Czteropunktowy pomiar rezystancji metodą Kelvina

W tej rubryce przedstawiane są odpowiedzi na wybrane pytania dotyczące elektroniki, zawarte w komentarzach do postów i filmów, nadsyłane przez Patronów i Mecenasów oraz innych Czytelników za pomocą kanałów podanych na stronie: Zapytaj, odpowiedz.

Witam, nurtuje mnie zagadnienie pomiarów metodą [Kelvina] (…) przewody pomiarowe również mają jakąś niezerową rezystancję (…) Na nich też występuje jakiś spadek napięcia (…). Czy są to tak małe wartości, że nie bierzemy ich pod uwagę (…) czy naprawdę ta metoda jest najlepsza do pomiaru?

Zaczynając od końca: tak, w ogromnej większości przypadków jest to metoda najlepsza. Opracowana w XIX wieku, bardzo prosta, ale genialnie usuwająca główne źródła błędów.

Czy jednak pomiar czteropunktowy pozwoli zmierzyć rezystancję z dowolnie dużą, a nawet z idealną, dokładnością? Można odpowiedzieć, że metoda jest wręcz doskonała, idealna. Jednak w praktyce idealnej dokładności pomiaru nie da się osiągnąć. Ale nie z powodu niedoskonałości samej metody, tylko z innych istotnych przyczyn (źródeł błędów), które krótko omówię w tym artykule.

Problem w tym, że często czteropunktowy pomiar Kelvina kojarzymy z mostkiem Kelvina (mostkiem Thomsona, bo tak nazywał się ten naukowiec zanim otrzymał tytuł lorda Kelvina). A schematy mostka Kelvina – przykład na rysunku 1 (Zurex, public domain) niewiele wyjaśniają, a przede wszystkim straszą.

Autorowi pytania nie chodzi o mostek, tylko o metodę – o czteropunktowy pomiar rezystancji metodą techniczną. A konkretnie: chodzi o pomiar małych i bardzo małych rezystancji metodą techniczną. Rezystancji małych, nawet mniejszych od 1 milioma (0,001 Ω). Mierzymy wtedy napięcie i prąd, a wartość rezystancji obliczamy
z oczywistej zależności R = U / I – podstawowy układ pomiarowy pokazany jest na rysunku 2. Celowo nie zaznaczyłem źródła zasilania, tylko mierniki napięcia i prądu.

Przed omówieniem szczegółów warto podkreślić, że w praktyce nie może to być podobny układ według rysunku 3 – ta wersja zdecydowanie nie nadaje się do pomiaru małych rezystancji, bo nie pozwoli wyeliminować kluczowych błędów.

Nie rozpatrując szczegółów wracamy do rysunku 2 i odnotowujemy pierwszy problem: amperomierz mierzy nie tylko prąd płynący przez badany rezystor! Mierzy sumę prądów rezystora (I_R) i, zapewne niedoskonałego, woltomierza (I_V).

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (Cappuccino = 10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – CAPPUCINO (10 zł),
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mam wysłać na podany adres e-mailowy.