Точные методы измерения сопротивления

Этот вопрос навеян некоторыми основными вопросами о резисторах, которые я недавно прочитал здесь.

Какой самый точный / точный метод измерения сопротивления резистора вы можете придумать? Какой уровень точности может быть достигнут на практике? Можете ли вы повторно измерить сопротивление с точностью до +/- 1 мкОм? +/- миллиом? Можно ли как-то отличить резистор заданного номинала от эквивалентных последовательных резисторов? эквивалентные параллельные резисторы?

Не хочу слишком сильно ограничивать ответы, но мне было бы интересно использовать микроконтроллер и внешнюю схему для проведения измерений. Извините, если это слишком расплывчатый вопрос, я изо всех сил пытался сузить сферу. Я думаю о методах, которые включают контакты GPIO и встроенные периферийные устройства, такие как АЦП и аналоговые компараторы.

Сколько у тебя денег?

Ответы (4)

Распространенным точным методом определения сопротивления является 4-точечный зонд . Проблема стандартного измерения сопротивления с использованием двух щупов заключается в том, что для подачи тока и измерения напряжения используются одни и те же контакты. Это означает, что в самих щупах есть падение напряжения (а также контактное сопротивление, но это не преодолевается с помощью 4-точечного датчика). Чтобы обойти это, используются 4 щупа: 2 из них подают ток, а два других измеряют напряжение.

Это обычно делается с помощью дорогих настольных мультиметров, но также может быть выполнено с помощью двух приличных мультиметров, источника тока и карманного калькулятора. Используйте источник тока, чтобы понизить напряжение на рассматриваемом резисторе, и измерьте этот ток одним измерителем. Остерегайтесь того, что счетчики имеют напряжение нагрузки и часто не могут точно измерить малые токи (Дэйв Джонс создает uCurrent для борьбы с этим). Другим мультиметром измерьте падение напряжения на резисторе. Рассчитайте сопротивление с помощью калькулятора по закону Ома: R = V/I. Этот метод будет ограничен напряжением нагрузки вашего измерителя тока. Вы обнаружите, что это даст измерения сопротивления немного ниже, чем если бы вы просто измеряли только 1 метр.

Метод 4-точечного зондирования часто используется для определения характеристик кремниевых пластин, удельное сопротивление которых колеблется от 10^12 до 10^18 Ом·м!

@tyblu, хороший ответ, я на самом деле использовал 4-проводной измеритель ... вы предполагаете, что этот метод может обеспечить точность 12-18 значащих цифр (т. Е. Обнаруживать отклонения, превышающие пикоомы для малых сопротивлений)?
@vicatu, к сожалению, даже тепловой шум превосходит измерения в этом диапазоне. Устройства, используемые в сказочных домах, не имеют проводов, но производят измерения прямо на «кончиках». Они также хорошо защищены от электромагнитных помех. Это тот, который я использовал.
@tyblu интересно, измеритель выглядит довольно большим (похожим на то, что я использовал), вы когда-нибудь слышали о реализации компонентов, участвующих в 4-проводном измерении, непосредственно «в цепи», чтобы избежать всех проблем, связанных с пробниками?
@tyblu да, я согласен, что никому, вероятно, никогда не будет интересна такая точность, я просто спросил из любопытства, какой уровень точности практически возможен.
@vicatu, вы имеете в виду реализацию 4-точечного измерения с использованием некоторых металлических слоев на кремнии? У меня нет, но я бы тоже не стал, так как я молод в индустрии.
Я видел характеристику резистора в температурных установках, где использовались соединения Кельвина (4-проводные), потому что длина провода внутри и снаружи термокамеры была значительной.
@tyblu, кстати, я только что прочитал о гаджете uCurrent - спасибо за ссылку, действительно интересное чтение - возможно, придется купить мне один из них :)
Вам даже не нужен источник тока; подойдет только источник напряжения с последовательным ограничительным резистором.
@vicatcu: нет среды, в которой можно измерить 18 значащих цифр, где последняя цифра действительно значащая. Просто подумайте о поддержании постоянной температуры с точностью до 1/1000 градуса. Это просто невозможно. Я также не вижу причин, по которым кто-то хотел бы измерять с такой точностью. Вам никогда не потребуется более 4 значащих цифр.

В дополнение к ответу tyblu относительно измерения с 4 отведениями, для получения хорошей точности вам потребуется отличная температурная стабильность/воспроизведение, поскольку коэффициенты могут варьироваться от 5 до 250 ppm/K [1] в зависимости от состава.

Кроме того, в отношении:

Можно ли как-то отличить резистор заданного номинала от эквивалентных последовательных резисторов? эквивалентные параллельные резисторы?

Можно считать, что резисторы содержат миллионы (миллиарды и т. д.) крошечных резисторов, соединенных последовательно и параллельно. Определение «дискретный резистор» довольно условно, оно основано на механических свойствах, а не на электрических.

правильно, я не говорил о том, чтобы различить их физически/визуально, я имел в виду, можете ли вы как-то косвенно определить разницу через измерение.
@vicatcu: Это моя точка зрения, вы не можете определить это по двухполюсному измерению «черного ящика». Конечно, вы можете отсканировать его с помощью компьютерной томографии ...
Вольт определяется примерно до 1 нВ. Точность измерения тока зависит от шунтирующего резистора; скажем, это «6,5-разрядный» счетчик, который дает точность 0,5 нА. Это дает максимальную точность измерения сопротивления 1,5 нОм. Вроде низко. Тепловой шум составляет 1 нВ/50 Ом в полосе пропускания 1 Гц , и он будет доминировать в измерениях.

использование моста Уитстона может дать вам гораздо большую точность, чем четырехточечные датчики. Это то, что используется для измерения тензорезисторов, где механическое изменение напряжения и деформации приводит к очень низкому изменению сопротивления. Единственный способ измерить эти небольшие изменения сопротивления — использовать мост Уитстона.

@shashtastic интересно, можете ли вы уточнить свое заявление о том, что оно более точное, чем 4-проводное измерение?
-1: мосты Уитстона дают очень хорошую относительную точность (и в тензорезисторах можно умножить сигнал на 4, если все резисторы зависят от деформации), но не дают никакого преимущества в абсолютной точности, если вы не знаете эталонные резисторы в мосте. Они также не помогают при измерении сопротивления с низким сопротивлением, где сопротивление соединения может иметь значение.
  • Максимальная точность измерения сопротивления ограничена стандартом сопротивления на основе Квантового Холла (теперь принятым на международном уровне), который в настоящее время составляет около 0,02 ppm (частей на миллион) = 2/100 000 000; = 0,000002%.
  • Хорошие национальные лаборатории, например NIST, измеряют специальные (стабильные) резисторы 1 Ом и 10 кОм до 0,05 ppm (у меня есть один, откалиброванный до 0,05 ppm :-) ). Стабильность лучших первичных эталонных резисторов составляет 0,05 ..0,2 ppm/год при правильном обращении (без воздействия повышенных температур и термических/механических ударов). Цена резистора/измерителя порядка 1,5к$. Чтобы избежать влияния температуры, манганиновые резисторы во время измерения выдерживают при температуре ванны 25,00°С.
  • Мосты хорошего качества и 8,5-разрядные мультиметры позволяют проводить измерения с точностью 3..15ppm (ограничено дрейфом во времени 3..10ppm/год). Но они позволяют сравнивать резисторы с погрешностью 0,1...0,5ppm. Таким образом, наличие хорошего стандарта резисторов позволяет повысить точность. Вторичные эталонные резисторы (например, Rosa Type (манганиновые), старые продаются по цене около 80$) имеют годовой дрейф 0,3...3ppm/год, TC -20...+20ppm/град (в зависимости от температуры). Резисторы из Evanohm имеют более низкий температурный коэффициент <3 ppm, но имеют более высокую ЭДС по отношению к меди.
  • Основные пределы точности измерения сопротивления связаны с дрейфом сопротивления со временем, температурой и влажностью. Для маломощных резисторов <10 кОм) необходимо использовать четырехпроводные соединения и методы, чтобы избежать падения напряжения на соединительных проводах. Для прецизионного измерения резисторов с большой емкостью (> 1 МОм) требуются специальные схемы защиты, чтобы избежать утечек.
Точные методы измерения сопротивления
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v