Прибор для измерения малых сопротивлений

Прибор для измерения малых сопротивлений

В практике радиолюбителя приходится встречаться с необходимостью измерения низкоомных сопротивлений (до 1 Ом). Решить эту задачу и предназначен простой миллиомметр. Этим устройством можно с достаточной для радиолюбителя точностью измерять сопротивления от 0,0001 до 1 Ома.
При измерении малых сопротивлений с помощью цифровых мультиметров последовательно с измеряемым сопротивлением, назовём его Rx, неизбежно включено сопротивление соединительных проводов, переходное сопротивление входных клемм или гнёзд, контактов переключателя и т.п. Это сопротивление (Rпр.) находится в пределах 0,1…0,4 Ом. Вследствие вышеуказанных причин, реально измеренное сопротивление будет больше Rx на некоторую величину (Rx+Rпр.). Погрешность может доходить до 50 % при измерении очень малых сопротивлений. Для больших сопротивлений эта ошибка невелика, и её можно не учитывать.
Из изложенного понятно, что надо исключить влияние соединительных проводов и т.п. на результат измерения очень малых сопротивлений. Существует метод измерения низкоомных сопротивлений по 4-зажимной схеме на постоянном токе. Применение данного метода полностью исключает влияние соединительных проводов на результат измерения малых сопротивлений. Этот метод используется в данном миллиомметре. Кратко рассмотрим суть метода измерения по 4-зажимной схеме.

На рис.1 (слева) приведена схема измерения сопротивления по 2-зажимной схеме. Красным цветом показан путь измерительного тока. Как видим, ток протекает и через измеряемый резистор и через сопротивление проводов (Rпр) мультиметра, что вносит погрешность в результат измерения. Сопротивление вольтметра не оказывает влияния на измерение Rx, так как обладает очень большим (до 10 МОм) внутренним сопротивлением Rвх. На рис.1 (справа) показана 4-зажимная схема измерения. Из схемы понятно, что сопротивление проводов не оказывает влияния на результат измерения, так как включено последовательно с очень большим внутренним сопротивлением вольтметра. Измерительный ток протекает только через резистор Rx.

Вот схема миллиомметра (рис.2).

Источником питания схемы является батарея с напряжением 9 В. Выключателем SB напряжение от батареи подаётся на микросхему стабилизатора напряжения типа 7806. Конденсатор С1 служит для подавления скачков напряжения. Резисторы R1, VR2 необходимы для установки выходного напряжения микросхемы в пределах 6 В. Потенциометром VR2 устанавливается точная величина выходного напряжения величиной 6В. Потенциометром VR3 устанавливается выходной ток, протекающий через измеряемый резистор Rx равный 100мА (0,1 А). Поскольку резистор VR3 имеет относительно большое сопротивление по сравнению с измеряемым Rx, то погрешность, возникающая при этом вследствие наличия сопротивлений Rx (от 1 мОм до 1 Ом ), будет оказывать влияние на величину тока 100мА в пределах не более 2%.

Конструкция миллиомметра
Внешний вид и вид на монтаж деталей миллиомметра показан на фото 1, 2 и 3. Монтаж деталей выполнен навесным способом, микросхема на радиатор не устанавливалась. В качестве потенциометров VR2, VR3 использованы многооборотные резисторы для более точной установки напряжения и тока. Корпус прибора пластмассовый, размеры 11*6*4 см. Клеммы К1 иК2 металлические. Выключатель питания типа МТ-1.

Подготовка к измерению сопротивления
Подсоединить щупы цифрового вольтметра к клеммам К1 и К2. Подать напряжение от источника питания на схему, включив выключатель SB. Потенциометром VR2 установить выходное напряжение величиной 6 В при неподключённом резисторе Rx. Далее, отключив SB, переключаем мультиметр на измерение тока (щупы остаются на прежнем месте), включаем SB и потенциометром VR3 устанавливаем величину выходного тока 0,1А.

Проведение измерений
Для начала возьмём несколько резисторов известной величины (0,1; 0,2; 0,5 Ом) и измерим их сопротивление, чтобы убедиться в работоспособности миллиомметра.

Не включая питание под клеммы К1 и К2, зажимаем выводы измеряемого сопротивления. Щупы цифрового вольтметра устанавливаем в гнёзда клемм К1 и К2, а предел измерения на отметку 200мВ. Включаем питание и считываем показания прибора.

Допустим, величина измеренного напряжения 22,3 мВ. Ток ранее был установлен 100мА. Делим напряжение на ток и получаем искомое сопротивление. В нашем случае: Rx=22,3: 100= 0,223 Ом. Конечно, принято делить вольты на амперы, чтобы получить Омы, но так удобнее, не надо переводить мВ и мА в вольты и амперы. Точно также измеряем другие эталонные резисторы. Но всё-таки вспомним, что 1 В-1000мВ; 100мВ-0,1В; 10мВ-0,01В; 1мВ-0,001В; 1А-1000мА; 100мА-0,1А. В моём мультиметре наименьший предел измерения – 200мВ, цена деления – 0,1 мВ. Входное сопротивление – около 10 МОм. То есть теоретически можно измерить сопротивление величиной 0,001 Ом (1мОм). Вольтметры с низким входным сопротивлением для наших измерений не годятся.
Итак, мы определили, что проведенные измерения дали реальный результат. Теперь переходим к измерению неизвестного сопротивления. В качестве неизвестных сопротивлений будем использовать шунты из разобранных авометров. При измерении сопротивления самого большого шунта падение напряжения составило 0,5 мВ, ток 100 мА.

Величина сопротивления шунта, рассчитанная по закону Ома, получилась 0,005 Ом. Сопротивление малого шунта, измеренного миллиомметром, равно 0,212 Ом (падение напряжения – 21,2 мВ).
Практическое применение миллиомметр может найти при подборе шунтов для зарядных устройств, измерении сопротивлений в оконечных каскадах усилителей низкой частоты и других устройств, где необходимо измерение малых сопротивлений (переходное сопротивление контактов выключателей, реле и др.).
Измерение низкоомных сопротивлений можно производить и при токах более 0,1 А. Для этого необходимо собрать стабилизатор тока на соответствующий ток. Схемы стабилизаторов приведены на рис.3.

Стабилизатор включается в схему вместо потенциометра VR3. Конечно, это повлечёт за собой установку микросхемы и транзистора на радиаторы соответствующего размера, а также к увеличению размеров прибора.
Сопротивления менее 1мОм (1000 мкОм) измеряют с помощью микроомметров. Измерительный ток может быть величиной до 150 А. Напряжение большой роли не играет.
Если необходимо изготовить шунт для зарядного устройства, а нихрома, константана, манганина нет, то можно воспользоваться шпилькой подходящего диаметра, как показано на фото 9.

Материал шпильки – сталь, бронза, медь и т.п. Передвигая один из контактов по шпильке добиваются нужного сопротивления шунта. Расчёт сопротивления шунта несложен. Будут вопросы – обсудим.

Измерение малых сопротивлений, шунтов

В данной статье мы попробуем научиться измерять малые сопротивления. У радиолюбителей иногда возникает потребность точно определить сопротивление шунта при изготовлении или ремонте амперметра, чтобы он в свою очередь также точно показывал свои единицы измерения или в других целях. Но как это сделать, когда мультиметр не имеет шкалы измерения милли Ом, маркировка либо отсутствует, либо совсем не известна и не понятна? Большинство измерительных приборов имеют минимальную шкалу 200 Ом для измерения сопротивления и 3,5 – 4 разряда, при закорачивании щупов там уже примерно 0,7 Ом, при измерении сопротивления 0,1 Ом ничего не меняется, беда. Сейчас поправим.

Предлагаю использовать для этой цели мостовую схему измерения. Что такое мост должны представлять все, на этом останавливаться не будем. Составим мост из резисторов, подадим на него какое либо напряжение и будем его же измерять, хотя можно и ток измерять, разницы не будет, что более точное у нас под рукой, то и выбираем. Так а причем здесь измерение малого сопротивления? Терпение, все по порядку из далека. Есть такая замечательная вещь как баланс моста. Произведение сопротивлений противоположных плеч моста, при условии его сбалансированности, будут одинаковы. А напряжения и токи при сбалансированности моста будут взаимокомпенсировать друг друга и в сумме дадут 0.

( Пусть R0 это R3, а Rx это R4 )

Итак, исходя из вышеперечисленного, если в мост поставить вместо одного из резисторов наше малое сопротивление произвольного номинала, а другой резистор сделать переменным или подстроечным (по схеме используем два переменных резистора для точности балансировки моста, особенно в том случае, когда под рукой нет многооборотистых переменных резисторов), чтобы добиться баланса моста. Такую схему можно использовать для измерения шунтов и малых сопротивлений:

Схему было собирать лениво, тем более, что плату изготовить нужно достаточно времени, поэтому навесным монтажом был изготовлен подопытный образец схемы. Здесь резисторы R1 и R2 не 1%, но подбирались максимально близкие к сопротивлению заданного номинала, погрешность сопротивления не превышала 0,5 % при комнатных условиях.

Но нужно знать как получить точное значение измеряемого сопротивления. Во первых, главное особенностью такое схемы является то, что с помощью нее “умножается” измеряемое сопротивление. А это значит, что необходимость в шкале на милли Омы в мультиметре отпадает. Сопротивление в 0,1 Ом уже можно будет измерять на шкале в кило Омы. Только измерение будет теперь не прямым, а косвенным, придется использовать немного математики и подсчитывать конечный результат измерения.

Определимся какой диапазон номиналов будем измерять (имеется ввиду малое сопротивление или сопротивление шунтов). Для этого нужно выбрать номиналы переменных резисторов:

По схеме используем два переменных резистора для большей точности взаимодействия, 1 кОм и 100 Ом. Такое сопротивление переменных резисторов позволит измерить максимально большое сопротивление в 1,1 Ом, минимальное с сохранением точности измерения 0,01 Ом (при Rx=0,01 Ом R0 должно быть 10 Ом, которые также нужно достаточно точно измерять своим мультиметром)

Читайте также:  Прибор для проверки частоты кварцев

И номиналы постоянных резисторов, чтобы мост легко балансировался и было удобно подсчитать номинал шунта или малого сопротивления:

Кратность резисторов относительно друг друга лучше всего брать именно такой – 10, 100, 1000, чтобы быстро подсчитать конечный результат, хотя никто не запрещает брать не круглые числа, чтобы потом считать еще и с калькулятором. По схеме это отношение 100.000 к 100, то есть умножитель на 1000.

Собираем схему. Использовать можно любые подстроечные или переменные резисторы, но для большей точности советую взять многооборотистые подстроечные или переменные резисторы, а постоянные использовать с допуском не более 1%, а лучше еще меньше. В качестве элемента питания по схеме используется “Крона” на 9 вольт, можно заменить на любой другой источник. Конденсаторы на случай использования блоков питания для фильтрации. Схема в нашей конфигурации сопротивлений потребляет 90 мА от батарейки 9 В, поэтому для частых измерений, конечно, целесообразней использовать блок питания. Схема собрана, теперь изучаем методику измерения. После подсоединения измеряемого сопротивления, необходимо подать на схемку напряжение, не важно какое, но чем больше оно, тем больше точность, устанавливаем измеритель на предел 200 mV и приступаем к процессу балансировки моста путем вращения подстроечного резистора до появления полного нуля на вольтметре. Это значит, что мост сбалансирован и все выражения теперь справедливы к нашей схеме. Далее измеряем сопротивление подстроечного резистора и вычисляем значение малого сопротивления:

или более красиво вот так

(219 Ом * 100 Ом)/100 кОм получаем 0,219 Ом сопротивление шунта (смотри видео).

Или проще полученный результат необходимо разделить на 1000 (так как 100кОм/100Ом будет 1000 – наш умножитель) в нашем случае. И что же мы видим? Да! Это и есть сопротивление, которое мы измеряли 0,219 Ом (

0,22 Ом). В пределах хорошей точности, а если учитывать погрешности при измерении и взаимодействии со схемкой – идеально.

Теперь не нужно будет ломать голову, когда возникнет необходимость в подобных измерениях. Схема проста, но не многие знают о ней.

К статье прилагается печатная плата для изготовления мини приставки к мультиметру и проект Proteus для любопытных проверить это чудо, но ленивых, чтобы собрать схему.

Миллиомметр Raptor 4K – приставка к мультиметру

Автор материала: Nusik1975 aka Андрей Бучнев

Понадобилось мне как-то изготовить шунт на 50 миллиОм. Но под рукой не оказалось прибора, чтобы измерить такое сопротивление. Имеющиеся в интернете схемы либо были сложны для повторения, либо это были 2-х проводные схемы, не обеспечивающие нужной точности измерений, либо нужно было подбирать какие-то детали. Ни одна из схем меня не устроила. Как и всегда, было принято решение разработать устройство самому.

Предлагаемая приставка имеет следующие особенности:

  • простота конструкции при минимуме деталей;
  • сборка доступна даже начинающему радиолюбителю;
  • дешевизна приставки;
  • диапазон измерений от 6 мОм до 3 Ом;
  • высокая достоверность измерений;
  • лёгкость настройки;
  • нет необходимости в пересчёте показаний мультиметра;
  • питание от порта USB.

Прибор выполнен как приставка к мультиметру. Он будет полезен при изготовлении шунтов, замере малых величин сопротивления. Им можно замерить сопротивление дорожек на печатной плате, отрезка медного провода и т.п.

Схема приставки:

Согласно расчёту, приставка позволяет измерять сопротивления от 6 миллиОм до 3 Ом. На практике были проверены резисторы от 1 миллиОм до 2,2 Ом.

Поскольку требовалось разработать измерительное устройство, а не показометр, его было необходимо проверить на более точном приборе, чтобы убедится в корректности измерений. В качестве эталонного миллиомметра был использован мультиметр Agilent 34410A, откалиброванный в соответствии с технологией производителя, в сервис-центре Keysight Technologies. Калибровка обеспечивает погрешность измерения, не превышающую 0.010% + 0.004% (показания + диапазон) на диапазоне до 100 Ом. С его помощью был протестирован магазин сопротивлений, которые потом были измерены данной приставкой. Тем самым точность приставки была проверена методом сравнения с эталоном.

По результатам тестирования выяснилось, что несмотря на высокое качество и достаточно малую погрешность мультиметра Agilent 34410A, его погрешности измерений (0.010% + 0.004%) недостаточно, чтобы определить абсолютную погрешность измерения приставки. Поэтому привожу результаты замеров разных резисторов, а вам оставляю возможность рассудить самостоятельно, достаточна ли точность приставки для ваших задач.

С результатами измерений вы можете ознакомиться в таблице:

В современных профессиональных мультиметрах используется 4-х проводная схема подключения измеряемой цепи, с применением зажимов Кельвина.

Такое включение позволяет с высокой точностью измерять малые сопротивления, поскольку компенсирует сопротивление проводов, щупов и сопротивление контакта щупа с измеряемой цепью. В отличие от 2-х проводной схемы, в результат измерения не вносятся значительные погрешности при измерении сопротивлений в единицы Ом, не говоря уже о миллиОмах.

Поэтому, при разработке было решено использовать именно 4-х проводную схему измерения. Для измерения сопротивления через резистор пропускается заранее известный фиксированный ток, установленный с максимально возможной точностью. Для этого используются 2 из 4 проводов. Двумя другими проводами производится измерение падения напряжения на резисторе. Схема соединения с использованием щупов Кельвина частично компенсирует сопротивление контакта щупов с исследуемой цепью. Для простоты преобразования Ом в Вольты, ток через измеряемый резистор был выбран 50 мА. При меньшем токе начинает появляться нежелательная погрешность, которая складывается из погрешности приставки и погрешности мультиметра.

Для подачи на измеряемый резистор фиксированной величины тока, используется схема драйвера тока. Она состоит из: источника опорного напряжения на микросхеме MCP1525, операционного усилителя AD8541 и транзистора VT1. С помощью подстроечного резистора R2 устанавливается требуемый ток драйвера. Так как при измерении малых сопротивлений падение напряжения на измеряемом резисторе мало, был использован усилитель токового шунта на микросхеме MAX4372T. Он позволяет усилить напряжение на его входе ровно в 20 раз. К нему и подключается мультиметр в режиме вольтметра или милливольтметра. При отсутствии измеряемого резистора и подключенном питании на выходе приставки присутствует напряжение около 4,5-5 вольт.

Все компоненты приставки, за исключением подстроечного резистора R2, резистора R3 и разъёма mini-USB, размещены на одной стороне платы. Обратная сторона используется как экран. В местах сверловки под выводы R2 и R3, выводах на щупы и на мультиметр, отверстия раззенкованы с обратной стороны, для предотвращения короткого замыкания с экраном. По периметру платы просверлены отверстия, через которые земляной полигон соединяется с противоположной стороной. Резистор R3 убран в ПВХ трубочку.

Резистор R2 выбран многооборотный, типа СП5-2, но можно ограничиться и обычным подстроечным резистором.

Настройка устройства сводится лишь к тому, чтобы подстроечным резистором выставить ток 50 мА. Для этого к входам приставки C+ и C- подключается мультиметр в режиме измерения постоянного тока и на USB разъём подаётся питание. Поворачивая движок подстроечного резистора, выставляем ток 50 мА. Желательно выставить ток как можно точнее, поскольку некорректное выставление тока драйвера будет вводить погрешность в формулу пересчёта сопротивления в напряжение. Советую даже при возможности использовать более точный мультиметр. Настройка закончена.

Формула пересчёта

Согласно закону Ома, R=U/I. Ток нам заранее известен- 50мА. Заранее известен коэффициент усиления MAX4372T, он равен 20. А поскольку 20*0.05А=1, то на каждый измеренный приставкой Ом приходится 1В напряжения, измеренный мультиметром.

Считывание показаний с мультиметра производится следующим образом. Если мультиметр находится в режиме вольтметра, то показания на его дисплее будут в Омах. Если мультиметр в режиме милливольтметра, то показания в миллиОмах. Ничего умножать, делить, вычитать, компенсировать, сбрасывать ноль, и т.п., как в ряде других конструкций, не нужно. Здесь проявляется главное удобство работы с данной приставкой. Если на мультиметре есть режим измерения милливольт, и он, к примеру, имеет предел 400 mV, то в этом режиме мультиметра мы можем измерить резисторы до 400 мОм. Резисторы больше этого номинала следует измерять уже на режиме вольтметра, и показания будут в Омах.

Сборка приставки

Корпус был выбран стандартный, из линейки Gainta, модель G431.

Печатная плата с односторонним монтажом, для упрощения изготовления. Однако, применён двусторонне фольгированный текстолит. С другой стороны платы он служит экраном. Для соединения его с земляным полигоном, по периметру платы просверлены отверстия, и в них пропущен монтажный провод, пропаянный с обеих сторон. При изготовлении печатной платы я заклеиваю скотчем фольгу на противоположной стороне, и она не стравливается в растворе. Мини-USB разъём выполнен на своей маленькой плате, на обратной стороне которой также находится фольга. Эта платка вместе с напаянным на неё разъёмом паяется встык к основной плате. Питание с разъёма подается на основную плату посредством небольшого отрезка монтажного провода. Разводку платы сначала делал под установку разъёма, но затем разъём был вынесен отдельно. В архиве в одном файле 2 платы: основная и платка для разъёма mini-USB. Крепление платы в корпусе производится двумя саморезами по диагонали.

Проводники от зажимов до приставки были выполнены экранированным проводом МГТФ-Э 0.12, но можно использовать любой экранированный провод. Главное, чтобы каждый из 4 проводов был в своём экране, для исключения влияния наводок. Зажимы Кельвина приобретались на широко известно китайском ресурсе, стоимость их небольшая. Каждый провод от приставки припаивается к своей губке зажима, а экраны припаиваются к земляному полигону платы. Экраны проводов со стороны зажимов никуда не подключаются. Провода от зажимов до приставки уложены попарно в свои термоусадочные трубки.

Читайте также:  Прибор для измерения нагрузки сети

Так как при замере малых сопротивлений счёт идёт на милливольты, проводники от приставки до мультиметра также были выполнены проводом МГТФ-Э 0.12. Они уложены внутрь термоусадочной трубки, и лишь на конце разветвляются. Для подключения приставки к мультиметру в запасах были найдены советские штыревые разъёмы с подпружиненным штырём. Пришлось их немного модифицировать, отрезав резьбовую часть. Можно также использовать широко распространённые banana-plug (бананы).

Питание приставки должно быть в диапазоне 4.5-5.5В. Рекомендуется запитка от 5 вольт ровно. Источник питания должен обеспечивать ток не менее 0.1А. Можно, к примеру, использовать USB порт компьютера. Если будет использоваться какое-либо зарядное устройство для портативной техники, обязательно проверьте его выходное напряжение. Оно не должно быть выше 5,5 вольт.

Обзор и тестирование миллиомметра в ролике:

файлы к статье

Авторы устройства:

Nusik1975 aka Андрей Бучнев

Миллиомметр — приставка к мультиметру

Приставка совместно с цифровым мультиметром серий М-83х, DT-83x позволяет проводить измерения малых активных сопротивлений с дискретностью 0,001 Ом. Как и предыдущие приставки, разработанные автором, она питается от внутреннего стабилизатора АЦП мультиметра.

Известно, что мультиметры серий М-83х, DT-83x обладают малой погрешностью измерения напряжения постоянного тока. Причём эту погрешность всегда можно минимизировать, откалибровав прибор подстройкой образцового напряжения (100 мВ). Поэтому, по мнению автора, разработка и повторение приставок для мультиметра, преобразующих ту или иную измеряемую величину в постоянное напряжение на его входе “VΩmA”, могут представлять интерес для определённой части радиолюбителей как с финансовой точки зрения, так и с творческой. При доступности элементной базы и её стоимости из таких приставок можно собрать неплохой измерительный комплекс для домашней лаборатории, не прибегая к покупке дорогих измерительных приборов, причём зачастую с погрешностью измерений, приближающейся к погрешности самого мультиметра. Очередная такая приставка – миллиомметр – представлена ниже. Она позволяет измерять малые активные сопротивления резисторов, что особенно важно при их самостоятельном изготовлении из отрезков проводов с высоким удельным сопротивлением, например, для различных шунтов.

Основные технические характеристики

Интервал измерения, Ом . 0,001. 1,999

Погрешность измерения сопротивления в интервале 0,2. 1,999 Ом, %, не более * . 2

Напряжение питания, В . 3

Ток потребления, мА, не более . 2,5

__________
* Погрешность измерения тщательно налаженного устройства в указанном выше интервале практически сводится к погрешности мультиметра в режиме измерения постоянного напряжения на пределе 200 мВ через 5. 10 мин после включения приставки при замкнутых измерительных зажимах.

Существуют два простых способа измерения низкоомных резисторов. Первый – подавать через измеряемый резистор небольшой ток (единицы мА) с последующим усилением падения напряжения на измеряемом резисторе. Однако это потребует применения в усилителе постоянного тока дорогостоящих и не всем доступных прецизионных ОУ с малым напряжением смещения нуля и его уходом от изменения температуры. Второй – более простой и менее затратный – подавать больший ток (например, 100 мА) и непосредственно измерять падение напряжения на резисторе. В случае наличия соответствующего источника постоянного тока (ИТ) так и поступают. На первый взгляд, при питании миллиомметра от АЦП мультиметра такой возможности нет. Но существует ещё и импульсный метод, когда ток от ИТ для измерения подают короткими во времени импульсами по отношению к их периоду. При этом средний ток измерения, как известно, снижается пропорционально скважности импульсной последовательности.

Этот метод, как и в некоторых предыдущих разработках, например [1, 2], использован для измерения малых сопротивлений.

Схема приставки приведена на рис. 1. Рассмотрим работу приставки при подключённом к зажимам ХТ3, ХТ4 измеряемом резисторе Rx.

Рис. 1. Схема приставки

На логическом элементе DD1.1 – триггере Шмитта (ТШ), элементах VD1, C1, R1, R2 собран генератор импульсов. Период повторения импульсов – 150. 160 мкс, пауза – 3. 4 мкс. При указанном на схеме включении диода VD1 генератор потребляет минимальный ток, что связано с особенностью разного потребления тока ТШ при его переходе из состояния логического нуля в логическую единицу и обратно [3]. Когда напряжение на входе уменьшается от высокого уровня к низкому (на выходе уровень логического нуля), сквозной ток через выходные транзисторы ТШ в 2. 4 раза больше, чем в обратном случае. Эта особенность, по наблюдениям автора, проявляется во всех ТШ буферизированной логики КМОП. Поэтому, если время разрядки конденсатора С1 сократить введением цепи VD1R2, средний ток потребления генератором импульсов при питании 3 В для серии 74НС будет равен 0,2 мА вместо 0,5. 0,8 мА. Элементы DD1.2 и DD1.3 – инверторы, на выходе которых длительность импульсов равна 3. 4 мкс, а пауза – 150. 160 мкс. Они включены параллельно для повышения нагрузочной способности.

На транзисторе VT1 собран источник тока. Диод VD2 – термокомпенсирующий. Ток ИТ задан равным 100 мА. При таком токе на резисторе сопротивлением 2 Ом падение напряжения равно 200 мВ, что соответствует пределу измерения в мультиметре “200 mV”. ИТ задаёт ток для измерения только при появлении паузы на выходе генератора импульсов на DD1.1, когда резистор R4 на время 3. 4 мкс через этот выход подключён к общему проводу. “Ускоряющий” конденсатор С2 уменьшает время переключения транзистора VT1 для получения на измеряемом резисторе Rx прямоугольных импульсов. Инвертированные импульсы с выходов элементов DD1.2, DD1.3 поступают на затвор полевого транзистора VT2, включённого как синхронный детектор. На время действия импульса ток от ИТ проходит через измеряемый резистор, создавая на нём падение напряжения, которое через открытый транзистор VT2 синхронного детектора поступает на “запоминающий” конденсатор С4, заряжая его до падения напряжения на резисторе. Напряжение с конденсатора через клеммы XP2, XP3 поступает на вход “VΩmA” для измерения. По окончании импульса оба транзистора закрываются на время 150. 160 мкс до появления следующего. Сглаживающий конденсатор С3 ёмкостью 220 мкФ устраняет в линии питания импульсный характер тока потребления приставкой, поддерживая его на уровне около 2,5 мА для встроенного стабилизатора напряжения +3 В АЦП мультиметра. Этот ток нетрудно определить, учитывая, что скважность импульсов на выходе инверторов DD1.2, DD1.3 равна 40. 50 (100 мА/ (40. 50)).

Узел на полевом транзисторе VT3 и элементах R8, C5 служит для ограничения тока зарядки конденсатора С3 от стабилизатора напряжения АЦП на уровне не более 3 мА с момента подачи питания в течение 5 с. При подаче питания напряжение на конденсаторе С5 начинает расти за счёт протекания зарядного тока через резистор R8. Когда оно достигнет порогового для транзистора VT3, последний начинает плавно открываться, обеспечивая ток зарядки конденсатора С3 на безопасном для стабилизатора АЦП уровне. Резистор R7 и диод VD3 обеспечивают разрядку конденсатора С5 после отключения питания.

Приставка собрана на плате из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж печатной платы и расположение на ней элементов показаны на рис. 2. Фотография собранной приставки представлена на рис. 3.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и расположение на ней элементов

Рис. 3. Фотография собранной приставки

Конденсаторы, резисторы и диоды – поверхностно монтируемые. Конденсаторы С1, С2, С4 – керамические типоразмера 1206, С3, С5 – танталовые типоразмеров С и В. Все резисторы – 1206. Немного подробнее следует сказать о транзисторе 2SA1286 (VT1) [4]. Он заменим, например, 2SA1282, 2SA1282А с коэффициентом передачи тока h21Э не менее 500 (дополнительный индекс G) [5]. Возможна замена и на другие аналогичные с меньшим h21Э (до 300), при этом сопротивление резистора R4 следует уменьшить до 1,8. 2 кОм. Главное – проверить в документации или экспериментально, чтобы пологая часть выходной характеристики транзистора при токе коллектора Iк 100 мА начиналась с напряжения Uкэ не более 0,5 В. В противном случае на указанную погрешность измерения рассчитывать не придётся – она может быть существенно больше. Полевой транзистор IRLML2402 (VT2) заменим, например, FDV303N, а IRLML6302 (VT3) – BSS84. При иной замене следует учесть, что пороговое напряжение транзисторов, сопротивление открытого канала и входная ёмкость (Ciss) должны быть сопоставимы заменяемым.

Штырь ХР1 “NPNc” – подходящий от разъёма или отрезок лужёного провода подходящего диаметра. Отверстие под него в плате сверлят “по месту” после установки штырей ХР2, ХР3. Штыри ХР2 “VΩmA” и ХР3 “СОМ” – от щупов для мультиметра. Неразъёмные соединения XT 1, XT2 – лужёные пустотелые медные заклёпки, пропаянные с предназначенными для них контактными площадками на печатной плате. В заклёпки вставлены и пропаяны облуженные концы гибкого провода МГШВ сечением 0,5. 0,75 мм 2 , заканчивающиеся зажимами XT3, XT4 типа “крокодил”. Длина каждого провода – 10. 12 см. Нижние внутренние поверхности “пасти” зажимов облуживают. Концы проводов, идущих к ним, облуживают, затем протаскивают в нижние “пасти” зажимов и припаивают. Припой следует нанести с излишком, который затем опиливают надфилем до уровня зубьев “крокодила”, как показано на фотографии рис. 4.

Рис. 4. Зажимы с припоем

Приставка требует налаживания. При работе с ней переключатель рода работ мультиметра устанавливают в положение измерения постоянного напряжения на пределе “200 mV”. Показания с учётом высвечиваемой запятой следует делить на 100. Перед подключением приставки к мультиметру следует проконтролировать потребляемый ею ток от другого источника питания напряжением 3 В, имеющего защиту по току, чтобы не вывести из строя встроенный маломощный стабилизатор напряжения питания АЦП в случае неисправности какого-либо элемента или случайного замыкания токоведущих дорожек платы.

Читайте также:  Прибор для проверки катушек индуктивности

Подключите приставку к мультиметру и замкните зажимы XT3, XT4, “закусив” их “пасти” с напаянными площадками друг на друга. Дайте установиться тепловому режиму транзистора VT1 в течение 5. 10 мин. Несмотря на то что корпус транзистора холодный на ощупь, кристалл внутри корпуса даже от коротких импульсов тока 100 мА за это время нагреется и его температура стабилизируется. Для облегчения налаживания резисторы R3 и R6 на плате составлены из двух, соединённых параллельно. На рис. 2 они обозначены как R3’, R3” и R6’, R6”. Через 5. 10 мин подберите резистор R6’ так, чтобы показания индикатора мультиметра оказались в интервале 0.+0,5 мВ, а затем подбором дополнительного резистора R6” большего сопротивления установите “чистый” ноль (±0 мВ). Далее, подключив к зажимам XT3, XT4 заведомо измеренный резистор Rx, например, 1 Ом, резисторами R3’ и R3” установите соответствующие показания на индикаторе мультиметра. Для уменьшения погрешности измерений указанные операции следует повторить до получения нужного результата. На рис. 5 показана фотография приставки с мультиметром при измерении проволочного резистора С5-16МВ мощностью 2 Вт с номинальным сопротивлением 0,33 Ом и допуском ±5 %.

Рис. 5. фотография приставки с мультиметром

При изменении печатной платы свободные входы элементов микросхемы DD1 следует соединить с плюсовой линией питания или с общим проводом.

Чертёж печатной платы в формате Sprint LayOut 5.0 можно скачать здесь.

1. Глибин С. Измеритель ЭПС – приставка к мультиметру. – Радио, 2011, № 8, с. 19, 20.

2. Глибин С. Замена микросхемы 74АС132 в измерителе ЭПС. – Радио, 2013, № 8, с. 24.

Измерение малых значений сопротивления с помощью современных настольных мультиметров

Универсальные цифровые вольтметры: АВМ-4306 (Aktakom), АВМ-4561 (Aktakom), АВМ-4402 (Aktakom-Iwatsu), DM3062 (Rigol), 2010/E (Keithley).

ТЕОРИЯ

1) Наиболее распространённый метод повышения точности измерения сопротивления – 4-х проводная схема подключения:

Метод подразумевает пропускание тока и измерение напряжения. Однако ток протекает через один набор подводящих проводов, в то время как напряжение воспринимается другим набором проводников. Напряжение измеряется непосредственно на резистивном элементе (RTD), а не в той точке, где подключен источник тока. Это означает, что сопротивление подводящих проводов полностью исключается из измерительной схемы.

Типовая четырехпроводная схема измерения сопротивления помогает исключить большую часть случайных и систематических погрешностей

2) Режим относительных измерений позволяет исключить из результатов измерений заданную постоянную величину (например, сопротивление соединённых измерительных щупов). Цифровые мультиметры позволяют задать в качестве базовой величины для относительных измерений любое текущее измеренное значение.

3) Различие материалов проводников в измерительной цепи вызывает при прохождении тока нагрев в местах контактов (образуется термопара). Возникающая при этом термо-ЭДС вызывает погрешность при измерении малых сопротивлений. Для исключения данного фактора тестовый ток отключается на половину цикла измерения, остаточная разность потенциалов в этот момент характеризует величину термо-ЭДС и вычитается из результатов измерений.

4) Технология измерений «сухой схемой» позволяет исключить из результатов измерений контактного сопротивления погрешность, вызванную пробоем плёнки окисла на поверхности контактов. Снижение тестового напряжения за счёт шунта RSH в четырехпроводной схеме измерений до величины не более 20 мВ решает данную задачу.

Методы измерений

1) Режим относительных измерений позволяет снизить погрешность 2-х проводной схемы измерений, однако даёт погрешность контактного сопротивления при закорачивании щупов, которая в ряде случаев (особенно при измерении малых сопротивлений) может оказаться сравнимой с измеряемым значением.

2) Цифровой фильтр, встроенный в некоторые мультиметры, позволяет видеть на дисплее прибора более стабильные показания, за счёт вычисления усреднённого значение. В режиме скользящего среднего пересчитывается усреднённое значение после каждого нового замера, а в режим повтора – после заполнения всех ячеек усредняемых значений. При большой скорости измерений данная функция обеспечивает более точное определение измеренного значения и увеличивает число разрядов результата.

3) 4-х проводная схема приближает результат измерений к истинному значению на несколько порядков, что весьма существенно при измерениях малых величин! Благодаря данному методу, хорошая точность достигается даже при использовании бюджетных приборов.

4) При наличии разности температур между стыками разнородных металлов генерируется термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с. или термоэлектрический потенциал). Это паразитное напряжение может превышать уровень сигнала, который способен измерять мультиметр. Термоэлектрические эффекты могут служить причиной нестабильности или значительного смещения нуля, а так же изменению показаний прибора.

Компенсация термо-ЭДС исключает влияние контактной разности потенциалов при соединении разнородных проводников в измерительной цепи, за счёт снижения нагрева, ограничивая время протекания тестового тока.

5) С помощью метода «сухой цепи» результат измерений оказывается максимально приближен к величине измеряемого контактного сопротивления в реальных условия.

Приборы

1) Большинство современных бюджетных настольных мультиметров предусматривают режим относительных измерений и 4-х проводную схему измерений. (АВМ-4306 – AKTAKOM; АВМ-4402 – AKTAKOM-IWATSU; DM3062 -Rigol)

2) Приборы более высокого класса в дополнение помимо этого имеют настраиваемый цифровой фильтр результатов измерений, особенно актуальный при увеличении числа разрядов дисплея (АВМ-4561 – AKTAKOM).

3) Для максимальной точности измерений применяется целый комплекс различных методов и схем. Прецизионные мультиметры высокого класса точности – Keithley 2010/E – с 7 ½-разрядным дисплеем позволяют нажатием всего одной-двух кнопок активировать цифровой фильтр, схему компенсации термо-ЭДС или режим «сухой цепи».

Таким образом, для сложных измерений, когда обычные цифровые мультиметры не обеспечивают требуемой точности, важно не ошибиться в поиске измерительного прибора и выбрать именно то, что соответствует Вашим измерительным задачам.

ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ

Все сопротивления условно делятся на:

Ø малые (до 1 кОм);

Ø средние (от 1 до 100 кОм);

Ø большие (более 100 кОм).

Для измерения сопротивлений применяют следующие методы:

Ø косвенный метод (с помощью амперметра и вольтметра), с последующим вычислением сопротивления;

Ø метод непосредственной оценки (с помощью омметра)

Ø метод сравнения (с помощью моста постоянного тока).

Косвенный метод

Для измерения этим методом применяются следующие схемы измерений:

Но при этом в схеме на рисунке 1, а неточно измеряется напряжение на сопротивлении RX (оно меньше показания вольтметра на величину падения напряжения на амперметре IRA ), а в схеме на рисунке 1,б неточно измеряется ток (он меньше показания амперметра на значение тока, протекающего через вольтметр U / RV ).

В схеме на рисунке 1, а чем больше RX , тем ближе по значению напряжения вольтметра и резистора, т.е. меньше погрешность измерения напряжения. Поэтому данную схему применяют для измерения больших сопротивлений (например, сопротивления изоляции).

В схеме на рисунке 1, б чем меньше RX , тем ближе по значению токи амперметра и резистора, т.е. меньше погрешность измерения тока. Поэтому эту схему используют для определения малых сопротивлений.

Для измерения средних сопротивлений можно использовать любую из этих схем.

Метод непосредственной оценки

Для измерения величин сопротивления применяют омметры.

Омметр – это прибор для измерения сопротивлений постоянным током. В основе его работы лежит способ измерения сопротивлений с помощью вольтметра и амперметра.

Основан на том, что при постоянном напряжении сила тока в электрической цепи зависит от сопротивления. Эта зависимость позволяет по величине тока в цепи оценивать ее сопротивление. Стрелка омметра показывает на шкале величину сопротивления присоединенного к зажимам прибора. Шкала измерительного прибора градуируется в омах.

Различают две схемы омметров.

с последовательным включением измеряемого резистора RX относительно измерительного прибора

Приборы состоят из источника питания Е, стрелочного прибора (обычно микроамперметр), добавочного резистора RД и переменного калибровочного резистора R К и ключа К.

Схемы отличаются включением стрелочного прибора: в одной схеме он включен последовательно, а в другой параллельно измеряемому резистору R Х .

Схема с последовательным включением применяется для измерения больших сопротивлений (рисунок 7), а с параллельным (рисунок 8) – малых.

В качестве источника тока (питания) используются сухие гальванические элементы (батареи), которые с течением времени разряжаются, поэтому перед каждым измерением омметр (прибор) необходимо калибровать.

Омметр с последовательным включением калибруют следующим образом: замыкают переключатель К и регулируя R К (сопротивление калибровочного резистора), устанавливают стрелку прибора на отметку «0».

При подключении измеряемого резистора RX к зажимам прибора в цепи протекает ток

( R i – сопротивление источника питания Е).

Значение тока, а значит, и угол отклонения стрелки прибора зависят от R Х .

Чем больше R Х , тем меньше ток, и меньше угол отклонения стрелки. Такой омметр имеет обратную шкалу и нелинейную, так как зависимость тока, протекающего через стрелочный прибор от измеряемого сопротивления R Х будет нелинейна.

Рисунок 2 – Схема омметра с последовательным включением RХ

Омметр с параллельным включением измеряемого резистора RХ калибруется при разомкнутом переключателе К, при этом весь ток протекает через измерительный прибор и угол отклонения стрелки оказывается максимальным. Регулируя R К , устанавливают стрелку прибора на отметку ” ¥ “.

При подключении RХ часть тока ответвляется в параллельную ветвь и угол отклонения стрелки уменьшается. Шкала прибора прямая и так же нелинейная, так как зависимость тока от величины измеряемого сопротивления R Х нелинейна.

Рисунок 3 – Схема омметра с параллельным включением RХ

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector
Задача:Измерение малых значений сопротивления (реле, магнитный адаптер, резистор) с компенсацией сопротивления тестовых щупов, паразитного сопртивления контактов, термо-ЭДС и других источников погрешности.
Решение: