Ausführungsform nach Figur 1 insbesondere auch zum Auswerten der erfassten Signale gemäß den Gleichungen (2) bis (10) ausgebildet. Die Messvorrichtung 1 ist zudem (z.B. mittels der Auswerteeinrichtung 51 bzw. eines darin implementierten Datenspeichers) zum Speichern der erfassten Eingangsstromsignale, der erfassten Ausgangsspannungssignale, und der ermittelten Widerstandswerte ausgebildet. Die Messvorrichtung 1 weist eine Messobjekt-Aufnahme 4 zum Lagern des
Messobjektes 3 auf. Jede der Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23 ist mit einer Spitze ausgebildet, wobei die Spitze als Kontaktstelle zum Kontaktieren des Messobjektes 3 fungiert. Die Messvorrichtung 1 ist derart ausgebildet, dass die erste 17, zweite 19, dritte 21 und vierte 23 Kontaktelektrode (bzw. deren Kontaktstellen) relativ zu der Messobjekt-Aufnahme 4 und dem Messobjekt 3 bewegbar sind (in Figur 1
veranschaulicht durch den Doppelpfeil 53). Bei der Ausführung nach Figur 1 weist die Messvorrichtung 1 ein Kontaktelement 55 auf, wobei die Kontaktelektroden 17, 19, 21, 23 in einer fest vorgegebenen Geometrie an dem Kontaktelement 55 fixiert sind. Das Kontaktelement 55 ist zusammen mit den Kontaktelektroden entlang der durch den Doppelpfeil 55 gekennzeichneten Bewegungsrichtung relativ zu der Messobjekt- Aufnahme 4 bewegbar. Bei der Ausführung nach Figur 1 sind die Kontaktelektroden in einer derartigen Geometrie an dem Kontaktelement 55 fixiert, dass die
Verbindungslinie zwischen der ersten 17 und der zweiten 19 Kontaktelektrode nicht parallel und nicht senkrecht zu der Verbindungslinie zwischen der dritten 21 und der vierten 23 Kontaktelektrode ist. Vorliegend sind die Kontaktelektroden als Beispiel derart angeordnet, dass die Kontaktelektroden (bzw. deren Kontaktstellen) die Eckpunkte eines ungleichseiteigen Rechtecks bilden, wobei sich die erste 17 und die zweite 19 Kontaktelektrode diagonal gegenüberliegen, und wobei sich die dritte 21 und vierte 23 Kontaktelektrode diagonal gegenüberliegen. Figur 3 veranschaulicht das Kontaktelement 55 mit den in Form eines ungleichseitigen Rechtecks
vorliegenden Kontaktelektroden 17, 19, 21 und 23. Figur 4 zeigt eine Messvorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Figur 1 ist bei der Ausführungsform nach Figur 4 die Energiequelle 5 als Gleichspannungsquelle 5 ausgebildet, von der zwischen den Polen 7 und 9 eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird. Somit ist bei der Ausführung nach Figur 4 der Eingangsstrom ein Gleichstrom. Die Messvorrichtung nach Figur 4 ist zum Durchführen der bereits mit Bezug auf die Figur 1 beschriebenen ersten, zweiten, dritten und vierten Messsequenz mit den entsprechenden Beschaltungskonfigurationen ausgebildet, insbesondere zum Erfassen des zugehörigen ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignals und zum Erfassen des ersten, zweiten, dritten und vierten
Ausgangsspannungssignals
Da die Messvorrichtung 1 nach Figur 4 mit einer Gleichspannung betrieben wird, kann hier eine Auswertung der erfassten Eingangsstromsignale und
Ausgangsspannungssignale ohne Fouriertransformation erfolgen. Im Unterschied zu der Ausführung nach Figur 1 können bei der Messvorrichtung 1 nach Figur 4 somit insbesondere die Analog-Digital-Wandler ADC1 und ADC2 sowie die
Fourieranalysatoren DFT1 und DFT2 entfallen. Zudem ist die Messvorrichtung 1 nach Figur 4 ohne das zweite Widerstandsbauelement 49 ausgebildet. Die Messvorrichtung 1 nach Figur 4 ist als Beispiel derart ausgebildet, dass von ihr in der jeweiligen Messsequenz mittels der Stromsignalerzeugungseinrichtung 47 das erste Eingangsstromsignal , das zweite Eingangsstromsigna das dritte
Eingangsstromsignal das vierte Eingangsstromsignal und mittels der
Spannungsmesseinrichtung 11 das erste Ausgansspannungssignal das zweite Ausgangsspannungssignal das dritte Ausgangsspannungssignal 3 und das vierte Ausgangsspannungssignal erfasst werden. Da gemäß Figur 4 der
Eingangsstrom ein Gleichstrom ist, ist die Ausgangsspannung eine Gleichspannung. Die Messvorrichtung 1 nach Figur 4 ist zum Ermitteln des Längswiderstandes und des Querwiderstandes des Messobjektes 3 basierend auf dem ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignal sowie basierend auf dem ersten, zweiten, dritten und vierten Ausgangsspannungssignal ausgebildet, wie nachfolgend näher erläutert. Gemäß der Ausführung nach Figur 4 ist die Messvorrichtung 1 gemäß nach Gleichung (1) zum Ermitteln des Quotienten U34/ I12 aus dem ersten
Ausgangsspannungssignal U34 und dem ersten Eingangsstromsignal I12 als ersten Widerstandswert R1234, zum Ermitteln des Quotienten U21/ I34 aus dem zweiten Ausgangsspannungssignal U21 und dem zweiten Eingangsstromsignal I34 als zweiten Widerstandswert R3421, zum Ermitteln des Quotienten U43/ I21 aus dem dritten
Ausgangsspannungssignal U43 und dem dritten Eingangsstromsignal I21 als dritten Widerstandswert R2143, und zum Ermitteln des Quotienten U12/I43 aus dem vierten Ausgangsspannungssignal U12 und dem vierten Eingangsstromsignal I43 als vierten Widerstandswert R4312 ausgebildet. Aus diesen Widerstandselementen ^ können wiederum gemäß den Gleichungen
(7) und (8) oder gemäß den Gleichungen (9) und (10) der Längswiderstand und der Querwiderstand ermittelt werden. Dementsprechend ist bei der
Ausführungsform nach Figur 4 die Auswerteeinrichtung 51 als Beispiel zum
Auswerten der erfassten Eingangsstromsignale und Ausgangsspannungssignale gemäß den Gleichungen (1) und (7) bis (10) ausgebildet, wobei der Längswiderstand und der Querwiderstand entweder gemäß den Gleichungen (7) und (8) oder gemäß den Gleichungen (9) und (10) ermittelt werden können. Im Unterschied zu der Messvorrichtung nach Figur 1 sind bei der Messvorrichtung nach Figur 4 die Kontaktelektroden17, 19, 21, 23 nicht mittels eines Kontaktelements fixiert, sondern relativ zueinander bewegbar (wobei auch gemäß Figur 4 die
Kontaktelektroden relativ zu der Messobjekt-Aufnahme 4 und dem Messobjekt 3 bewegbar sind). Ansonsten ist die Ausgestaltung der Messvorrichtung 1 gemäß Figur 4 identisch zu derjenigen gemäß Figur 1, sodass diesbezüglich auf die mit Bezug auf die
Ausführungsform nach Figur 1 gemachten Erläuterungen verwiesen wird. Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Messvorrichtung
3 Messobjekt
4 Messobjekt-Aufnahme / Messobjekt-Halterung
5 elektrische Energiequelle
7 erster Pol der Energiequelle
9 zweiter Pol der Energiequelle
11 Spannungsmesseinrichtung
13 erster Messeingang der Spannungsmesseinrichtung
15 zweiter Messeingang der Spannungsmesseinrichtung
16 erster Anschlusskontakt
17 erste Kontaktelektrode
18 zweiter Anschlusskontakt
19 zweite Kontaktelektrode
20 dritter Anschlusskontakt
21 dritte Kontaktelektrode
22 vierter Anschlusskontakt
23 vierte Kontaktelektrode
27 Schalteinrichtung
29 erster Eingangskontakt der Schalteinrichtung
31 zweiter Eingangskontakt der Schalteinrichtung
33 dritter Eingangskontakt der Schalteinrichtung
35 vierter Eingangskontakt der Schalteinrichtung
37 erster Ausgangskontakt der Schalteinrichtung
39 zweiter Ausgangskontakt der Schalteinrichtung
41 dritter Ausgangskontakt der Schalteinrichtung
43 vierter Ausgangskontakt der Schalteinrichtung
45 erstes elektrisches Widerstandsbauelement / Messwiderstand
47 Stromsignalerzeugungseinrichtung
49 zweites elektrisches Widerstandsbauelement / Messwiderstand 51 Auswerteeinrichtung
53 Bewegungsfreiheitsgrade der Kontaktelektroden / des Kontaktelements 55 Kontaktelement mit daran fixierten Kontaktelektroden I12 erstes Eingangsstromsignal
I34 zweites Eingangsstromsignal
I21 drittes Eingangsstromsignal
I43 viertes Eingangsstromsignal
U34 erstes Ausgangsspannungssignal
U21 zweites Ausgangsspannungssignal
U43 drittes Ausgangsspannungssignal
U12 viertes Ausgangsspannungssignal
U1, U2 gegenphasige Wechselspannungen / Wechselspannungs-Potentiale R1234 erstes Widerstandselement
R3421 zweites Widerstandselement
R2143 drittes Widerstandselement
R4312 viertes Widerstandselement
^^ ^^
^^ ^^ ^^ ^^ Widerstandselement zur Harmonischenordnung n
Rtrans Querwiderstand / Transversalwiderstand
Rlong Längswiderstand / Longitudinalwiderstand
^^ ^^
^^ ^^ ^^ ^^ Längswiderstand zur Harmonischenordnung n
^^ ^ ^ ^ ^ ^^ ^^ ^^ ^^ Querwiderstand zur Harmonischenordnung n
ADC1 erster Analog-Digital-Wandler
ADC2 zweiter Analog-Digital-Wandler
DFT1 erster Fourieranalysator
DFT2 zweiter Fourieranalysator

Claims

Patentansprüche 1. Messvorrichtung (1) zum Charakterisieren des elektrischen Widerstandes eines Messobjekts (3), aufweisend:
- eine elektrische Energiequelle (5) mit einem ersten Pol (7) und einem zweiten Pol (9) zum Bereitstellen eines elektrischen Stromes als Eingangsstrom,
- eine Spannungsmesseinrichtung (11) mit einem ersten Messeingang (13) und einem zweiten Messeingang (15) zum Erfassen einer elektrischen Spannung als Ausgangsspannung,
- mindestens einen ersten Anschlusskontakt (16) zum Anschließen einer ersten Kontaktelektrode (17), einen zweiten Anschlusskontakt (18) zum Anschließen einer zweiten Kontaktelektrode (19), einen dritten Anschlusskontakt (20) zum Anschließen einer dritten Kontaktelektrode (21), und einen vierten Anschlusskontakt (22) zum Anschließen einer vierten Kontaktelektrode (23), wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kontaktelektrode (17, 19, 21, 23) zum elektrischen Kontaktieren des
Messobjekts (3) vorgesehen sind,
- eine Schalteinrichtung (27), die zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines des ersten Pols (7), des zweiten Pols (9), des ersten Messeingangs (13) und des zweiten Messeingangs (15) einerseits mit je einem der vier Anschlusskontakte (16, 18, 20, 22) andererseits derart ausgebildet ist, dass
- die Messvorrichtung zum Durchführen mindestens einer ersten und einer zweiten Messsequenz ausgebildet ist, wobei
- in der ersten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der erste
Anschlusskontakt (16) mit einem der beiden Pole (7, 9), der zweite Anschlusskontakt (18) mit dem anderen der beiden Pole (9, 7), der dritte Anschlusskontakt (20) mit einem der beiden Messeingänge (13, 15), und der vierte Anschlusskontakt (22) mit dem anderen der beiden Messeingänge (15, 13) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als erstes Eingangsstromsignal (I12) erfasst wird, und wobei die zwischen dem dritten und dem vierten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als erstes
Ausgangsspannungssignal (U34) erfasst wird,
- in der zweiten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der dritte
Anschlusskontakt (20) mit einem der beiden Pole (7, 9), der vierte Anschlusskontakt (22) mit dem anderen der beiden Pole (9, 7), der erste Anschlusskontakt (16) mit einem der beiden Messeingänge (13, 15), und der zweite Anschlusskontakt (18) mit dem anderen der beiden Messeingänge (15, 13) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem dritten und dem vierten Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als zweites Eingangsstromsignal (I34) erfasst wird, und wobei die zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als zweites
Ausgangsspannungssignal (U21) erfasst wird, und
- wobei die Messvorrichtung (1) unter Einbeziehung des ersten und des zweiten Eingangsstromsignals sowie des ersten und des zweiten Ausgangsspannungssignals zum Ermitteln des Längswiderstandes (Rlong) des Messobjekts (3) ausgebildet ist.
2. Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messvorrichtung (1) unter
Einbeziehung des ersten und des zweiten Eingangsstromsignals sowie des ersten und des zweiten Ausgangsspannungssignals zum Ermitteln des Querwiderstandes (Rtrans) des Messobjekts (3) ausgebildet ist.
3. Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messvorrichtung (1) zusätzlich zu der ersten und zweiten Messsequenz zum Durchführen mindestens einer dritten und vierten Messsequenz ausgebildet ist, derart dass
- in der ersten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der erste
Anschlusskontakt (16) mit dem ersten Pol (7), der zweite Anschlusskontakt (18) mit dem zweiten Pol (9), der dritte Anschlusskontakt (20) mit dem ersten Messeingang (13), und der vierte Anschlusskontakt (22) mit dem zweiten Messeingang (15) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten
Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als erstes Eingangsstromsignal (I12) erfasst wird, und wobei die zwischen dem dritten und dem vierten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als erstes Ausgangsspannungssignal (U34) erfasst wird, - in der zweiten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der dritte
Anschlusskontakt (20) mit dem ersten Pol (7), der vierte Anschlusskontakt (22) mit dem zweiten Pol (9), der zweite Anschlusskontakt (18) mit dem ersten Messeingang (13), und der erste Anschlusskontakt (16) mit dem zweiten Messeingang (15) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem dritten und dem vierten
Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als zweites Eingangsstromsignal (I34) erfasst wird, und wobei die zwischen dem zweiten und dem ersten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als zweites Ausgangsspannungssignal (U21) erfasst wird, - in der dritten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der zweite
Anschlusskontakt (18) mit dem ersten Pol (7), der erste Anschlusskontakt (16) mit dem zweiten Pol (9), der vierte Anschlusskontakt (22) mit dem ersten Messeingang (13), und der dritte Anschlusskontakt (20) mit dem zweiten Messeingang (15) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem zweiten und dem ersten
Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als drittes Eingangsstromsignal (I21) erfasst wird, und wobei die zwischen dem vierten und dem dritten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als drittes Ausgangsspannungssignal (U43) erfasst wird, - in der vierten Messsequenz mittels der Schalteinrichtung (27) der vierte
Anschlusskontakt (22) mit dem ersten Pol (7), der dritte Anschlusskontakt (20) mit dem zweiten Pol (9), der erste Anschlusskontakt (16) mit dem ersten Messeingang (13), und der zweite Anschlusskontakt (18) mit dem zweiten Messeingang (15) elektrisch verbunden ist, wobei der zwischen dem vierten und dem dritten
Anschlusskontakt vorliegende Eingangsstrom als viertes Eingangsstromsignal (I43) erfasst wird, und wobei die zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlusskontakt vorliegende Spannung als viertes Ausgangsspannungssignal (U12) erfasst wird, und - wobei die Messvorrichtung (1) unter Einbeziehung des ersten, zweiten, dritten und vierten Eingangsstromsignals sowie des ersten, zweiten, dritten und vierten
Ausgangsspannungssignals zum Ermitteln des Längswiderstandes (Rlong) und/oder des Querwiderstandes (Rtrans) des Messobjekts (3) ausgebildet ist.
4. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messvorrichtung (1) zum Ermitteln eines ersten Widerstandswertes (R1234) aus dem ersten
Ausgangsspannungssignal (U34) und dem ersten Eingangsstromsignal (I12), zum Ermitteln eines zweiten Widerstandswertes (R3421) aus dem zweiten
Ausgangsspannungssignal (U21) und dem zweiten Eingangsstromsignal (I34), sowie zum Ermitteln des Längswiderstandes (Rlong) und/oder des Querwiderstandes (Rtrans) des Messobjekts (3) basierend auf dem ersten und dem zweiten Widerstandswert ausgebildet ist.
5. Messvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Messvorrichtung zum Ermitteln eines ersten Widerstandswertes (R1234) aus dem ersten Ausgangsspannungssignal (U34) und dem ersten Eingangsstromsignal (I12), zum Ermitteln eines zweiten
Widerstandswertes (R3421) aus dem zweiten Ausgangsspannungssignal (U21) und dem zweiten Eingangsstromsignal (I34), zum Ermitteln eines dritten
Widerstandswertes (R2143) aus dem dritten Ausgangsspannungssignal (U43) und dem dritten Eingangsstromsignal (I21), zum Ermitteln eines vierten Widerstandswertes (R4312) aus dem vierten Ausgangsspannungssignal (U12) und dem vierten
Eingangsstromsignal (I43), sowie zum Ermitteln des Längswiderstandes (Rlong) und/oder des Querwiderstandes (Rtrans) des Messobjekts (3) basierend auf dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Widerstandswert ausgebildet ist.
6. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Messvorrichtung (1) eine erste Kontaktelektrode (17), eine zweite Kontaktelektrode (19), eine dritte Kontaktelektrode (21) und eine vierte Kontaktelektrode (23) zum elektrischen
Kontaktieren des Messobjekts (3) aufweist, wobei die erste Kontaktelektrode (17) an den ersten Anschlusskontakt (16) angeschlossen ist, die zweite Kontaktelektrode (19) an den zweiten Anschlusskontakt (18) angeschlossen ist, die dritte
Kontaktelektrode (21) an den dritten Anschlusskontakt (20) angeschlossen ist und die vierte Kontaktelektrode (23) an den vierten Anschlusskontakt (22) angeschlossen ist.
7. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Eingangsstrom ein Wechselstrom ist.
8. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Messvorrichtung zum Fouriertransformieren der von der Messvorrichtung (1) erfassten
Eingangsstromsignale (Iij) und/oder Ausgangsspannungssignale (Ukl) ausgebildet ist.
9. Messvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Messvorrichtung (1) basierend auf den fouriertransformierten Eingangsstromsignalen und/oder den
fouriertransformierten Ausgangsspannungssignalen zum Charakterisieren des Längswiderstandes (Rlong) und/oder des Querwiderstandes (Rtrans) des Messobjekts (3) ausgebildet ist.
10. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
- die Schalteinrichtung (27) mindestens einen ersten (29), einen zweiten (31), einen dritten (33) und einen vierten (35) elektrischen Eingangskontakt und mindestens einen ersten (37), einen zweiten (39), einen dritten (41) und einen vierten (43) elektrischen Ausgangskontakt aufweist,
- wobei der erste Eingangskontakt (29) mit dem ersten Pol (7), der zweite
Eingangskontakt (31) mit dem zweiten Pol (9), der dritte Eingangskontakt (33) mit dem ersten Messeingang (13), und der vierte Eingangskontakt (35) mit dem zweiten Messeingang (15) elektrisch verbunden ist,
- wobei der erste Ausgangskontakt (37) mit dem ersten Anschlusskontakt (16), der zweite Ausgangskontakt (39) mit dem zweiten Anschlusskontakt (18), der dritte Ausgangskontakt (41) mit dem dritten Anschlusskontakt (20), und der vierte
Ausgangskontakt (43) mit dem vierten Anschlusskontakt (22) elektrisch verbunden, und
- wobei die Schalteinrichtung (27) zum variablen paarweisen elektrischen Verbinden je eines der Eingangskontakte (29, 31, 33, 35) mit je einem der Ausgangskontakte (37, 39, 41, 43) ausgebildet ist.
11. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die elektrische Energiequelle (5) eine Wechselspannungsquelle ist, und wobei die
Wechselspannungsquelle zum Beaufschlagen des ersten (7) und des zweiten (9) Pols mit gegenphasigen Wechselspannungen (U1, U2) ausgebildet ist.
12. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Messvorrichtung (1) mindestens ein Widerstandsbauelement (45, 49) aufweist, das in Reihe zu einem der beiden Pole (7, 9) der Energiequelle (5) zwischen diesen Pol und die
Anschlusskontakte (16, 18, 20, 22) geschaltet ist.
13. Messvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Messvorrichtung zwei
Widerstandsbauelemente (45, 49) mit gleich großem Widerstandswert aufweist, wobei das erste (45) dieser beiden Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem ersten Pol (7) der Energiequelle (5) zwischen den ersten Pol (7) und die Anschlusskontakte (16, 18, 20, 22) geschaltet ist, und wobei das zweite (49) dieser beiden
Widerstandsbauelemente in Reihe zu dem zweiten Pol (9) der Energiequelle (5) zwischen den zweiten Pol (9) und die Anschlusskontakte (16, 18, 20, 22) geschaltet ist.
14. Messvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Messvorrichtung (1) zum Erfassen der über mindestens einem der Widerstandsbauelemente (45) abfallenden Spannung als Messspannung und Ermitteln der Eingangsstromsignale (Iij) basierend auf der erfassten Messspannung ausgebildet ist.
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