Четырёхконтактная схема

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Четырёхточечное измерение сопротивления между клеммами 2 и 3 датчика напряжения. Ток подаётся через крайние соединения 1 и 4.

Четырёхконтактная схема — является схемой измерения электрического импеданса образца, которая использует отдельные пары токовых контактов и зондовых контактов для снятия напряжения, чтобы сделать более точные измерения, чем позволяет двухконтактная схема. Четырёхконтактный способ используется в некоторых омметрах и анализаторах импеданса, а также в проводке тензодатчиков и термометров сопротивления, термопарах. Четырёхточечные зонды также используются для измерения поверхностного сопротивления тонких плёнок (особенно тонких плёнок полупроводников)[1].

Разделение электродов тока и напряжения исключает возможность измерения сопротивления проводов и контактов. Это преимущество для точного измерения низких значений сопротивления. Например, руководство по эксплуатации моста LCR рекомендует четырёхконтактную схему для точного измерения сопротивления ниже 100 Ом[2].

Четырёхзондовый метод также известный как зондом Кельвина в честь Уильяма Томсона, лорда Кельвина, который изобрёл мост Кельвина в 1861 году для измерения очень низких сопротивлений с помощью четырёхзондового метода. Каждое двухпроводное соединение можно назвать соединением Кельвина. Пара контактов, предназначенная для одновременного подключения пары «сила-датчик» к одному выводу или проводу, называется контактом Кельвина. Зажим, часто зажим типа «крокодил», который соединяет пару «сила-датчик» (обычно по одному на каждую челюсть), называется зажимом Кельвина.

Принцип работы[править | править код]

Пример схемы подключения по Кельвину

Когда используется соединение Кельвина, ток подаётся через пару силовых соединений (токоподводов). Они создают падение напряжения на импедансе, который необходимо измерить в соответствии с законом Ома V = IR . Пара сенсорных соединений (выводов напряжения) выполняется непосредственно рядом с целевым сопротивлением, так что они не дают вклада в падение напряжения на силовых выводах или контактах, из-за того, что к измерительному прибору почти не поступает ток.

Обычно измерительные провода располагаются как внутренняя пара, а силовые провода — как внешняя пара. Если поменять местами силовые и сенсорные соединения, это может повлиять на точность, потому что в измерение включено большее сопротивление проводов. Силовые провода могут пропускать большой ток при измерении очень малых сопротивлений, и они должны быть соответствующего размера; сенсорные провода могут быть небольшого диаметра.

Этот метод обычно используется в источниках питания низкого напряжения, где он называется дистанционным измерением, для измерения напряжения, подаваемого на нагрузку, независимо от падения напряжения в питающих проводах.

Обычно используют 4-проводное соединение с токоизмерительными шунтирующими резисторами с низким сопротивлением, работающими при высоком токе.

Для тонких плёнок используют метод ван дер Пау для вычисления сопротивления.

Трёхточечное подключение[править | править код]

В варианте используется три провода с отдельными выводами нагрузки и датчиков на одном конце и общим проводом на другом. Падение напряжения в общем проводе компенсируется предположением, что оно такое же, как и в проводе нагрузки, того же размера и длины. Этот метод широко используется в термометрах сопротивления, также известных как датчики температуры. Он не так точен, как 4-проводное измерение, но может устранить большую часть ошибок, вызванных сопротивлением кабеля, и достаточно точен для большинства приложений.

Другой пример — стандарт блока питания ATX, который включает в себя провод удалённого считывания, подключённый к 3.3 В линии питания на контакте 13 разъёма, но где нет сенсорного соединения для заземляющих проводов.

Примечания[править | править код]

  1. Chandra, H., et al. Open-Source Automated Mapping Four-Point Probe. Materials 2017, 10(2), 110. doi: 10.3390/ma10020110
  2. Manual for the Racal-Dana Databridge 9343M: «If the resistance value is low, less than 100 ohms, make a four-terminal connection…»

Ссылки[править | править код]