Измерение малых сопротивлений: методы и устройства для точных измерений

Как точно измерить малые сопротивления менее 1 Ома. Какие существуют методы измерения малых сопротивлений. Какие приборы используются для измерения малых сопротивлений. Как устранить погрешности при измерении малых сопротивлений. Как сделать приставку для измерения малых сопротивлений.

Методы измерения малых сопротивлений

Измерение малых сопротивлений (менее 1 Ома) связано с рядом технических сложностей. Существует несколько основных методов для точного измерения малых сопротивлений:

• Четырехпроводной (метод Кельвина)
• Метод обращения тока
• Дельта-метод
• Мостовой метод
• Косвенный метод (измерение падения напряжения)

Рассмотрим подробнее каждый из этих методов и их особенности.

Четырехпроводной метод измерения

Четырехпроводной метод (также называемый методом Кельвина) позволяет исключить влияние сопротивления измерительных проводов на результат измерения. Принцип работы:

1. Через измеряемое сопротивление пропускается известный ток от источника тока по двум проводам.
2. Падение напряжения на сопротивлении измеряется отдельной парой проводов.
3. Сопротивление вычисляется по закону Ома: R = U / I.

Преимущества четырехпроводного метода:

• Исключается влияние сопротивления измерительных проводов
• Позволяет измерять очень малые сопротивления (до долей микроОм)
• Высокая точность измерений

Метод обращения тока

Метод обращения тока позволяет компенсировать термоэлектрические ЭДС, возникающие в измерительной цепи. Принцип работы:

1. Проводится измерение при прямом направлении тока
2. Проводится измерение при обратном направлении тока
3. Результаты усредняются, компенсируя термоЭДС

Это позволяет повысить точность измерений малых сопротивлений. Недостатком является необходимость проведения двух измерений.

Дельта-метод измерения сопротивлений

Дельта-метод является улучшенной версией метода обращения тока. Он позволяет компенсировать не только постоянную составляющую термоЭДС, но и ее дрейф. Принцип работы:

1. Проводится три измерения с чередованием полярности тока
2. Результат вычисляется по специальной формуле

Дельта-метод обеспечивает более высокую точность по сравнению с простым обращением тока, особенно при наличии дрейфа термоЭДС.

Мостовой метод измерения сопротивлений

Мостовой метод основан на сравнении измеряемого сопротивления с образцовым. Существуют различные схемы мостов:

• Мост постоянного тока
• Мост переменного тока
• Двойной мост

Преимущества мостового метода:

• Высокая точность измерений
• Возможность измерять очень малые сопротивления
• Нет необходимости в точном источнике тока

Недостатком является сложность схемы и необходимость в образцовых резисторах.

Косвенный метод измерения сопротивлений

Косвенный метод основан на измерении падения напряжения на резисторе при пропускании через него известного тока. Сопротивление вычисляется по закону Ома. Особенности метода:

• Простота реализации
• Подходит для измерения малых сопротивлений
• Требуется точный источник тока
• Необходим вольтметр с высокой чувствительностью

Этот метод часто используется в самодельных приставках для измерения малых сопротивлений.

Приборы для измерения малых сопротивлений

Для точного измерения малых сопротивлений используются специализированные приборы:

• Микроомметры — позволяют измерять сопротивления от долей микроОм
• Нановольтметры с источником тока — для измерения сверхмалых сопротивлений
• Прецизионные цифровые мультиметры с функцией измерения малых сопротивлений
• Измерительные мосты постоянного и переменного тока

Выбор прибора зависит от требуемого диапазона измерений и необходимой точности.

Источники погрешностей при измерении малых сопротивлений

При измерении малых сопротивлений необходимо учитывать следующие источники погрешностей:

• Сопротивление измерительных проводов
• Термоэлектрические ЭДС
• Контактные сопротивления
• Шумы (тепловой, магнитный и др.)
• Саморазогрев измеряемого резистора
• Синфазные токи

Для повышения точности измерений применяются специальные методики и схемотехнические решения.

Приставка для измерения малых сопротивлений

Для самостоятельного изготовления приставки к мультиметру для измерения малых сопротивлений можно использовать следующую схему:

• Источник стабильного тока на основе операционного усилителя
• Усилитель для измерения падения напряжения
• Схема калибровки

Такая приставка позволит измерять сопротивления до долей Ома с помощью обычного мультиметра.

Рекомендации по измерению малых сопротивлений

Для повышения точности измерений малых сопротивлений рекомендуется:

• Использовать четырехпроводную схему подключения
• Применять методы компенсации термоЭДС
• Использовать экранирование для уменьшения наводок
• Проводить измерения при стабильной температуре
• Учитывать саморазогрев измеряемого резистора
• Калибровать измерительную систему по образцовым резисторам

Соблюдение этих рекомендаций позволит повысить точность измерений малых сопротивлений.

Делаем приставку для измерения малых сопротивлений / Хабр

На новогодних каникулах решил порукодельничать и попаять. Предлагаю к повторению несложную конструкцию. Попутно разберёмся в принципе её работы.

Но вначале поговорим о косвенном способе измерения сопротивления. Представьте, стоит задача измерить сопротивление резистора без использования омметра.

Взгляните на простую схему: слева батарейка, вверху исследуемый резистор Rx, последовательно включённый амперметр и переменный резистор на один килоом.

Вращая ручку резистора, добиваемся тока в цепи, равного 10 мA. Обратите внимание, что напряжение батареи (или блока питания) не играет принципиальной роли и может быть около 5-9 вольт, главное — точно отрегулировать ток в цепи.

Внимание! Если вы хотите повторить цепь в реальности, то возьмите резистор с сопротивлением порядка нескольких сотен Ом (150-300 идеально), и обязательно включайте амперметр начиная с самого большого предела измерений (например, 2 ампера). До первого включения установите положение ручки потенциометра примерно посередине. Если вы что-то напутаете, есть риск необратимо повредить прибор большим током! Я в юности сжёг катушку измерительного прибора за мгновение ока и это было очень обидно.

Хотя некоторые современные цифровые приборы имеют в своём составе плавкий предохранитель, не стоит рисковать. Перепроверьте схему добросовестно.

Если у вас нет приборов, не беда. Можете открыть эту схему в симуляторе.

Теперь, не размыкая цепь, измерим вольтметром напряжение, которое создаётся протекающим током на исследуемом резисторе. Вот так:

Прибор показывает значение 3,266 Вольт. Вспомним закон Ома из школьного курса физики и применим его.

R=U/I U=3,266 I=0.01 (так как 10 мA = 0.01 A) Подставляем и получаем: R=326,6 Ом

Если подсоединить щупы вольтметра к клеммам реального амперметра, то узнаем какое напряжение падает на нём и его внутреннее сопротивление. Проделайте этот опыт и узнаете R внут. своего прибора на разных пределах. (Помните о риске порчи прибора на малых пределах измерения!) Учтите, в симуляторе амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление.

Такие простые и примитивные опыты многими начинающими радиолюбителями незаслуженно обесцениваются. Я и сам так считал поначалу, за что поплатился серьёзными пробелами в знаниях, которые в итоге привели к многолетним заблуждениям.

Этот опыт продемонстрировал принцип работы приставки для измерения малых сопротивлений. Если есть источник тока с внутренней автоматической регулировкой, то мы получаем возможность измерять сопротивление по напряжению участка цепи.

Если вы поймали дискомфорт от фразы «ток создаёт напряжение на резисторе» не спешите негодовать, т.к. этот контринтуитивный момент я постараюсь подробнейшим образом осветить в другой статье, пока просто примите это как данность 🙂

▍ Схема и работа приставки

Схему, которую предлагаю повторить нашёл в журнале «Радио» №2 1998 год.

Автор S.Owsiak

Я немного её переделал под имеющиеся в наличии детали, заменил микросхему операционного усилителя на LM358 и транзистор КТ817 или КТ815 (можете использовать любой мощный n-p-n транзистор с цоколёвкой эмиттер, коллектор, база в корпусе ТО220). А еще убрал переключатель и предел измерения в 20 Ом. Чтобы упростить.

Но прежде давайте разберёмся как схема работает. Я перерисовал её для симулятора, упростив, но сохранив принципиальную суть:

Сначала посмотрите на левую часть, которая представляет собой резистивный делитель напряжения. Он питается стабилизированным напряжением +5V, которое даёт микросхема 78L05. Суть её работы можно грубо описать так. На вход подаётся напряжение, которое выше напряжения стабилизации, на входе получаем стабилизированные пять вольт. Всё что выше порога стабилизации микросхема как бы «обрезает», рассеивает в виде тепла в окружающее пространство.

Стабилизированное напряжение делителем «разделяется» на две части, из которых используется малая в один вольт. Это напряжение можно считать опорным, не зависящим от внешних условий. Микросхема 78L05 питает и операционный усилитель.

Важно понять, что точность работы схемы задаётся линейным стабилизатором. Благодаря обратной связи, ток через измеряемое сопротивление Rx не зависит от напряжения источника питания всей схемы, которое может быть 8-24 вольт.

▍ Обратная связь

Теперь рассмотрим цепь «источник питания – Rx – силовой транзистор – резистор на 10 Ом». Ток, протекающий по этому пути, создаёт напряжение на всех элементах цепи. Но нас интересует напряжение на резисторе 10 ом, который в схеме выполняет роль датчика тока.

Предположим, что Rx изменил сопротивление и возросший ток через датчик создал на нём напряжение выше чем 1 вольт. Это приведёт к тому, что напряжение на инвертирующем входе (тот, что со знаком минус) станет выше чем опорное (на неинвертирующем входе, тот что со знаком плюс) это вызовет снижение сигнала на выходе ОУ. Что повлечёт уменьшение тока втекающего в базу транзистора, до того как напряжение на обоих входах ОУ сравняется.

Работа этой цепи похожа на работу механического устройства под названием центробежный регулятор.

Фото: Mirko Junge, Science Museum London, источник фонд Wikimedia

Суть его работы. На вращающейся оси имеются грузы, которые насажены на рычаги. При увеличении количества оборотов грузы под действием центробежной силы расходятся и через шарниры усилие передаётся на дроссельную заслонку двигателя, сбавляя обороты.

Видеофрагмент работы центробежных регуляторов, там английский закадровый голос, но есть русские субтитры.

Система охвачена обратной связью таким образом, чтобы стабилизировать параметры на некотором уровне, заданном разработчиком конструкции.

▍ Операционный усилитель

Тут важно в общих чертах рассказать принцип работы ОУ. Надеюсь, что у меня получится сделать это корректно и без ошибок, так как я сам любитель.

Операционный усилитель это особое устройство, оформленное в виде микросхемы, характеризуется высоким коэффициентом усиления и наличием дифференциального входа.

Размышлял как наглядно представить дифференциальный вход ОУ. И кажется нашёл хорошую аналогию. Представьте прямой велосипедный руль. Воображаемая модель от реального руля отличается тем, что малейшее отклонение в сторону от прямого положения мгновенно поворачивает колесо на максимальный угол.

Наверняка вы катались на настоящем велосипеде, и знаете, что если тянуть за оба конца руля с одинаковой силой, то колесо не будет поворачивать. То же верно, если изо всех сил толкать обе ручки от себя. Но, если толкающие и тянущие силы будут отличаться, руль повернётся.

Повернуть колесо можно используя только давление на руль, либо, наоборот только притяжение к себе. При должной сноровке можно рулить, держась через два отрезка верёвки. Либо толкая его двумя палочками (я пробовал оба варианта 🙂

Руль велосипеда является чем-то вроде механического аналога дифференциального входа ОУ и позволяет понять принцип работы в общих чертах. Но пожалуйста, не останавливайтесь на этой примитивной аналогии, я призываю вас самостоятельно углубиться в изучение этого замечательного класса устройств.

Хорошее мнемоническое правило: ОУ устанавливает на выходе сигнал «+» (плюсовой уровень питания схемы, он же VCC) если на его входе со знаком «+» напряжение выше, чем на входе со знаком «-». Верно и обратное. Если на инвертирующем входе сигнал выше, чем на противоположном, то выход становится с потенциалом «минус питания».

Схема имеет цепочку обратной связи, которая позволяет ОУ выравнивать напряжения на своих входах, действуя через выход и цепочку ОС. То есть ОУ «рулит» транзистором таким образом, чтобы результирующий ток создавал на десятиомном резисторе напряжение в 1 вольт. По закону Ома легко посчитать, что этот ток будет равен 100 mA. За эталон ОУ берёт сигнал со своего прямого входа, куда подключен выход делителя.

Реальные радиодетали имеют разброс параметров. Усиливающие свойства транзисторов могут «плавать» из-за температуры. Но благодаря схемотехнике ОУ как бы постоянно мониторит напряжение на входах и «поддаёт газку» когда ток через нагрузку недостаточный или наоборот «прикрывает» транзистор, когда ток слишком большой. Да простят меня настоящие инженеры за столь вольное изложение. Статья рассчитана на тех, кто только начал свой путь в электронику или не собирается заниматься ей профессионально, получая удовольствие от неё как от хобби (как я).

Так как резистор, что использован в схеме, будет слегка отличаться от ровных 10 ом. К тому же ток, выходящий с эмиттера транзистора, будет складываться из двух токов. Коллекторного (что прошёл через Rx) и слабого базового. Для компенсации устройство требует калибровки.

Для этого вместо Rx устанавливается амперметр и подстроечным многооборотным резистором устанавливается значение протекающего тока ровно в 100 mA. Как и описано в статье в журнале «Радио».

Я использовал сразу два прибора, включённые последовательно: огромный лабораторный стрелочный М2018 (купленный на «авито» за 600 р. 🙂 и советский В7-41 который мне подарил отец.

Показания различаются незначительно, но я решил довериться электронному прибору, т. к. стрелочный давал слегка разные (буквально на толщину стрелки) на различных пределах. При неизменных показаниях цифрового. Считаю что точность для радиолюбительского применения достаточная.

Если у вас нет приборов и возможности собрать схему, то предлагаю её модель в симуляторе.

▍ Сборка и пайка

Я перерисовал схему в китайском браузерном инструменте для разводки плат EasyEDA и в ней же создал плату, адаптированную для сборки на макетке.

Обратите внимание, что в данной микросхеме два ОУ, у второго оба входа «посажены» на землю, чтобы он не ловил наводки и не переключался хаотично.

Предложите, пожалуйста, как применить второй ОУ. Я хочу использовать его и расширить функции прибора, а также сделать схему на два предела измерений, как в оригинальной. Может быть сделать из него регулируемый источник тока, чтобы можно было питать и проверять светодиоды и лазерные диоды? Что думаете?

Для удобства сборки отразил плату зеркально, так она будет видна со стороны выводов. Синие дорожки паяются из зачищенного одножильного медного провода, а красные из изолированного. Я люблю МГТФ (с тефлоновой изоляцией) он отлично лудится прекрасно изгибается и имеет тонкую изоляцию, которая не оплавляется при пайке.

При установке транзистора ориентируйтесь на контактную площадку квадратной формы, так обозначается первый вывод. Если держать транзистор маркировкой к себе, то первый вывод (эмиттера) будет слева. У трехногой микросхемы стабилизатора так же. У микросхемы LM358 первый вывод отмечен точкой на корпусе. При взгляде сверху выводы отсчитываются против часовой стрелки. Если кому-то нужен *.gerber платы — сообщите.

Кстати, вы можете не ставить конденсаторы, светодиод и его токоограничивающий резистор. На работу схемы эти детали не влияют. Диод служит для защиты прибора от перенапряжения в моменты, когда отключена нагрузка Rx. Принцип работы защиты в том, что малоомная нагрузка шунтирует диод, который перестаёт проводить ток при напряжении на нём меньше чем 0,6-0,8 вольт.

Если вы не понимаете как это, я подготовил небольшую схему для симулятора, попробуйте позамыкать переключатель и посмотреть на график вольт-амперной характеристики диода в эти моменты.

Измерение сопротивления приставкой нужно производить на пределе измерения прибора равном 200 милливольт (mV). Один милливольт будет равняться одному миллиому или одной тысячной доле ома.

Щупы вольтметра нужно подключать непосредственно к точке подключения «крокодилов» прибора, чтобы в измеряемую цепь не входило сопротивление проводов, по которым от приставки подключается Rx.

К слову сказать, именно по этой причине некоторые высокоточные измерительные резисторы имеют четыре вывода. Казалось бы, абсурд. Но нет, по двум противоположным выводам подаётся ток, а с двух других снимается напряжение, чтобы в измерительный отрезок цепи не включалось сопротивление выводов. Также существуют и SMD аналоги подобного четырехпроводного подключения.

Смотрите какой красавец. Из коллекции автора.

▍ Советы по сборке

Если вы только начинаете свой путь, я хочу дать вам немного советов, как избежать негативных эмоций и ошибок при сборке и наладке схем.

1. При подборе деталей проверяйте каждую на работоспособность и на соответствие номиналу. Лучший прибор помощник радиолюбителя это «транзистор-тестер», который недорог и заменяет сразу несколько приборов. Рекомендую брать GM328A. Он может измерять сопротивление, ёмкость, индуктивность, напряжение до 50V, частоту. Может работать как сигнал-генератор и генератор ШИМ сигнала. Он сам определит цоколёвку и параметры диода, транзисторов (полевых, биполярных), некоторых стабилитронов, тиристоров.
   
2. Собирайте детали проекта по мере их появления у вас в отдельную ёмкость с крышкой.
   
3. Перед впаиванием деталей в плату проверяйте их номинал. Я целый день провозился с данной схемой прежде чем обнаружил ошибку — перепутанные резисторы делителя.
   
4. Старайтесь искать ошибки в схеме утром, отдохнувшим. Порой, они очень простые, но в истощённом состоянии мозг их не замечает. Так вы будете испытывать меньше негативных эмоций при работе и отладке.
   
5. Монтажный провод для макетирования легко добыть из ненужных кусков витой пары, главное, чтобы он был медным, а не обмеднёеным алюминиевым. Его очень удобно очищать от окислов абразивной губкой для маникюра, которая продаётся в косметических магазинах. Свежезачищенный идеально лудится и легко паяется.
   
6. Берегите пальцы от ожогов. Они не должны страдать! Там, где хроническая травматизация и воспаление, там онкологические заболевания. Используйте пинцет.
   

Вот что получилось у меня. Пайка не идеальная, но я планирую разобрать эту плату и сделать заводскую печатную плату и корпус. Я поделюсь всеми наработками, как доделаю и решу, как поступить со вторым ОУ в микросхеме. Чего добру пропадать, верно?

Буду рад, если вдохновлю вас энтузиазмом и вы проведёте выходные с удовольствием, а так же узнаете что-то новое.

Точное измерение малых сопротивлений. — Радиомастер инфо

18.05.202017.05.2020 от admin

Метод применяется в измерениях сопротивлений малой величины, доли Ом, при проверке и изготовлении шунтов, датчиков тока, ремонте измерительных приборов и т.д.

В качестве примера ниже показана часть схемы электроизмерительного прибора с применением точных резисторов, их номиналов и допусков:

Обычным мультиметром, даже цифровым, измерить сопротивление до сотых, а то и тысячных долей Ом невозможно.

Существуют специальные приборы для точного измерения сопротивлений реализованные на принципе баланса моста. Но они мало у кого есть и специально приобретать их не выгодно.

Косвенный метод точного измерения сопротивлений по падению напряжения в большинстве случаев может заменить измерительный мост и легко реализуется. Нужно собрать такую схемку (показана ниже), произвести измерения тока и падения напряжения на измеряемом сопротивлении и по закону Ома определить его номинал.

Дело в том, что цифровые мультиметры измеряют напряжение до довольно точных значений. Мы без труда можем измерить напряжение до единиц милливольт. Напряжение источника питания может быть любым. Подстроечный резистор R нужен для установки тока допустимого значения и удобного для расчета.

Если проверяемый резистор мощный можно выставить ток 1А. В этом случае при показаниях вольтметра 0,33В сопротивление R_х будет равно 0,33 Ом. При таких значениях тока мощность, рассеиваемая на проверяемом резисторе будет равна 1А × 0,33В = 0,33Вт. Эта мощность должна быть меньше указанной на резисторе. При практической проверке были получены значения, указанные на фото ниже:

При токе 1,01А и падении напряжения 0,327В сопротивление проверяемого резистора равно:

0,327В : 1,01А = 0,324 Ом. На проверяемом резисторе указан номинал 0,33 Ом и допуск ±1%. У нас получилось 0,324 : 0,33 =0,982. Это 1,8% что почти в два раза больше 1%. Причина видимо в том, что при таком методе измерения использовались два прибора, амперметр и вольтметр. У каждого из них своя точность и в результате измерения мы получили точность хуже, чем допуск на проверяемом резисторе.

Если за основу измерения брать другой способ, а именно, сравнивать падение напряжения на образцовом резисторе с падением напряжения на проверяемом резисторе. Резисторы соединяются последовательно. Через низ протекает один и тот же ток. Чем больше ток, тем выше будет точность. Главное условие, мощность, рассеиваемая на резисторах не должна превышать допустимую. Соотношение падений напряжений на резисторах в точности будет равно соотношению их сопротивлений. Допустимое отклонение образцового резистора должно быть наименьшим. В идеале 0,1% и менее. Величина его сопротивления максимально приближена к сопротивлению проверяемого резистора. Образцовые резисторы нескольких номиналов можно взять из старых неисправных измерительных приборов. Для примера я измерил сопротивление того же резистора 0,33 Ом используя как образцовый резистор 0,68 Ом ±1%. Схема измерения показана ниже. Вначале измерил падение напряжения на образцовом резисторе R_o.

Затем, тем же вольтметром измерил падение напряжения на проверяемом резисторе R_x.

Отношение падений напряжений на резисторах будет равно отношению их сопротивлений и отсюда легко определить величину сопротивления проверяемого резистора R_x.

 

Другими словами, если напряжение на проверяемом резисторе R_x в 10 раз меньше, чем напряжение на образцовом резисторе R_o, то и сопротивление проверяемого резистора в 10 раз меньше сопротивления образцового резистора. При этом мы не измеряли ток и для определения падения напряжения использовали один и тот же вольтметр, который в двух случаях имел одинаковую точность. При таком методе точность измерения сопротивления проверяемого резистора в основном будет определяться точностью (допуском) образцового резистора. На практике это выглядит так:

116,9 : 19,3 = 6,057 раз напряжение на образцовом резисторе 2 Ом больше напряжения на проверяемом резисторе 0,33 Ом. Значит и сопротивление проверяемого резистора в 6,057 раз меньше сопротивления образцового резистора:

2 Ом : 6,057 = 0,3302 Ом

Это на 0,06% отличается от указанного на нем с 1% точностью номинала 0,33 Ом. В первом методе измерения сопротивлений мы получили отклонение 1,8%. Последний метод имеет явные преимущества.

Ну и еще для примера я измерил этим методом сопротивление кусочка проводника из нихрома:

На образцовом резисторе падение напряжения 116,8 Ом. При падении напряжения на куске нихрома 4,9мВ его сопротивление будет равно:

2 Ом : (116,8:4,9) = 0,08389 Ом.

При изготовлении датчиков тока и шунтов из проводов важно учитывать изменение сопротивления проводников в зависимости от температуры. Например, у меди температурная зависимость в 26 раз выше, чем у нихрома. Это значит, если изготовить датчик тока из меди, то показания тока будут сильно зависеть от температуры. Ниже приведены две таблицы с данными проводников низкого и высокого сопротивления.

Материал статьи продублирован на видео:

 

 

 

 

 

 

 

Точные измерения малых сопротивлений Начните с выявления источников ошибок

Измерение малых сопротивлений (1 Ом и ниже) связано с рядом технических проблем. В зависимости от приложения разработчики испытательных систем могут выбирать из различных вариантов приборов, включая нановольтметр, используемый с источником тока (для измерений до десятков наноом), или цифровой мультиметр (DMM), оптимизированный для измерений малых сопротивлений ( всего несколько десятков микроом).

Измерения низкого сопротивления подвержены многим из тех же источников ошибок, что и измерения низкого напряжения, включая смещения напряжений из-за термоэлектрических ЭДС, смещения, возникающие при устранении радиочастотных помех (РЧ-помехи), и смещения на входе вольтметра выбранного прибора схема. К источникам шума, которые могут повлиять на точность измерения низкого сопротивления, относятся шум Джонсона, магнитные поля и контуры заземления. Чрезмерный синфазный ток (ток, протекающий между клеммой LO прибора и шасси или заземлением) также может повлиять на точность измерения низкого сопротивления. Измерения низкого сопротивления подвержены таким источникам ошибок, как сопротивление выводов, неомические контакты и нагрев устройства. В этом техническом документе будут рассмотрены методы устранения или сведения к минимуму этих источников ошибок, а также другие аспекты измерений, включая тестирование сухих цепей и тестирование индуктивных устройств.

Борьба с ошибками сопротивления выводов с помощью четырехпроводного метода

В двухпроводном методе, показанном на рис. 1 , испытательный ток пропускается через измерительные выводы и измеряется сопротивление (R). Затем измеритель измеряет напряжение на сопротивлении через тот же набор измерительных проводов и соответственно вычисляет значение сопротивления. К сожалению, когда двухпроводной метод применяется к измерениям низкого сопротивления, к измерению добавляется общее сопротивление проводов (R _LEAD ). Поскольку испытательный ток (I) вызывает небольшое, но значительное падение напряжения на сопротивлениях выводов, напряжение (V _M ), измеренное мультиметром, не будет точно таким же, как напряжение (V _R ) непосредственно на испытательном сопротивлении (R), поэтому может возникнуть значительная ошибка. Типичное сопротивление выводов находится в диапазоне 10–100 мОм, поэтому очень сложно получить точные измерения двухпроводного сопротивления, когда тестируемое сопротивление ниже 10–100 Ом (в зависимости от сопротивления выводов).

Рисунок 1.

Четырехпроводной (или Кельвин) способ подключения ( Рисунок 2 ) обычно предпочтительнее для измерений малых сопротивлений. Здесь испытательный ток (I) подается через испытательное сопротивление (R) через один комплект измерительных проводов; напряжение (В _M ) на тестируемом устройстве измеряется с помощью второго комплекта (чувствительные провода). Ток, который может протекать через измерительные выводы, обычно достаточно мал, чтобы его можно было игнорировать, и не находится в части цепи, измеряющей напряжение. Падение напряжения на измерительных проводах также незначительно, поэтому напряжение, измеренное измерителем (V _M ), по существу совпадает с напряжением (V _R ) на сопротивлении (R). В результате сопротивление можно определить с гораздо большей точностью. Подсоедините провода для измерения напряжения как можно ближе к тестируемому резистору, чтобы избежать включения их сопротивления в измерение.

Рисунок 2

Компенсация термоэлектрических напряжений

Термоэлектрические напряжения или ЭДС возникают, когда разные части цепи находятся при разных температурах и когда соединяются проводники из разнородных материалов. Существует несколько методов минимизации этих нежелательных смещений.

Метод обращения тока

Выполнение двух измерений токов противоположной полярности, как показано на Рис. 3 , может компенсировать термоэлектрические ЭДС. Обратите внимание на использование вольтметра с отдельным биполярным источником тока. При подаче положительного тока, как в 9.0009 Рисунок 3a , измеренное напряжение равно:

В _M+ = В _ЭДС + IR

Изменение полярности тока ( Рисунок 3b ) дает следующее измерение напряжения:

В — IR

Затем два измерения можно объединить для компенсации термоэлектрических ЭДС:

В M =	В М+ — В М-	=	(В ЭДС + ИК) — (В ЭМП — ИК)	= IR
	2		2

Измеренное сопротивление вычисляется обычным образом:

R =	В М
	я

Это полностью компенсирует термоэлектрическое напряжение. Однако, чтобы быть эффективным, необходим малошумящий вольтметр с быстродействием, превышающим тепловую постоянную времени тестируемой цепи. Если скорость отклика слишком низкая, любые изменения температуры цепи вызовут изменения термоэлектрических ЭДС, которые не будут полностью нейтрализованы, поэтому некоторая ошибка останется.

Рисунок 3

Дельта-метод

Если изменение ЭДС вызывает неточности, дельта-метод может быть предпочтительнее. Как и метод реверсирования тока, он включает в себя чередование полярности источника тока, но использует три измерения напряжения для расчета каждого сопротивления вместо двух.

На рис. 4 показано падение напряжения ИУ в зависимости от времени при подаче тока переменной полярности. Измерение напряжения (В _М1 , В _М2 , В _M3 и т. д.) берется каждый раз при изменении полярности. Каждый из них включает постоянное тепловое смещение напряжения (V _EMF ) и линейно изменяющееся смещение напряжения (δV). Термический дрейф напряжения может быть аппроксимирован как линейная функция в течение коротких периодов времени, поэтому скорость изменения напряжения как функцию времени (δV) также можно рассматривать как константу.

Рисунок 4

Использование трех измерений напряжения позволяет нейтрализовать как компонент смещения термоэлектрического напряжения (V _EMF ), так и член изменения термоэлектрического напряжения (δV). В дельта-методе каждая точка данных представляет собой скользящее среднее трех показаний. Результирующие данные имеют меньший уровень шума, чем данные, полученные с использованием метода обращения тока, даже если оба набора данных получены за один и тот же период. Успех дельта-метода зависит от линейной аппроксимации теплового дрейфа, который необходимо рассматривать в течение короткого периода времени.

Как и в методе реверсирования тока, компенсация изменения ЭДС означает, что время цикла измерения должно быть меньше, чем тепловая постоянная времени ИУ, поэтому важно использовать быстродействующий источник тока. Обычно для получения необходимой чувствительности к низкому напряжению используется нановольтметр. Для подробного изучения этого метода компенсации смещения обратитесь к книге Кейтли «Достижение точных и надежных измерений сопротивления в маломощных и низковольтных приложениях».

Метод компенсации сопротивления со смещением

Этот метод аналогичен методу обращения тока, за исключением того, что измерения чередуются между фиксированным током источника и нулевым током. Как показано на рис. 5а , ток источника подается на измеряемое сопротивление только в течение части цикла. Когда ток источника включен, полное напряжение, измеренное прибором ( рис. 5b ), включает в себя падение напряжения на резисторе, а также любые термоэлектрические ЭДС и определяется как:

В _M1 = V _ЭДС + IR

Во время второй половины измерительного цикла источник тока отключается и единственное напряжение, измеряемое измерителем ( рис. 5c ), представляет собой любую термоэлектрическую ЭДС, присутствующую в цепи:

В _М2 = В _ЭДС

Учитывая, что В _ЭДС точно измеряется во второй половине цикла, его можно вычесть из измерения напряжения, выполненного в течение первой половины цикла, поэтому смещение компенсируется измерение напряжения становится:

V _M = V _M1 — V _M2

V _M = (V _EMF + IR) – V _EMF

V _M = IR

and,

Р =	В М
	я

Опять же, обратите внимание, что процесс измерения отменяет термин термоэлектрической ЭДС (V _ЭДС ) пропорциональна току, протекающему через него. Они могут возникать в цепи низкого напряжения из-за оксидных пленок или других нелинейных соединений и, вероятно, устраняют любую присутствующую радиочастотную энергию (РЧ-помехи), что приводит к появлению смещения напряжения в цепи 9. 0003

При измерении малых сопротивлений с помощью цифрового мультиметра измените диапазон измерения, который обычно также меняет уровень испытательного тока. То же показание, но с более высоким или более низким разрешением (в зависимости от того, был ли инструмент в верхнем или нижнем диапазоне) будет указывать на нормальное состояние. Однако показания, которые значительно отличаются, могут указывать на неомическое состояние.

При использовании отдельного источника тока и вольтметра для измерения низкого сопротивления проверьте оба прибора на отсутствие омических контактов. Если контакты источника тока неомические, может быть значительная разница в напряжении соответствия при изменении полярности источника. Если контакты вольтметра не являются омическими, они могут скорректировать любое присутствующее срабатывание переменного тока и вызвать ошибку смещения постоянного тока. В этом случае метод компенсации смещения в омах предпочтительнее метода обращения тока для устранения смещения.

Для предотвращения неомических контактов выберите подходящий материал для контактов, например, индий или золото, и убедитесь, что согласующее напряжение достаточно велико, чтобы избежать проблем из-за нелинейности контакта источника. Чтобы уменьшить погрешность из-за неомических контактов вольтметра, используйте экранирование и соответствующее заземление для уменьшения наводки переменного тока. Испытательные токи, используемые при измерениях малых сопротивлений, часто намного выше, чем токи, используемые для измерений высоких сопротивлений, поэтому результирующие потери мощности и повышение температуры в устройстве могут вызвать изменение сопротивления устройства

Большинство цифровых мультиметров не предоставляют средств для установки уровня тестового тока; как правило, определяется диапазоном измерения. Следовательно, необходимо найти какие-то альтернативные средства для минимизации нагрева устройства. Одним из простых, но эффективных способов сделать это является использование режима однократного запуска прибора, в котором прибор подает только один короткий импульс тока на ИУ во время цикла измерения, сводя к минимуму ошибки нагрева устройства. Компенсация смещения также может быть использована для уменьшения нагрева устройства. При компенсации смещения тестовый ток подается только в течение 50 % от общего времени тестирования, что снижает мощность, проходящую через ИУ.

Приложения для измерения низкого сопротивления

Некоторые из наиболее распространенных типов приложений для измерения низкого сопротивления включают тестирование индуктивных устройств, измерение контактного сопротивления и сопротивления сверхпроводника, а также измерение удельного сопротивления проводников. Эти измерения могут быть выполнены с помощью нановольтметра с источником тока.

Испытание индуктивных устройств

Индуктивные устройства обычно имеют небольшое сопротивление в дополнение к индуктивности. Это небольшое сопротивление обычно измеряется цифровым мультиметром, но взаимодействие между индуктивностью и измерительным прибором может усложнить эти измерения. Некоторые из проблем могут включать колебания, отрицательные показания и вообще нестабильные показания.

При возникновении проблем попробуйте выполнить измерения более чем в одном диапазоне и проверьте соответствие значений. Если возможно, избегайте использования компенсации смещения (импульсный ток), поскольку индуктивная реакция на импульс тока может привести к нестабильным измерениям или затруднить автоматический выбор диапазона. По возможности старайтесь использовать более высокий диапазон сопротивлений.

Проверьте наличие колебаний, подключив осциллограф параллельно устройству и измерителю. Иногда диод на катушке индуктивности может стабилизировать колебания, ограничивая индуктивное обратное напряжение, когда поле исчезает.

Измерение сопротивления контакта

Сопротивление контакта — это сопротивление току, протекающему через замкнутую пару контактов. Эти измерения выполняются на таких компонентах, как разъемы, реле и переключатели, и обычно находятся в диапазоне от микроом до нескольких ом. Как правило, омметр с возможностью измерения с четырьмя клеммами используется для предотвращения добавления сопротивления выводов к измерению.

Часто цель теста на контактное сопротивление состоит в том, чтобы определить, увеличило ли контактное окисление или другое образование поверхностной пленки сопротивление тестируемого устройства. Если напряжение на устройстве слишком высокое, пленка порвется, что сделает тест недействительным. Уровень напряжения, необходимый для разрушения пленки, обычно составляет от 30 до 100 милливольт.

Чрезмерный ток через контакты во время тестирования может размягчить или расплавить точки контакта и окружающую область, увеличивая площадь контакта и уменьшая контактное сопротивление. Метод сухого контура обычно используется для предотвращения этих проблем. Сухая цепь — это метод, при котором напряжение и ток ограничиваются до уровней, которые не могут вызвать изменения в физическом и электрическом состоянии контактного перехода. Как правило, это означает, что напряжение холостого хода составляет 20 милливольт или меньше, а ток короткого замыкания составляет 100 миллиампер или меньше. Из-за низкого уровня испытательного тока требуется очень чувствительный вольтметр для измерения падения напряжения, которое обычно находится в диапазоне микровольт. Другие методы испытаний могут привести к физическим или электрическим изменениям контакта, поэтому перед любыми другими электрическими испытаниями следует проводить измерения сухой цепи.

На рис. 6 показано измерение сопротивления четырехпроводного контакта с помощью цифрового мультиметра модели 2010, цифрового мультиметра модели 2750/системы сбора данных или системного переключателя/цифрового мультиметра модели 3706. Эти приборы могут автоматически компенсировать термоэлектрические смещения в измерительной цепи, используя режим компенсации смещения. Они также имеют встроенную функцию измерения сухого контура. В большинстве случаев для измерения контактного сопротивления достаточно цифрового мультиметра с расширенным диапазоном измерения сопротивления, но если ток короткого замыкания или измеренное сопротивление намного меньше, чем технические характеристики цифрового мультиметра, вместо этого используйте комбинацию нановольтметра и источника тока.

Рисунок 6

Измерения сопротивления сверхпроводника Некоторые материалы теряют свое сопротивление электрическому току и становятся сверхпроводящими при экстремально низких температурах. Температура перехода сверхпроводника (точка, в которой его сопротивление изменяется от конечного значения до нуля) и критическая плотность тока (максимальная плотность тока, которую он может нести при определенных условиях температуры и магнитного поля, прежде чем он станет резистивным) — два обычно измеряемых параметра. Характеристика этих параметров требует измерения очень малых сопротивлений.

На рис. 7 показана базовая конфигурация измерения сопротивления сверхпроводника. Провода напряжения должны быть изготовлены из материала с низким коэффициентом Зеебека по отношению к образцу. Нановольтметр имеет решающее значение для получения точных измерений. Для измерения температуры перехода источник тока должен быть ниже критического тока образца. Если ток становится слишком большим, рассеиваемая мощность может повредить образец и криостат. Однако для измерения критического тока источник тока должен иметь возможность превышать критический ток образца. Источник тока должен иметь программируемую полярность, чтобы тест можно было проводить с использованием метода реверсирования тока.

В последние годы производители приборов разработали ряд функций, упрощающих процесс измерения. Например, нановольтметр модели 2182A компании Keithley и источник тока модели 6220 предназначены для совместной работы для автоматической реализации дельта-метода. В этом режиме модель 6220 автоматически меняет полярность, а затем запускает нановольтметр для снятия показаний при каждой полярности. Затем текущий источник отображает «скомпенсированное» значение сопротивления. Можно построить график зависимости сопротивления от температуры при изменении температуры образца. Для определения критического тока нановольтметр и источник тока можно использовать вместе, чтобы получить точную вольт-амперную характеристику в диапазоне токов.

Рисунок 7

Измерение удельного сопротивления проводящих материалов

Удельное сопротивление проводника определяется путем измерения сопротивления образца известной геометрии путем пропускания тока через образец с помощью одной пары проводов и измерения падения напряжения с помощью второй пары проводов. ведет. Хотя конкретный метод определения удельного сопротивления зависит от размера и формы образца, для всех методов требуется чувствительный вольтметр с источником тока.

Удельное сопротивление сыпучих материалов

На рис. 8 показана система для измерения удельного сопротивления сыпучего материала, такого как металлический стержень или стержень. Источник тока подключен к обоим концам образца. Выводы вольтметра располагаются на известном расстоянии друг от друга. Удельное сопротивление рассчитывается по площади поперечного сечения образца и расстоянию между выводами вольтметра:

ρ = (	В	)	(	А	)
	я			л

где ρ = удельное сопротивление в ом-см, V = напряжение, измеренное вольтметром, I = ток источника, A = площадь поперечного сечения образца (w × t) в см ² , и L = длина расстояния между выводами вольтметра в см.

Для компенсации термоэлектрических напряжений одно значение напряжения снимается при положительном испытательном токе, а другое – при отрицательном токе. Абсолютные значения этих двух показаний затем усредняются и используются в уравнении для V/I. Большинство материалов имеют значительный температурный коэффициент, поэтому убедитесь, что образец поддерживается при известной температуре.

Рисунок 8

Метод ван дер Пау

Хотя измерения удельного сопротивления методом Ван дер Пау в основном используются в полупроводниковой промышленности, они имеют и другие применения, например, определение удельного сопротивления сверхпроводников или фольги. Метод Ван-дер-Пау используется для плоских образцов одинаковой толщины и произвольной формы, не содержащих изолированных отверстий. Используемые контакты должны быть небольшими и располагаться на периферии образца. Вокруг образца делают восемь измерений; эти показания объединяются математически для определения среднего удельного сопротивления образца.

На рис. 9 показана конфигурация, используемая для определения удельного сопротивления проводящего образца с использованием метода Ван-дер-Пау. Он включает в себя источник тока модели 6220 для подачи тока через образец и нановольтметр модели 2182A для измерения результирующего падения напряжения.

Рисунок 9

Резюме

Как показано в этой статье, правильное сочетание приборов и методов измерения может иметь большое значение для обеспечения точности приложений для измерения малых сопротивлений. Для получения дополнительных советов и методов по улучшению измерений низкого сопротивления щелкните здесь, чтобы загрузить бесплатную копию 244-страничного справочника Keithley Instruments по измерениям низкого уровня.

Найдите более ценные ресурсы на TEK.COM

---

Copyright © Tektronix. Все права защищены. Продукция Tektronix защищена патентами США и других стран, как выданными, так и заявленными. Информация в этой публикации заменяет информацию во всех ранее опубликованных материалах. Привилегии изменения спецификации и цены защищены. TEKTRONIX и TEK являются зарегистрированными товарными знаками Tektronix, Inc. Все остальные упомянутые торговые названия являются знаками обслуживания, товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками соответствующих компаний.

№ 3086 7.23.10

Измерение электрического сопротивления и низкое сопротивление

Пролистать наверх

Contattaci

Siamo qui per aiutarti.

Модуль всплывающего окна и продукта

Country*AfghanistanAlandAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAscensionAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia and HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBritish Virgin IslandsBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongoCongo (DRC)Cook IslandsCosta RicaCote d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland Islands (Islas Malvinas)Faroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern and Antarctic LandsGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea -БисауГайанаГаитиОстров Херд и острова МакдональдГондурасГонконгВенгрияIc elandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle of ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (North Korea)Korea (South Korea)KosovoKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmar (Burma)NamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian Territories (Gaza Strip and West Bank)PanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairn IslandsPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussiaRwandaSaint HelenaSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Pierre and MiquelonSaint Vincent and the GrenadinesSamoaSan MarinoSao Tome и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСербияСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловакияСловенияСоломоновы островаСомалиЮжная АфрикаЮжная Джорджия и т Южные Сандвичевы островаИспанияШри-ЛанкаСуданСуринамШпицбергенСвазилендШвецияШвейцарияСирияТайваньТаджикистанТанзанияТаиландТимор-Лешти (Восточный Тимор)ТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТристан-да-КуньяТунисТурцияТуркменистанОстрова Теркс и КайкосТувалуСША. Виргинские островаУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыОтдаленные малые острова СШАУругвайУзбекистанВануатуВатиканВенесуэлаВьетнамУоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЗамбияЗимбабве

Эл. адрес

Тип запроса Коммерческий запрос Запрос помощи

Временной интервал* 8:00 — 12:30 14:00 — 16:30

Даю согласие на обработку моих персональных данных в соответствии с политикой конфиденциальности

*Обязательные поля

Если вы человек, оставьте это поле пустым.

Ностри реферименти

• Дал лунеди аль венерди
• 8.00 — 13.00
  14.00 — 17.00
• Strada Goretta 92/N
  10079 Маппано
  ТУРИН — Италия

• [email protected]
• +39 011 28 02 89
• +39 011 85 80 27

Свяжитесь с нами

Мы здесь, чтобы помочь вам.

Модуль всплывающего окна и продукта

Country*AfghanistanAlandAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAscensionAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia and HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Indian Ocean TerritoryBritish Virgin IslandsBruneiBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Keeling) IslandsColombiaComorosCongoCongo (DRC)Cook IslandsCosta RicaCote d’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland Islands (Islas Malvinas)Faroe IslandsFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaFrench Southern and Antarctic LandsGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea -БисауГайанаГаитиОстров Херд и острова МакдональдГондурасГонконгВенгрияIc elandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsle of ManIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea (North Korea)Korea (South Korea)KosovoKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmar (Burma)NamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian Territories (Gaza Strip and West Bank)PanamaPapua New GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairn IslandsPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussiaRwandaSaint HelenaSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Pierre and MiquelonSaint Vincent and the GrenadinesSamoaSan MarinoSao Tome и ПринсипиСаудовская АравияСенегалСербияСейшельские островаСьерра-ЛеонеСингапурСловакияСловенияСоломоновы островаСомалиЮжная АфрикаЮжная Джорджия и т Южные Сандвичевы островаИспанияШри-ЛанкаСуданСуринамШпицбергенСвазилендШвецияШвейцарияСирияТайваньТаджикистанТанзанияТаиландТимор-Лешти (Восточный Тимор)ТогоТокелауТонгаТринидад и ТобагоТристан-да-КуньяТунисТурцияТуркменистанОстрова Теркс и КайкосТувалуСША.