Зажимы кельвина что это
Зажимы кельвина что это
Четырехпроводное измерение сопротивления (методом Кельвина)
Предположим, что мы захотели измерить сопротивление некоего компонента, расположенного на значительном расстоянии от омметра. Сделать это обычным способом весьма проблематично, так как омметр измерит все сопротивления цепи, включая сопротивления соединительных проводов (Rпровода) и сопротивление самого компонента (Rкомпонента):
Сопротивление провода, как правило, очень мало (всего несколько Ом на сотни метров, в зависимости от сечения), но, если провода очень длинные, а тестируемый компонент имеет небольшое сопротивление, то ошибка измерения будет существенной.
Выход из сложившейся ситуации можно найти в использовании амперметра и вольтметра. Из закона Ома мы знаем, что сопротивление равно напряжению поделенному на силу тока (R = U/I). Таким образом, мы сможем рассчитать сопротивление компонента, если измерим силу проходящего через него тока и напряжение на его выводах:
Так как наша цепь является последовательной, сила тока в любой ее точке будет одинаковой. В связи с этим место подключения амперметра принципиального значения не имеет. Напряжение-же, в отличие от силы тока, на разных компонентах будет различным. Поскольку нам нужно рассчитать сопротивление определенного компонента, то и напряжение мы будем измерять именно на этом компоненте.
По условиям задачи, замер сопротивления необходимо произвести на некотором расстоянии от тестируемого компонента, а это значит, что вольтметр будет подключен к тестируемому компоненту посредством длинных проводов, обладающих некоторым сопротивлением:
Поначалу может показаться, что мы потеряли все преимущества от измерения сопротивления таким способом, потому что длинные провода подключения вольтметра внесут в схему дополнительные паразитные сопротивления. Однако, при детальном рассмотрении ситуации можно прийти к выводу, что это не так. По проводам подключения вольтметра будет идти очень незначительный ток, а следовательно, падение напряжения на них будет таким маленьким, что его можно не принимать во внимание. Иными словами, вольтметр покажет такое же напряжение, какое он показал бы при непосредственном подключении к компоненту:
Любое падение напряжения на проводах цепи, по которым течет основной ток, не будет измерено нашим вольтметром, и никаким образом не повлияет на расчет сопротивления тестируемого компонента. Точность измерения можно повысить, если свести к минимуму поток электронов через вольтметр. Достигается это при помощи использования более чувствительного (рассчинанного на небольшой ток) индикатора, и/или потенциомерического инструмента (инструмента нулевого балланса).
Такой метод измерения сопротивления (позволяющий избежать ошибок, вызванных дополнительным сопротивлением провода) называется методом Кельвина. Специальные соединительные зажимы, облегчающие соединение с тестируемым компонентом, называются разъемами Кельвина:
Зажим разъема Кельвина в целом похож на зажим типа «крокодил», но между ними существуют небольшие различия. Если две половины зажима «крокодил» электрически связаны друг с другом посредством шарнира, то две половины зажима Кельвина такой связи не имеют (они изолированы друг от друга). Электрический контакт между ними возникает только в точке присоединения к проводу или выводу тестируемого компонента. Благодаря этому ток, проходящий через провод «Т» (ток), не попадает в провод «Н» (напряжение) и не создает ошибок, вызывающих падение напряжения в последнем:
Аналогичный принцип используется для измерения силы тока с помощью вольтметра и шунтирующего резистора. Как уже говорилось ранее, шунтирующий резистор в этом случае будет определять, сколько вольт или милливольт напряжения будет приходиться на ампер тока. Иными словами, резистор «преобразует» величину тока в пропорциональную величину напряжения. Таким образом, сила тока может быть точно определена путем измерения напряжения на шунтирующем резисторе:
Стоит отметить, что совместное использование вольтметра и амперметра для измерения сопротивления увеличит ошибку в конечном результате. Поскольку точность этих приборов оказывает непосредственное влияние на результаты измерения, общая их точность может быть хуже, чем точность любого из приборов по отдельности. Например, если и амперметр и вольтметр имеют точность +/- 1%, любое измерение, проведенное с помощью этих приборов, может потерять в точности +/- 2%.
Более высокую точность измерения можно получить путем замены амперметра на высокоточный резистор, используемый в качестве токоизмерительного шунта. Некоторая погрешность в этом случае все равно будет иметь место, но она будет значительно меньшей, так как точность резистора превышает точность амперметра. После произведенной замены схема, использующая разъемы Кельвина, примет следующий вид:
Жирными линиями на этой схеме обозначены токонесущие провода, их легко отличить от проводов, соединяющих вольтметр с обоими сопротивлениями (Rкомпонента и Rвысокоточ).
Щупы Кельвина и миллиомметр для среднего школьного возраста.
Какое-то время назад, после прочтения этого обзора я в очередной раз «загорелся» миллиомметром. В предложенной же в том обзоре конструкции мне не понравилось, что через измеряемый резистор протекает аж 100мА. Было решено сделать свой миллиомметр с… ну вы поняли. 😉
Один из узлов, а именно 5-разрядный панельный вольтметр я уже обозревал, а вот с зажимами Кельвина у меня изнчально вышел облом, о котором я тоже писал. Поэтому я не особо долго думая заказал щупы на бэнге — оно хоть готовое, за практически те же деньги.
Щупы поставляются в пакете с застежкой.
Общая длина каждого — 80см, вес каждого — аж 54 грамма. Как говорится, берешь в руку — маешь вещь.
Сам зажим отличается от того что был в прошлом обзоре только качеством — оно на голову выше. Черный чуть хуже, красный чуть лучше. но в целом впечатление благоприятное.
Провода достаточно большого сечения, с «экраном» из фольгированной плёночки. При использовании «бананов» подключать его некуда, так что висит в воздухе. Теперь о бананах. Бананы откровенно расстроили.
Магнитом даже не стал проверять, потому что так по хорошему — в мусорку их, а не для щупов Кельвина использовать. Значит, пружинная эта вот колбочка, самая важная часть, болтается на штыре. Всегда, даже вставленная в гнездо. В оригинале её распирает вдоль оси и упирает в края протички штыря, но это слишком точно. В более-менее адекватных китайских бананах она хоть изначально не так болтается, и при вставлении в гнездо её хоть как-то но распирает, и болтаться перестаёт. Тут — нифига. Как карандаш в стакане. Как временное решение я спаял в кучу на конце штырь и пружинку (видно на фото), но надо наверно всё же менять. Радует тот факт, что хоть пайка достаточно качественная — есть надежда что и на самих зажимах тоже прямыми руками паяли, а разбирать-то не хочется.
В общем и целом же — ну на четвёрочку. С тем что я купил сдуру прошлый раз — никакого сравнения. Наверно, если бы выбирал еще раз — купил бы снова. Ну и бананы сразу. 😉
Ну а теперь плавно переходим к тому, ради чего всё затевалось. Миллиомметр. Как я уже писал, мне не понравился большой ток через измеряемый элемент. Зато — конструкция максимально проста. Моя несколько сложнее, но с моей точки зрения — оно того стоит, ну и я вполне доволен результатом, ибо получил ну вот прям ровно то что хотел, хотя и не обошлось без косяков.
Первоначально я попробовал погуглить, и нашел либо совсем примитивные конструкции, либо нечто распальцованное, типа этого вот проекта: www.barbouri.com/2016/10/09/milliohm-meter-version-1-5/
Еще есть тема на радиокоте, которая к сожалению оборвалась без вменяемого результата.
Тем не менее, я кое-что почерпнул и из этой темы, и из того крутого проекта, да и какие-то безымянные картинки находил. Ну и в итоге «родил» нечто своё. Схемотехник из меня так себе — институт закончил давно и забыл уже больше чем знал. Да и микросхемы тогда были большие, а полевые транзисторы я видел только на картинках 😉
Итак, рожденная в творческих муках схема представляет из себя вот что:
Коротенечко по узлам: JP5 — для подключения выключателя, в итоге не использовал. JP1 — батарея, JP2 — выход питания вольтметра, JP3 источник тока для нагрузки, JP4 — соответственно вторая, измерительная, сторона зажимов. Подключать их нужно по номерам контактов, то есть первый щуп это 1 контакт JP3 и JP4, второй щуп соответственно 2 контакт.
Далее — стабилизатор питания. Забегая вперед скажу, что вся схема в рабочем режиме потребляет 37мА, без измеряемого элемента — соответственно 27мА, так что в принципе можно использовать «крону», особенно если предполагается редкое использование, как у меня. Стабилизатор, соответственно, можно хоть 78L05 взять, но у меня завалялся десяток 1117 с регулируемым выходом, которые я выпаял с материнских плат. Указанные значения сопротивлений в обвязке дают 5В выход. Если хочется использовать тот же 1117 с фиксированным напряжением 5В — вместо R2 ставим перемычку, R1 не запаиваем.
Теперь стабилизатор тока. Cобран на LM317L. Изначально хотел собрать на той же 1117, но она показала сильное изменение тока при изменении питающего напряжения, что меня крайне сильно и неприятно удивило — хорошо хоть сразу посмотрел. теоретически, для тока 10мА нужен резистор 120 Ом. Практически — зависит от экземпляра микросхемы и резистора, а значит может меняться в широких пределах =, что недопустимо. отсюда резистор на 100 Ом и 50 Ом подстроечник — многооборотистый. в итоге я вместо него запаял два резистора паралельно, кажется по 47 Ом.
Так как у нас устройство предполагает высокую точность, то и операционный усилитель нужно использовать не самый ширпотреб, а что-то малошумящее, прецизионное, с малым дрейфом нуля и желательно его подстройкой. По сусекам намёл OP07, ИМХО он сюда вполне хорошо подходит. НО. Он требует двухполярное питание. В том крутом проекте народ использовал максимовскую повышайку 5В->+-10В, я сделал попроще, и поставил банальный ICL7660, правда на всякий случай развязал по входу и выходу дросселями. Дросселя взял те что были — 100мкГн. Обвязка операционника обеспечивает усилиление в 100 раз, что позволит измерять сопротивления до 4 Ом. Подстроечник на 20кОм в его обвязке — для точной установки нуля.
Все резисторы ставил 1% точности размера 1206. Электролиты ставил какие были — 47мкФ на 16В. У меня их мешок.
Корпус взял кажется kradex z32, у меня в нем был собран аналог транзистортестера на PIC каком-то — собирал ради посмотреть, по факту транзистортестер заметно лучше, этот валялся в ящике — решил раскидать. К сожалению, отверстия для экрана и контактов были совершенно другие, поэтому пришлось частично сфрезеровывать и клеить сверху кусок пластика. Вроде получилось не очень плохо.
Вообще, если кто будет повторять, возможно есть смысл в переносе дисплея чуть ниже, и размещении гнёзд на верхней грани. Но корпуса крадекс отличаются крайне неудачным расположением соединительных стоек, так что я не уверен не будет ли мешать — как минимум от гнёзд будет зависеть. В моей конструкции не помешала бы подставка, чтобы устанавливать прибор под углом, а не ложить на стол плашмя.
Гнёзда для подключения опять же намёл по сусекам старые советские. Они толстые, тяжелые, точеные из бронзы наверно — металл желтого цвета, короче. Можно взять какие-нить простенькие гнёзда-бананы в магазине, но туда еще доехать нужно, а тут всё под рукой.
Далее делаем платку: 
Ну что ж, переходим к тестированию.
хм. какое-то большое расхождение. а! я ведь не скомпенсировал на тестере сопротивление щупов!
заметно лучше, не так ли?
3.9 Ом — практически максимальное измеряемое значение. реальный максимум 4.3 кажется.
ну а теперь то что меня удивило до глубины души. берем резистор 1 Ом 1%:
измерили. а теперь — перемещаем щупы с концов ножек максимально близко к самому резистору:
казалось бы — пара сантиметров, а какая разница в измерениях!
Подытоживая. Я результатом более чем доволен. Хотя, несомненно, на данный момент о точности никакой речи не идет. Нужно как минимум брать прецизионные резисторы и их измерять. Тем не менее, даже сейчас он работает по-моему вполне точно, скажем так — точнее чем обычный тестер, которым фиг заметишь разницу при измерениях в разных точках выводов элемента.
Щупы Кельвина, как я уже писал — на четвёрочку, брать можно, но и не идеал.
На всякий случай файлы eagle6. ВНИМАНИЕ! на плате есть косяк — я расположил выводные элементы на той же стороне что и smd. Для подстроечников и конденсаторов это непринципиально, а вот LM317 нужно будет развернуть, либо перерисовать плату. Собственно, тут рисовки-то на час.
ВСЕ элементы конструкции куплены за свои, за исключением стабилизатора, выпаянного с дохлой мамки и гнёзд, найденных уже не помню где.
Обзор зажима Кельвина. Старого, больного, Кельвина-курильщика.
задумал я собрать милиомметр. а что нам нужно для правильно милиомметра? правильно, 4-проводное подключение. а для 4-проводного подключения нам нужны зажимы Кельвина. и вот, открыв алиэкспресс я долго и вдумчиво выбирал где купить пару-тройку Кельвинов чтоб и качество более-менее и цена не особо большая. выбрал. а заказали потом не то. перепутал сылку мало-мало.
то что пришло — это нечто. не брать ни в коем случае! подробности под катом
открыв пакет я приофигел, но а фигли делать — что заказал то заказал. но если б оно было нормального качества хотя бы… вообще, это должно было быть 5 шт зажимов Кельвина, бананы у меня есть. но как я уже написал, я, похоже, перепутал ссылку при заказе и заказали не то и не у того.
бананы. бананы у нас разные. бананы у нас магнитятся. 
а по стрелочкам зазоры видите? да-да, эта пружинная вставка отлично болтается на оси. 
то что зажать штатными винтами комплектные проводки в них не получится, надеюсь, объяснять не нужно?
а ведь это щупы для прецизионных измерений так-то.
ну и теперь на закусочку сам зажим Кельвина крупным планом:
пойду на бэнге закажу. на али уже сэкономил.
Тема: Выбор крокодилов для 4-х проводных измерений
Опции темы
Я тут решил прикупить себе 2 «крокодила» с изолированными губками (т.н. Kelvin clips, подключение: по 2 провода на каждый) для нового измерительного прибора (LCR), который работает по 4-х проводной схеме. Один китайский еВау-магазин продаёт зажимы 3-х видов: http://stores.ebay.com/Louis-Electro. =p4634.c0.m322 Однако, похоже, у каждого вида крокодилов есть свои достоинства и недостатки.
Третий вариант крокодилов у этого продавца 12-0014 это, похоже, китайская копия модели Mueller BU-78K. Только, вместо серебра используется медь.
Какие будут мнения? У кого есть опыт пользования какими-то из этих крокодилов? На какие ещё модели крокодилов, кроме этих трёх, следует обратить внимание?
P.S. Заранее прошу прощения, если такая тема уже была. Я не нашёл. Пробовал искать Kelvin, Кельвин и четырехпроводная.
Для «миллиОмов» имеет смысл токовые зажимы прибора подключать к кабелю винтовыми клеммами, а потенциальные крокодилами. Иначе неопределенность остается. Причем мерить кабель уже с установленными наконечниками, то есть когда все отдельные жилы уже в контакте и так, как оно будет потом в реальности.
Помогите разобраться. Вопрос по сопротивлению провода
Имеется кусок провода от комплекта стартовых проводов китайского производства. Провод не медный. Это омедненный алюминий. Длина 3,88 метра. Визуально толщина жилы где-то в диапазоне от 10 до 16 кв. мм. Измеряю сопротивление очищенного от изоляции провода. Получаю около 5 мОм. Смущает, что значение постоянно по чуть-чуть «плывет» в сторону увеличения (это видно на видео). Этого не наблюдается при подобных измерения чисто медного провода — показания всегда стабильные. Значение 5 мОм при такой длине соответствует эквивалентному медному в 13,4 кв.мм. Что очень круто, но визуально это провод не тянет на 13 квадратов меди (или 22
кв.мм. алюминия).
Делаю опрессовку медным наконечником. По логике вещей — это должно ещё уменьшить сопротивление — ведь в предыдущем измерении проводки не были собраны в единый пучек. Но получаю обратный эффект — результат увеличился до 6,3 мОм. Показания перестали «плыть» и значение стабильно. 6,3 мОм — эквивалентно медному в 10,5 кв.мм. (или 17 кв.мм. алюминия).
Этот результат очень похож на правду.
Всё снял на видео — процесс обоих измерений до и после опрессовки. Видео смотреть не обязательно (только если есть сомнения в описанном выше).
Как это объяснить? Почему опрессовка дала увеличение сопротивления и показания на микроомметре стабилизировались? Можно ли это связать с тем, что данный провод сделан по технологии CCA (Copper Clad Aluminium) омедненного алюминия?
Пост не ради хайпа. Интересует конструктивное обсуждение. Может на измерения как-то влияет то что контакты зажимов Кельвина латунные, а провод алюминиевый? И после опрессовки медными наконечниками всё становится на свои места.
Update 1.
Наконечники для опрессовки. Сплюснул и измерил по краям — получил от 47 до 52 мкОм. В среднем 49 мкОм.
****
Получается кабель до опрессовки 5000 мкОм
Наконечник 2 штуки 49 мкОм*2 = 98 мкОм
После опрессовки 6300 мкОм
Нестыковка на 1200 мкОм
Собрал первичную схему для теста провода (подключил через шесть реле и одну кнопку — плюс нихром в качестве токоограничителя). Там есть недочеты по сборке, но значение получил. На токе 17,37А падение на кабеле 116,3 мВ. Получается сопротивление 6,70 мОма, что с учетом погрешности 5% входит в полученное микроомметром значение 6,3 мОма. Всё-таки есть какая-то проблема в приборе при измерении алюминиевого провода покрытого медью. 6,7 мОм — это как раз очень даже похоже на правильный результат. Можно будет ещё на других токах попробовать.