Методы измерения активных сопротивлений

В современных телекоммуникационных системах значения изме­ряемых активных (активное — значит потребляющее мощность) со­противлений лежат в пределах от 10-8 до 10-10
Ом. Измеряют активное сопротивление как на постоянном, так и на переменном токе. Среди распространенных методов измерения активных сопротивлений на постоянном токе отметим: основанные на использовании амперметра-­вольтметра, логометрические, мостовые.

14.2.1. Измерение сопротивлевий методом амперметра-вольтметра

Измерение методом амперметра-вольтметра (точнее, методом амперметра или вольтметра) сводится к определению тока или на­пряжения в цепи с измеряемым двухполюсником и последующему расчету его параметров по закону Ома. Метод используют для изме­рения активного и полного сопротивления, индуктивности и емкости.

На рис. 14.1 показана схемная реализация этих методов при из­мерениях активного сопротивления. Измерение активных сопротив­лений проводят на постоянном токе, при этом включать резистор Rx в измерительную цепь можно по двум схемам.

В схеме с амперметром (рис. 14.1, а) отклонение показаний мил­лиамперметра мА
пропорционально току

                                                                                   (14.1)

и обратно пропорционально измеряемому сопротивлению Rx. По такой схеме удается измерять достаточно большие сопротивления (от 1 Ом до 200 МОм). Перед измерениями зажимы х замыкают Кл (тем самым закорачивают, т. е. шунтируют резистор Rx
) и переменным резистором Rдo6 устанавливают такой ток, чтобы стрелка отклонилась на всю шкалу, что соответствует точке 0 Ом.

         

   а                                          б

Рисунок 14.1. Измерение активных сопротивлений методом:

а – амперметра ;б — вольтметра

Для измерения небольших сопротивлений (0,01…100 Ом) исполь­зуют схему с вольтметром (рис. 14.1, б), показания которого равны

                                                                        (14. 2)

если Rдo6
>> Rx и U ≈ ERx /Rдo6, т. е. имеет место прямая зависимость вольтметра от измеряемого сопротивления Rx. Перед измерением стрелку на приборе совмещают с отметкой «¥» при разомкнутых за­жимах

х (тем самым отключают резистор Rx).

Обе схемы измерения активных сопротивлений вызывают появле­ние методических погрешностей ΔRx, зависящих от внутренних сопро­тивлений схем. Для схемы, показанной на рис. 14.1, а, методическая погрешность тем меньше, чем ниже внутреннее сопротивление ампер­метра (при RА → 0, ΔRx → 0), а в схеме, показанной на рис. 14.1, б, погрешность тем меньше, чем выше внутреннее сопротивление вольт­метра (при RV → ¥ , ΔRx → 0). Итак, схемой, показанной на рис. 14.1, а, следует пользоваться для измерения больших сопротивлений, а схемой, показанной на рис. 14.1, б, — малых сопротивлений.

Погрешности измерения параметров элементов цепей методом вольтметра-амперметра на низких частотах составляют 0,5. .. 10% и определяются погрешностью используемых приборов и наличием па­разитных параметров. Погрешности увеличиваются с ростом частоты.

14.2.2. Измерение активного сопротивления логометром

     

Уменьшить влияние источника питания Е на точность измерения сопротивлений можно с помощью логометра. Логометром называют измерительный механизм, показывающий отношение двух электри­ческих величин, чаще всего двух токов. Логометры бывают магнито­электрическими и электродинамическими.

                                                     

                                                    а                                 6

Рис. 14.2. Логометр:
а- устройство; б- схема включения

Наиболее распространен при практических измерениях лого­метр магнитоэлектрической системы. Логометр содержит две жестко скрепленные между рамки, помещенные в неравномерное поле по­стоянного магнита (рис. 14.2, а), которое реализуется специальной конфигурации полюсных наконечников. Неравномерным поле соз­дают для того, чтобы вращающие моменты, приложенные к рамкам, зависели не только от токов, протекающих в рамках, но и от положе­ния рамок в магнитном поле, т. е.

М1
= ψ1(a)I1; М2 = ψ2 (a)IX, где I1, IX — токи, протекающие в рамках; ψ1(a), ψ2
(a)  — значения потокосце­плений магнитов с их рамками. Противодействующий момент будет равен нулю, когда М1
= М2; ψ1(a)I1
= ψ2 (a)Ix, а значит, угол отклоне­ния подвижной системы

                                                                     (14.3)

Для схемы включения, приведенной на рис. 14.2, б,

                                                         (14.4)

где Rp — сопротивление рамок;

Ro — образцовое сопротивление.

Итак, согласно формуле (14.4), показания логометра не зависит от колебания напряжения питания. Зависимость показаний от сопротивления RX позволяет создавать лабораторные логометры с погрешностью измерений, не превышающей 0,5 %. Нечувствительность логометра к колебаниям напряжения питания дала возможность разработать класс приборов, питающихся от генераторов, ротор которых вращают вручную и еще иногда использующиеся для определения сопротивления изоляции действующих телефонных сетей.

                                  

Измерение сопротивлений омметрами

Омметр
— измерительный прибор, предназначенный для измерения сопротивлений. Электронный омметр аналогового типа выполняют по схеме инвертирующего усилителя на ОУ, охваченного отри­цательной ОС с помощью измеряемого сопротивления Rx
(рис. 14.3, а) Напряжение на выходе усилителя омметра определяется как

                                            Uвых = – URХ / R1.                                                        (14.5)

                     

а                                             6

Рис. 14.3. Схемы омметров для измерения сопротивлений:

а — малых; б — больших

Поскольку выходное напряжение линейно связано с измеряемым сопротивлением Rx, то шкала прибора И может быть проградуирована  непосредственно в единицах сопротивления. Шкала равномерна в широ­ких пределах. Погрешности измерения электронных омметров 2…4%.

В приборах для измерения особо больших активных сопротивле­ний (тераомметрах) сопротивления Rz
и R, надо поменять местами (рис. 14.3, б), при этом шкала измерительного прибора И получается обратной и напряжение

Uвых
= – UR1 / RХ

                                                                        (14.6)

Применение в одном приборе обоих вариантов схем позволяет создать измерители сопротивления с диапазоном измерения от еди­ниц Ом до нескольких десятков МОм с погрешностью не более 10%. Измерители сопротивлений, построенные по приведенным схемам, используют для измерения сопротивлений и на переменном токе.

Определение сопротивления контроллером без АЦП / Хабр

Собственно стала такая вот задача — несколько раз в секунду снимать показания потенциометра. Целевой приемник информации — контроллер ATmega32. Имеет встроенный АЦП, но выдаваемый им результат имел разрешение 2-3 бита, а остальные биты несли в себе мусор.

Первое что пришло на ум — купить внешний АЦП и прикрутить к контроллеру. Но не было ни времени ни желания разбираться с еще одним устройством. Решил попробовать другой метод, в работоспособности которого не был уверен, но тем не менее схема оказалось вполне рабочей и дала точность порядка 8 бит (может и больше, не проверял).

Собственно идея заключается в том, что цифровым входом контроллера измеряется скорость разряда конденсатора. Конденсатор заряжается до напряжения питания через низкое сопротивление, потом запускается отчет времени, и конденсатор разряжается через потенциометр. Когда напряжение на конденсаторе упадет до 1.4В (напряжение переключения входа контроллера в низкий уровень), значение логического уровня на входе переключится, и отчет времени прекращается. Полученное время разряда пропорционально текущему сопротивлению потенциометра.

Схема устройства:

A0, A1 — ножки МК, цифровой порт А.

Транзистор в схеме применяется для того, что бы напряжение, до которого зарядится конденсатор не зависело от текущего положения потенциометра.

Расчет схемы.

Для обеспечения хорошей точности измерения необходимо выбрать элементы схемы таким образом, что бы время разряда при крайних положениях потенциометра отличалось примерно на порядок. Вообще чем больше тем лучше, но всему ж есть придел.
Формула времени разряда конденсатора через резистор(с вики):

Необходимо подобрать R и С таким образом, что бы обеспечить время разряда с 5В (ВУ) до 1.4В (уровень переключения порта в логический 0) за время 0.02сек при максимальном сопротивлении, и за время 0.002сек при минимальном сопротивлении. При этом величина С постоянная в обеих случаях, а R отличается на 50кОм (величина потенциометра). Время было выбрано из соображений точности, скорости работы микроконтроллера, и подобрано для наиболее точного соответствия имеющимся номиналам резисторов и конденсаторов.

(контроллер работает на частоте 8МГц)
Решая систему уравнений определяем значение резистора R13 и конденсатора C1.

Здесь не учтено внутреннее сопротивление входа контроллера, но скорость работы контроллера позволила программно настроить схему и подобрать коэффициент для перевода времени разряда в диапазон 0..255.

R12 используется для зарядки конденсатора и должен быть небольшим, R14 должен обеспечивать режим насыщения транзистора при любом возможном токе.

Окончательный выбор значений элементов схемы:

R12 = 220 Ом;
R13 = 6.8 кОм;
R14 = 1 кОм;
R 15 = 0..50 кОм;
С1 = 1 мкФ.

Для заряда конденсатора транзистор выключается, а ножка A0 настраивается на вывод высокого уровня (DDRA = 3, PORTA = 1). и делается задержка на достаточно больше время для заряда конденсатора. Затем A0 переключения в состояние ввода, и открывается транзистор (DDRA = 2, PORTA = 2). конденсатор начинает разряжаться, время разряда отслеживается пустым циклом.

Ниже собственно приведен код функции, занимающийся измерением скорости разряда.

uint8_t readADC() 
{ 	// контенсатор уже заряжен 
	DDRA = 2; 
	PORTA = 2; 
	int i = 0, t = 0; 
	while (PINA & 1){	 
		t++; 
		if (t == 43) i++, t = 0; // константа 43 подобрана экспериментально
	} 
	PORTA = 1; // что бы конденсатор опять заряжался 
	DDRA = 3;
//если необходимо оцифровывать беспрерывно, 
//нужно сделать небольшую задержку, что бы конденсатор 
//успел зарядится до высокого уровня напряжения 
	i -= 40; // подобрано экспериментально
	if (i < 0) i = 0; // вдруг появятся помехи и значения будут неожиданные
	if (i > 255) i = 255; 
	return i; 
} 

Cхема удачно работает, снимаемые 8 бит стабильны. Вероятно можно ускорить работу схемы, пересчитав параметры для меньшего времени, но ограничениями на этого являются входная паразитная емкость входа и время работы контроллера.
Не проверял, но думаю, что можно уменьшить время разряда в10 — 20 раз, и это не скажется на точности результата.

В чем измеряется сопротивление? Полное руководство

В чем измеряется сопротивление? Прежде чем ответить на этот вопрос, важно сначала понять, что означает этот термин. Освоив базовые знания об электричестве, мы можем разделить материалы на две группы. Как правило, проводники позволяют току течь через них намного легче, чем изоляторы, такие как пластмассы и резина. Тем не менее, изоляторы могут проводить электричество, если вы можете подать достаточно большое напряжение.

Мы можем наблюдать это явление в молнии. Хотя воздух является изолятором, накопление положительного заряда в облаках достаточно велико, чтобы заставить ток течь к отрицательно заряженной земле. Точное определение легкости, с которой электричество проходит через материал, его применение, возможные ошибки, которые могут возникнуть при измерении, и лучший способ выбрать измерительное устройство — предмет этой статьи.

Что на этой странице?

Что такое сопротивление?

Сопротивление — это мера легкости прохождения электрического тока через материал. Как упоминалось выше, эти значения позволяют различать проводники и изоляторы. Итак, в чем измеряется сопротивление?

Чтобы найти электрическое сопротивление материала, необходимо соединить клеммы с его концами. Если потенциал в один вольт может создать ток в один ампер на клеммах, мы можем заключить, что материал имеет сопротивление в один ом. Джордж Ом, немецкий физик, назвал это явление, когда открыл один из самых фундаментальных законов электричества.

Закон Ома определяет соотношение между основными электрическими величинами сопротивления, силы тока и напряжения. В математической записи это правило записывается как V = I x R, где V представляет собой напряжение, I — ток, а R — сопротивление. Таким образом, сопротивление измеряется в омах.

В двух словах, закон Ома гласит, что ток, проходящий через материал между двумя клеммами, прямо пропорционален напряжению в тех же точках. Этот основной принцип применим к большинству, если не ко всем, электрическим устройствам через компоненты, называемые резисторами. Кроме того, вы должны учитывать многочисленные методы, используемые для измерения сопротивления, вероятные ошибки в измерениях и то, как найти правильный измерительный инструмент.

Применение сопротивления

Как указано выше, когда материалы имеют высокое сопротивление, электричество с трудом проходит через них, теряя при этом энергию. Потерянная энергия, обычно в виде тепла, используется при изготовлении ламп накаливания и нагревательных нитей накаливания в электрических приборах.

С другой стороны, применение переменного сопротивления предназначено для снижения силы тока в цепи. Например, в телекоммуникационных устройствах, усилителях, любых цифровых мультиметрах, генераторах, транзисторных радиоприемниках и телевизорах, модуляторах и демодуляторах используются переменные резисторы.

Кроме того, эти устройства находятся внутри предохранителей, автомобилей, двигателей, генераторов, переключателей, разъемов, реле и других компонентов. Однако повсеместное распространение резисторов создает необходимость точного измерения сопротивления. Таким образом, метод, используемый для измерения значения сопротивления, определяет уровень точности, который вы получите.

Как измерить значения сопротивления

1. Метод амперметра-вольтметра

Если мы можем измерить напряжение и ток, протекающие по цепи, мы можем использовать закон Ома для расчета сопротивления. Результаты измерений хорошие, но этому методу не хватает практичности, необходимой для более чувствительных и частых применений.

2. Использование двойного моста Кельвина

Если вы хотите измерить сопротивление в диапазоне от одного миллиома до одного килоома, вам пригодится метод двойного моста Кельвина. Кроме того, этот метод обеспечивает разрешение в микроом. Однако сначала вам нужно увеличить ток измерения до уровня, обеспечивающего достаточную чувствительность, и включить гальванометр для проверки состояния цепи, балансируя ее вручную.

3. Двухпроводное соединение

При работе со значениями сопротивления более ста Ом идеально подходит цифровой мультиметр. Устройство использует двухпроводной метод, при котором ток проходит через тестируемый компонент, измеряется напряжение на клеммах и вычисляется сопротивление.

Двухпроводной метод не учитывает потери напряжения на соединительных проводах, поскольку он считывает напряжение на клеммах, а не на тестируемом устройстве. Кроме того, на окончательные результаты влияет сопротивление в соединении электродов, что еще больше искажает измерения. Следовательно, этот метод не подходит, если вам нужно точно измерить сопротивление.

4. Четырехпроводное соединение

Метод Кельвина или четырехпроводное соединение является более точным и последовательным при измерении сопротивления. Этот метод основан на четырех разных проводах, два из которых используются для подачи тока, а остальные — для подачи напряжения на тестируемый компонент. Хотя некоторый ток будет протекать через токовые и потенциальные выводы, значение сопротивления в этих точках достаточно мало, чтобы его можно было игнорировать при получении результатов измерения.

При использовании этого метода убедитесь, что вы размещаете выводы тока за пределами выводов напряжения, но у вас есть достаточно свободы выбора места размещения. Тем не менее, потенциальные выводы должны располагаться точно поперек тестируемого компонента, так как окончательное значение сопротивления будет рассчитываться между этими точками. Кроме того, вы можете положиться на четырехпроводную технику для обеспечения точности и согласованности при измерении сопротивления.

Методы, используемые в четырехконтактном соединении

1. Зажимы Кельвина

Зажимы Кельвина напоминают более распространенные зажимы типа «крокодил», за исключением изолированных зажимов. Каждая челюсть выполняет определенные функции, одна из которых связана с токопроводом, а другая с проводом напряжения. Их размер делает их идеальными для получения значения сопротивления в проводах, пластинах и шинах.

2. Дуплексные щупы

Ручные щупы имеют небольшие размеры, что делает их более подходящими для измерения сопротивления крошечных тестовых компонентов, где использование зажимов нецелесообразно. Каждая рукоятка состоит из двух подпружиненных стержней, тестовых проводов внутри рукоятки. Один проверяет ток, а другой поддерживает подключение напряжения.

3. Соединение выводов в виде стопки

Если доступ к тестируемому компоненту затруднен, возможно, вам придется использовать соединение выводов в виде стопки. К сожалению, этот метод может привести к небольшим ошибкам в измерении значения сопротивления, так как соединение между током и потенциалом имеет некоторое сопротивление, которым нельзя пренебречь.

5. Кабельные зажимы

Важным этапом контроля качества при производстве кабелей является соблюдение согласованных измерений. Если сопротивление слишком низкое, возможно, производитель использует слишком много меди, что дорого. В качестве альтернативы, если сопротивление слишком велико, способность кабеля передавать электричество будет поставлена ​​под угрозу.

Кабельные зажимы используются для измерения сопротивления в этих сценариях. Они размещаются на концах одного метра тестового кабеля для получения точных результатов. Тем не менее, длина испытательного кабеля в один метр должна быть точной, чтобы обеспечить единообразие измерений сопротивления на всей производственной линии.

6. Приспособления и приспособления

Когда речь идет о заклепках, предохранителях, переключающих контактах и ​​резисторах, приспособления и приспособления являются лучшими инструментами для измерения сопротивления. Приспособление удерживает компонент на каждом тестовом проводе, чтобы гарантировать получение надежных, значимых и единообразных результатов при измерении сопротивления на нем. Тем не менее, приспособления и приспособления изготавливаются на заказ для приложения тестирования.

Каковы источники ошибок при измерении сопротивления?

1. Насколько высоки текущие провода?

Длина подводящего провода не влияет на результаты измерения сопротивления четырехконтактным методом. Как правило, потенциальные выводы не влияют на точность измерения, но токовые выводы могут существенно изменить показания. Например, если токоподводы имеют высокое сопротивление, напряжения на тестируемом компоненте будет недостаточно для получения значимого результата.

2. Чисто ли соединение?

Грязь, оксиды и другие покрытия действуют как изоляторы с высоким сопротивлением. Поэтому очень важно убедиться, что вы подключаете инструмент для измерения сопротивления к очищенной точке контакта между тестовым проводом и компонентом. В противном случае «грязное» соединение вызовет ошибки в показаниях.

3. Шум при измерении

Измерение напряжения, особенно малых величин, создает шум измерения сопротивления, который снижает точность. Например, когда два разнородных металла соприкасаются друг с другом в соединении термопары, электромагнитное поле генерируется посредством небольших напряжений. Сила магнитного поля зависит от типа материалов и разницы температур между ними.

Это явление возникает в измерительных проводах, когда меняется поле или внутри него перемещаются провода. Поэтому для точного измерения сопротивления крайне важно устранить эффект термопары за счет уменьшения длины измерительных проводов.

4. Подача неправильного тока при тестировании

Подача тока через компонент во время тестирования повлияет на тестируемое устройство. Например, если устройство, которое вы хотите измерить, имеет высокотемпературный коэффициент, большой ток вызовет его нагрев. Вы можете уменьшить тестовый ток, чтобы уменьшить вероятность нагрева, или отправить его в виде короткого импульса, чтобы повысить точность измерения сопротивления.

5. Колебания температуры

От проводников до изоляторов сопротивление материалов зависит от их температуры. Поэтому жизненно важно контролировать среду измерения, чтобы гарантировать получение точных показаний. Кроме того, этот принцип применим к измерению эталонного стандарта для контрольного теста. Использование датчиков температуры перед тестированием каждого устройства может помочь вам обеспечить постоянную температуру окружающей среды во всех сценариях тестирования; в противном случае значения сопротивления будут другими.

Как правильно выбрать устройство для измерения значения сопротивления

1. Точность

Точность измерительного прибора показывает, насколько близко измеряемое значение к истинному. Например, устройство измерения сопротивления будет оставаться точным в течение определенного периода времени и в определенном диапазоне температур. Кроме того, точность показаний обозначается в процентах от показаний с процентом полной шкалы.

2. Разрешение

Разрешение относится к мельчайшим приращениям, которые ваш прибор для измерения сопротивления позволит вам считывать. Например, цифровой мультиметр с высоким разрешением поможет вам определить малейшую разницу между каждым значением измерения. Однако точность прибора не является гарантией.

3. Длина измерительной шкалы

Цифровой мультиметр или любое другое цифровое устройство, используемое для измерения сопротивления, имеет определенную длину шкалы, количество цифр, которые он отображает для чтения. Если для вашего измерительного приложения требуется более высокое разрешение, вам может потребоваться настроить диапазон. Следовательно, более длинная шкала гарантирует, что вам не придется настраивать диапазон для более точного значения сопротивления или подгонки под конкретный тестируемый компонент.

2. Как устройство выбирает диапазон измерения?

Если значение сопротивления неизвестно, имеет смысл использовать устройство, которое будет автоматически выбирать диапазон измерения. По общему признанию, этот инструмент может означать, что вам придется ждать гораздо дольше, чтобы получить показания сопротивления. Кроме того, использование различных токов при тестировании может привести к повреждению тестируемого компонента.

С другой стороны, использование устройства, позволяющего выбирать диапазон вручную, помогает сэкономить время. Кроме того, этот метод подходит, когда вам нужно измерить сопротивление трансформаторов или двигателей.

3. Температурный коэффициент прибора

Очень важно учитывать температурный коэффициент прибора и его измерительных проводов, так как эти значения могут вызвать колебания в точности измерения сопротивления. Убедитесь, что полученное вами устройство не изменяет измеренное значение из-за капризов изменения температуры окружающей среды.

4. Вид и величина используемого тока

Как указано выше, при измерении сопротивления необходимо подать ток на тестируемое устройство. Если этот ток слишком высок, вы будете считывать ошибки в измерении. Следовательно, это помогает выбрать прибор, который может поддерживать правильную величину тока при тестировании.

Компонент, склонный к нагреву, можно измерить с помощью импульса вместо непрерывного потока тока. Этот метод не повредит тестируемое электрическое устройство.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) по измерению сопротивления

1. В чем измеряется сопротивление?

Сопротивление измеряется в омах, что представляет собой отношение между током и напряжением в соответствии с законом Ома. Это фундаментальное правило описывает легкость прохождения электричества через материал. Если сопротивление велико, компонент называется изолятором. С другой стороны, низкое сопротивление означает, что электрический ток легко протекает, что делает материал проводником.

2. Как измерить сопротивление?

Существует четыре способа измерения сопротивления. Вы можете использовать метод амперметра-вольтметра, двойной мост Кельвина, двухпроводное или четырехпроводное соединение. Эти методы хорошо работают в различных приложениях и могут давать разные результаты от разрешения до точности.

3. Что означает ноль омов?

Если показания вашего прибора равны нулю, это может означать, что значение сопротивления намного ниже того, что может показать разрешение устройства, или выбранный диапазон не подходит для вашего приложения. По общему признанию, все материалы, даже превосходные проводники, оказывают некоторое сопротивление потоку электрического тока. Таким образом, не должно быть такой вещи, как ноль омов.

Тем не менее, если ваш прибор показывает ноль омов, это может означать наличие непрерывности в цепи. Поскольку непрерывность означает отличный электрический путь, она может помочь вам определить, не закорочены ли провода, нет ли пробоя изоляции и различить клеммы двигателя.

3 ловушки, которых следует избегать при измерении сопротивления.

Оперативные руководства

Резюме

Различные условия испытаний могут по-разному влиять на измерения сопротивления. В этой статье мы обсудим некоторые распространенные ошибки, которые приводят к ошибке измерения сопротивления, и способы борьбы с ними.

Описание

Измеритель сопротивления обычно работает, посылая слабый точный ток через измеряемое сопротивление. Затем он измеряет падение напряжения. Когда измерителю известны ток и напряжение, он применяет закон Ома для определения сопротивления. Закон Ома гласит, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток, или R = V/I .

 

Например, если через резистор проходит ток 10 мА (0,01 А) и падение напряжения на резисторе составляет 1 В, то резистор R=V/I = 1 В / 0,01 А. = 100 Ом.

 

Различные условия испытаний могут по-разному влиять на измерения сопротивления. В этой статье мы обсудим некоторые распространенные ошибки, которые приводят к ошибке измерения сопротивления, и способы борьбы с ними.

 

Ловушка 1. Влияние температуры на сопротивление

Судя по уравнению R=V/I, можно подумать, что точное измерение сопротивления на образце материала тривиально, но на самом деле это может быть не так. . Причина этого в том, что удельное сопротивление всех материалов зависит от температуры. Когда вы пытаетесь измерить сопротивление образца, вы неизбежно нагреваете его до некоторой степени. Это называется эффектом саморазогрева Джоуля.

 

Самонагревание в джоулях делает измерение сопротивления сложным балансом между двумя факторами:

1.     Чтобы резистор не нагревался, а значение сопротивления не менялось, ток (= мощность) должен поддерживаться на низком уровне.

2.     Малые токи означают, что нам необходимо измерять меньшие напряжения, что, в свою очередь, требует более высокого разрешения измерения напряжения.

	V = I x R(T) Сопротивление зависит от температуры!

Сколько энергии я могу применить к конструкции?

Поняв влияние температуры на измерение сопротивления, как установить взаимосвязь между температурой и сопротивлением? Мы только что узнали, что изменение температуры прямо пропорционально мощности, подаваемой на ИУ. Мы также знаем, что мощность = напряжение x ток. Выражение напряжения на резисторе через приложенную мощность и сопротивление показано в уравнении ниже.

 

 

Чтобы определить максимальную мощность, которую мы можем приложить к конструкции без изменения ее сопротивления, нам нужно кое-что знать о ее тепловых характеристиках. Давайте рассмотрим пример с медью. Мы знаем, что сопротивление меди изменяется примерно на 0,35% при изменении температуры на каждый градус Цельсия. Для образца размером 10 мм на 10 мм и допуска сопротивления 0,1% мы видим, что максимально допустимая мощность составляет около 0,04 мВт:

 

 

Подставив это обратно к верхнему уравнению, мы видим, что это количество энергии создает изменение напряжения примерно на один микровольт, что примерно говорит нам о том, какое разрешение измерения напряжения должно быть у приборов.

 

	Требуется разрешение измерения напряжения 1 мВ!

Ловушка 2. ТермоЭДС при измерении сопротивления

Другим фактором, который необходимо учитывать при проведении любых измерений (не только измерений сопротивления), является термо-ЭДС (термо-ЭДС). Термо-ЭДС представляет собой импульс переходного напряжения, который генерируется при размыкании или замыкании герконового переключателя. Поскольку практически во всех источниках-измерителях используются герконовые реле, необходимо учитывать эффекты термо-ЭДС при проведении чувствительных измерений низкого уровня.

 

Изображение, показанное на рисунке 1, представляет собой релейную схему коммерческого класса. Это НЕ характерно для реле, используемых в SMU, которые специально разработаны для минимизации ЭДС. Мы можем видеть, что термо-ЭДС генерируется в течение периода времени, когда реле работает. Эта ЭДС может оказать существенное влияние на измерения низкого сопротивления; это исказит измеренное значение сопротивления.

 

  Рис. 1. Пример термо-ЭДС обычного герконового реле.

 

Теперь давайте посмотрим, как выполнить модифицированное измерение Кельвина, которое может устранить влияние термо-ЭДС, а также влияние любых напряжений смещения в вашей схеме. На рис. 2 показано стандартное измерение Кельвина на резисторе R с ЭДС и напряжениями смещения, смоделированными как источники напряжения.

 

 

Рис. 2. Модифицированное измерение сопротивления по шкале Кельвина.

 

Сначала настройте один SMU в качестве источника тока и подайте ток через резистор, который вы хотите измерить. Затем используйте другой измерительный инструмент (вольтметр или дополнительный SMU) для измерения напряжения на резисторе. После расчета сопротивления измените направление тока и повторите измерение. Затем возьмите два измеренных значения сопротивления и усредните их.

 

Если вы проверите это, выполнив уравнения KVL и KCL для этой цепи, вы увидите, что при двойном измерении как положительного, так и отрицательного тока ЭДС и напряжения смещения компенсируются. Конечно, при выполнении этого измерения вам также необходимо убедиться, что вы не подаете слишком много энергии на резистор, чтобы тепловые эффекты не изменили значение его сопротивления.

 

 

 

 

Ловушка 3. Плавающие и заземленные измерения

В электрических цепях напряжение всегда измеряется между двумя точками: точкой с высоким потенциалом и точкой с низким или нулевым потенциалом.

 

Термин «опорная точка» обозначает точку с низким потенциалом, поскольку это точка, к которой относится напряжение. Плавающее измерение — это дифференциальное измерение, не привязанное к земле (нулевой потенциал). Это может быть проблемой, если кто-то по ошибке делает плавающее измерение, ожидая наземного измерения.

 

Давайте рассмотрим контрмеры для решения этой проблемы. Как видно из рис. 3 ниже, конфигурация с использованием электрометра Keysight B2980A для этих двух случаев сильно различается.

 

Если вы перемещаете тестируемое устройство по отношению к заземлению (например, в левом верхнем углу рис. 3), вы можете измерить сопротивление между клеммой высокого и низкого уровня. Паразитные сопротивления и емкости могут обеспечить «скрытый путь» к земле на стороне низкого напряжения. Вы можете смягчить ошибки измерения, подключив отрицательную клемму источника Vs к низкому выводу. Таким образом, амперметр и нижний вывод тестируемого устройства имеют «общую» контрольную точку.

 

В левом нижнем углу показана принципиальная схема, соответствующая измерению поплавкового устройства. Тестовое устройство подключается между положительным выходом V _S и входом амперметра. Поскольку амперметр измеряет очень малые токи и очень чувствителен к помехам, его следует измерять вблизи потенциала земли, чтобы экранировать тестовое устройство для получения лучших результатов измерения.

 

В правом верхнем углу показан случай заземления тестируемого устройства. Поскольку сторона низкого уровня заземлена, приложенное тестовое напряжение и измерение тока должны происходить на клемме высокой стороны тестируемого устройства.