Для измерения сопротивления следует использовать источник постоянного тока или источник напряжения?

Мне нужно спроектировать печатную плату для измерения сопротивления около 5 кОм и сопротивления 0,2 Ом. Я не знаю, какое лучшее решение для измерения этих сопротивлений; может быть, комбинация обоих методов?

Для фактического измерения тока и напряжения вы можете использовать шунтирующий резистор с операционным усилителем, а только для измерения тока вы можете использовать датчик Холла.

Каковы ваши требования к точности?
Спасибо за ответ, я могу решить это сам, но я не знаю, что практично; может 5%?
@LuukBenningshof Прекратите разработку решения, пока не выясните свои требования. Каждое решение — это компромисс между стоимостью, сложностью и точностью. Если вы не знаете, насколько точно вам нужно что-то измерить, мы не сможем ничем помочь.
5% звучит тривиально достижимо. 0,5% стали бы интереснее. Не забывайте про температурную компенсацию.

Ответы (3)

Это сводится к семантике.

Для точного измерения низкого сопротивления необходимо выполнить 4-проводное измерение. Для этого вы должны знать как падение напряжения на вашем резисторе, так и ток, протекающий через него. Вы должны сделать эти два измерения в любом случае.

Импеданс вашего источника питания не имеет значения (он же «источник тока» или «источник напряжения») для достоверности/точности вашего измерения.

Однако по практическим причинам проще найти источник напряжения. Добавьте к нему последовательный резистор около 100 Ом для ограничения и измерения тока.

Вы также можете рассмотреть вопрос о том, будет ли источник тока/напряжения более безопасным, чем другой, в крайних случаях: например, «источник тока» будет плавно работать в условиях короткого замыкания, но насыщаться в условиях разомкнутой цепи и создавать большие переходные процессы, когда контакт восстанавливается. «Источник напряжения» также будет эффективен в условиях короткого замыкания из-за вышеупомянутого последовательного резистора, но он также будет эффективен в условиях разомкнутой цепи.

Спасибо за ответ, есть пара вещей, которые я не понимаю. Во-первых, как бы вы использовали источник напряжения и измеритель тока в 4-проводной конфигурации. Во-вторых, если вы добавите к нему последовательный резистор на 100 Ом, вы не сможете измерить эти 0,2 Ом из-за допусков.
если вы измерите ток и напряжение на резисторе, вы получите сопротивление. Делай математику.
@LuukBenningshof Резистор 100 Ом может иметь слабый допуск. Но вы должны измерить его точным метром один раз. Затем вы можете подставить реальное значение, например 103,776 Ом, в свои расчеты. Если вы используете источник 4,096 В, примерно 8 мВ упадет на вашем тестируемом устройстве 0,2 Ом, а остальное — на резисторе 100 Ом. Для ИУ на 5 кОм примерно 80 мВ упадет на резисторе 100 Ом, а остальное на ИУ. Вот почему, вероятно, потребуются две разные настройки усиления для двух тестируемых устройств или придется пожертвовать некоторой точностью, используя одну настройку усиления.
@LuukBenningshof «как бы вы использовали источник напряжения и измеритель тока в 4-проводной конфигурации» : вы используете источник напряжения, последовательный резистор и два датчика напряжения для определения падения напряжения на ИУ и на резисторе 100 Ом.

Если вам нужно измерить 0,2 Ом, то единственным практичным решением будет 4-проводная схема. Это означает, что источник тока пропускает ток через тестируемое устройство, а вольтметр измеряет напряжение на нем.

Когда у вас есть эти два элемента, вам нужно только изменить диапазоны для измерения любого сопротивления.

Спасибо за ответ, но действительно ли это имеет значение, если тестовые выводы представляют собой трассировки печатной платы?
@LuukBenningshof Резисторы ниже ~ 1 кОм я бы измерил с помощью 4-Wire, если вам нужно быть точным (16 * e10-6 R + 50 мкОм с HP3458 в низкоомном диапазоне)
Дорожки платы имеют ненулевое сопротивление.

Если вы используете источник постоянного напряжения, то ваши измерения будут иметь самую высокую относительную точность в нижней части диапазона сопротивлений.

Если вы используете источник постоянного тока, то ваши измерения будут иметь самую высокую относительную точность в верхней части диапазона сопротивления.

Вы всегда должны измерять как напряжение, так и ток, так как почти всегда можно измерить точнее, чем вы можете получить. Учитывая очень малое сопротивление, я бы также сказал, что 4-проводное соединение с тестируемым сопротивлением в порядке.

Чтобы максимизировать полезный диапазон одной конфигурации, вы хотите использовать источник с импедансом около среднего геометрического верхней и нижней части вашего диапазона измерений.

Если бы я хотел измерить сопротивление в указанном вами диапазоне без перенастройки, я бы посмотрел на источник напряжения с последовательным резистором 30 Ом, этот резистор может удвоиться как ваш шунт для измерения тока.

Назовем тестируемый резистор р т и истоковый резистор р с .

В нижней части диапазона 5-процентное изменение R_t соответствует примерно 5-процентному изменению напряжения на р т и незначительное изменение напряжения на р с . Напряжение на р т составляет около 0,6% от полной шкалы. Таким образом, нам нужна точность измерения около 0,03% от полной шкалы напряжения.

Точно так же в верхней части диапазона изменение R_t на 5% приводит к изменению напряжения примерно на 5% на р с и незначительное изменение напряжения на р т .Напряжение на р с составляет около 0,6% от полной шкалы. Таким образом, нам нужна точность измерения около 0,03% от полной шкалы напряжения.

Я бы сказал, что с 14-битными АЦП должно быть более чем практично для удовлетворения ваших требований без сложностей перенастройки системы для разных диапазонов сопротивления.

Возможно, это удастся сделать с помощью АЦП и усреднения с более низкой точностью, но если вы это сделаете, вам нужно убедиться, что ваша система достаточно шумная.

У меня была та же идея со средним геометрическим после написания моего ответа. ставим источник напряжения, потом 5к, потом 30R, потом 0,2R на GND. таким образом, нужно только переключать точки отвода напряжения и можно использовать два операционных усилителя с фиксированным коэффициентом усиления для измерения обоих значений с высочайшей точностью.
Это неплохая идея, если вам нужно измерить оба сразу, а не иметь схему, которая может измерять любой из них, но не одновременно.
Спасибо за ответ, но у меня еще остались вопросы. Почему источник напряжения имеет самую высокую относительную точность в нижней части диапазона сопротивлений. Это не обязательно должно быть 4-проводное соединение, потому что оно находится на печатной плате.