켈빈(4선) 저항 측정

저항계에서 상당한 거리에 위치한 일부 구성 요소의 저항을 측정하려고 한다고 가정합니다. 저항계가 모든을 측정하기 때문에 이러한 시나리오는 문제가 될 수 있습니다. 와이어의 저항을 포함하는 회로 루프의 저항(R_wire ) 저항계를 측정 중인 구성요소(R_subject)에 연결 ):

일반적으로 와이어 저항은 매우 작습니다(주로 와이어의 게이지(크기)에 따라 수백 피트당 몇 옴). 그러나 연결 와이어가 매우 길거나 측정할 구성 요소가 매우 긴 경우 어쨌든 저항이 낮으면 와이어 저항으로 인한 측정 오차가 상당할 것입니다.

이와 같은 상황에서 대상 저항을 측정하는 독창적인 방법은 전류계와 전압계를 모두 사용하는 것입니다. 우리는 옴의 법칙에서 저항이 전압을 전류로 나눈 값과 같다는 것을 압니다(R ​​=E/I). 따라서 통과하는 전류와 전압 강하를 측정하면 해당 구성 요소의 저항을 결정할 수 있어야 합니다.

전류는 직렬 루프이기 때문에 회로의 모든 지점에서 동일합니다. 우리는 대상 저항(와이어의 저항이 아님)에서 강하된 전압만 측정하기 때문에 계산된 저항은 대상 구성요소의 저항(R_subject ) 혼자.

하지만 우리의 목표는 멀리서 이 피험자의 저항을 측정하는 것이었습니다. , 그래서 우리의 전압계는 전류계 근처 어딘가에 위치해야 하며, 저항을 포함하는 다른 전선 쌍으로 대상 저항을 가로질러 연결되어야 합니다.

처음에는 전압계가 긴 한 쌍의 (저항성) 와이어를 통해 전압을 측정해야 하기 때문에 이러한 방식으로 저항을 측정할 때의 이점을 상실한 것 같습니다. 그러나 자세히 살펴보면 전압계의 전선이 아주 작은 전류를 전달하기 때문에 손실된 것이 전혀 없음을 알 수 있습니다. 따라서 대상 저항에 걸쳐 전압계를 연결하는 긴 길이의 와이어는 미미한 양의 전압을 떨어뜨리고 결과적으로 대상 저항에 직접 연결된 것과 거의 동일한 전압계 표시가 나타납니다.

주 전류 전달 와이어에서 떨어지는 전압은 전압계로 측정되지 않으므로 저항 계산에 전혀 고려하지 마십시오. 전압계의 전류가 최소로 유지되는 경우 고품질(낮은 전체 범위 전류) 이동 및/또는 전위차(무균형) 시스템을 사용하여 측정 정확도를 더욱 향상시킬 수 있습니다.

켈빈 방법

와이어 저항으로 인한 오류를 방지하는 이 측정 방법을 Kelvin이라고 합니다. 또는 4선 방법. Kelvin 클립이라는 특수 연결 클립 피험자 저항에 걸쳐 이러한 종류의 연결을 용이하게 하기 위해 만들어졌습니다.

일반 "악어" 스타일 클립에서 턱의 양쪽 절반은 일반적으로 힌지 지점에서 결합되어 서로 전기적으로 공통입니다. 켈빈 클립에서 죠 반쪽은 힌지 포인트에서 서로 절연되어 있으며 측정 대상의 와이어 또는 터미널을 걸쇠로 고정하는 팁에서만 접촉합니다. 따라서 "C"("전류") 죠 반쪽을 통과하는 전류는 "P"("전위" 또는 전압)를 통과하지 않습니다. ) 죠의 절반이며 길이를 따라 오류를 유발하는 전압 강하를 생성하지 않습니다.

전류 전도 및 전압 측정을 위해 서로 다른 접점을 사용하는 것과 동일한 원리는 대용량 전류를 측정하기 위한 정밀 션트 저항기에서 사용됩니다. 앞에서 논의한 바와 같이 션트 저항기는 전류의 모든 암페어에 대해 정확한 양의 전압을 떨어뜨리는 전류 측정 장치로 작동하며 전압 강하는 전압계로 측정됩니다. 이러한 의미에서 정밀 션트 저항기는 전류 값을 비례 전압 값으로 "변환"합니다. 따라서 전류는 션트에서 강하되는 전압을 측정하여 정확하게 측정할 수 있습니다.

션트 저항과 전압계를 사용한 전류 측정은 특히 큰 전류 크기를 포함하는 애플리케이션에 특히 적합합니다. 이러한 애플리케이션에서 션트 저항기의 저항은 밀리옴 또는 마이크로옴 정도일 수 있으므로 전체 전류에서 약간의 전압만 떨어집니다.

이 낮은 저항은 와이어 연결 저항과 비슷합니다. 즉, 이러한 션트에서 측정된 전압은 전류가 흐르는 와이어 연결에서 전압 강하를 감지하지 않도록 해야 큰 측정 오류가 발생하지 않도록 해야 합니다. 전압계가 전선이나 연결 저항에서 비롯된 표류 전압 없이 션트 저항 자체에 의해 강하된 전압만 측정하기 위해 션트는 일반적으로 4 연결 단자:

정밀 표준 저항기

도량형(측정학 ="측정 과학" ) 정확도가 가장 중요한 애플리케이션에서는 고정밀 "표준" 저항에도 4개의 단자가 장착되어 있습니다. 2개는 측정된 전류를 전달하기 위한 것이고 다른 2개는 저항기의 전압 강하를 전압계로 전달하기 위한 것입니다. 이러한 방식으로 전압계는 전류가 흐르는 전선이나 전선과 단자 간 연결 저항에 걸쳐 떨어지는 표류 전압 없이 정밀 저항 자체에서 떨어지는 전압만 측정합니다.

다음 사진은 몇 개의 다른 표준 저항과 함께 온도 제어 오일 배스에 ​​담근 1Ω 값의 정밀 표준 저항을 보여줍니다. 전류에 대한 두 개의 큰 외부 터미널과 전압에 대한 두 개의 작은 연결 터미널에 유의하십시오.

다음은 독일 제조의 또 다른 오래된(2차 세계 대전 이전) 표준 저항기입니다. 이 장치의 저항은 0.001Ω이며 다시 4개의 단자 연결 지점은 검은색 손잡이(와이어와 직접 금속 대 금속 연결을 위한 각 손잡이 아래의 금속 패드), 전류 전달을 고정하기 위한 두 개의 큰 손잡이로 볼 수 있습니다. 전선 및 전압계("전위") 전선을 고정하기 위한 두 개의 작은 손잡이:

워싱턴 주 에버렛에 있는 Fluke Corporation의 기본 표준 연구소에서 이 비싸고 다소 희귀한 표준 저항기의 사진을 촬영할 수 있게 해 주셔서 감사합니다.

둘 다를 사용한 저항 측정은 전류계와 전압계는 복합 오류가 발생할 수 있습니다. 두 기기의 정확도가 최종 결과에 영향을 미치기 때문에 전체 측정 정확도는 두 기기 중 하나만 고려하는 것보다 나쁠 수 있습니다. 예를 들어, 전류계가 +/- 1%까지 정확하고 전압계도 +/- 1%로 정확하다면 두 계측기의 표시에 의존하는 측정은 +/- 2%만큼 정확하지 않을 수 있습니다.

전류계를 전류 측정 션트로 사용되는 표준 저항기로 교체하면 더 높은 정확도를 얻을 수 있습니다. 표준 저항과 전압 강하를 측정하는 데 사용되는 전압계 사이에는 여전히 복합 오류가 있지만 일반적인 표준 저항 정확도가 일반적인 전류계 정확도를 훨씬 초과하기 때문에 전압계 + 전류계 배열보다 적습니다. 켈빈 클립을 사용하여 대상 저항과 연결하면 회로는 다음과 같이 보입니다.

위의 회로에서 전류가 흐르는 모든 와이어는 두 저항(R_subject)에 걸쳐 전압계를 연결하는 와이어와 쉽게 구별하기 위해 "굵게" 표시됩니다. 및 R_표준 ). 이상적으로는 전위차계 전압계를 사용하여 "전위" 전선을 통해 가능한 한 적은 전류를 보장합니다.

켈빈 측정은 전기 회로에서 연결 불량이나 예상치 못한 저항을 찾기 위한 실용적인 도구가 될 수 있습니다. DC 전원 공급 장치를 회로에 연결하고 위의 다이어그램과 같이 회로에 정전류를 공급하도록 전원 공급 장치를 조정합니다(물론 회로의 기능 내에서). DC 전압을 측정하도록 설정된 디지털 멀티미터를 사용하여 회로의 다양한 지점에서 전압 강하를 측정합니다.

와이어 크기를 알면 표시되어야 하는 전압 강하를 추정하고 이를 측정한 전압 강하와 비교할 수 있습니다. 이것은 트레일러의 조명 회로와 같이 요소에 노출된 배선에서 불량한 연결을 찾는 빠르고 효과적인 방법이 될 수 있습니다. 전원이 공급되지 않은 AC 도체에도 잘 작동할 수 있습니다(AC 전원이 켜지지 않도록 하십시오).

예를 들어, 전등 스위치의 전압 강하를 측정하고 스위치 또는 스위치 접점에 대한 배선 연결이 의심스러운지 확인할 수 있습니다. 이 기술을 가장 효과적으로 사용하려면 "올바른" 값을 느낄 수 있도록 새로 만든 동일한 유형의 회로도 측정해야 합니다. 이 기술을 새로운 회로에 사용하고 그 결과를 로그 북에 기록하면 향후 문제 해결에 유용한 정보를 얻을 수 있습니다.

관련 워크시트:

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저항계 - 켈빈 워크시트

전류계 - 켈빈 워크시트

DC 모터 - 켈빈 워크시트