Techniczna metoda pomiaru rezystancji lub natężenia (czteropunktowa, Kelvin clips)

Omówię bardzo praktyczny sposób wykonywania pomiarów małych rezystancji i pomiarów natężenia prądu przy pomocy metody technicznej, czteropunktowej.

Jest to metoda pośrednia pomiaru rezystancji polegająca na użyciu przyrządów
pomiarowych: woltomierza i amperomierza, oraz wykorzystaniu prawa Ohma. Zmierzona rezystancja jest równa ilorazowi zmierzonego napięcia i natężenia.

Mierniki, źródło zasilania i badany element zestawia się w układzie poprawnego pomiaru napięcia. Dlatego amperomierz musi być umieszczony pomiedzy źródłem prądu, a woltomierzem - na filmie zawracam uwagę na poprawne umieszczenie sond napięciowych "wewnątrz" sond prądowych.

Użyte przyrządy pomiarowe wpływają oczywiście na pomiar. Amperomierz pokazuje również prąd przepływający przez woltomierz. Jest to błąd metody, czyli błąd systematyczny. Dlatego zaleca się użycie woltomierza o jak największej rezystancji wewnętrznej, dzięki czemu naśladuje on woltomierz idealny (jak np. Meratronik 542.1 o rezystancji 10 GΩ na zakresie do 10 V).
Niepewność takiego pomiaru wyznaczamy z wykorzystaniem prawa propagacji, a wyznaczenie błędu systematycznego i względnego jest przeprowadzone w powszechnie dostępnej literaturze szkolnej. Tu skupiam się na opisaniu samej metody pomiarowej, na wskazaniu jej mocnych i słabych stron.




Można też dokonać pomiaru rezystancji, tak jak to sie dzieje w miernikach dostosowanych do pomiaru czteropolowego (np. miliomomierz). Wtedy zamiast pomiaru natężenia prądu stosuje się precyzyjne źródło prądowe, a mierzy się tylko napięcie.

Do powyższego filmu podczas montażu wstawiłem wyniki następujących pomiarów:
0.085019 V / 0.5757 A = 0.14768 Ω
0,084321 V / 0,5703 A = 0.14785 Ω
0,085532 V / 0,5784 A = 0,14788 Ω
0,085525 V / 0,5784 A = 0,14787 Ω
0,085051 V / 0,5752 A = 0,14786 Ω
Podczas kolejnych pomiarów zmieniałem tylko tylko położenie sond napięciowych. Należało by policzyć błędy pomiarowe, ale przy tak niestabilnym źródle zasilania i relatywnie niewielkiej szybkości dokonywanych pomiarów przez mierniki i tak mam identyczne pomiary do 1/1000 części Ω.

***


Dlaczego wyniki są tak powtarzalne, pomimo zwiększania rezystancji sond napieciowych?

 Dodając rezystory w szereg z woltomierzem tak na prawdę zwiększam jego rezystancję wewnętrzną i zmieniam zakres pomiarowy:

Dodana rezystancja, w porównaniu z 10 MΩ, lub jak w przypadku Metrahit 29S z 11 MΩ, rezystancji wewnętrznej miernika na zakresie woltomierza napięcia stałego nie ma żadnego realnego wpływu na pomiar.

Pokazałem praktycznie, że rezystancja (w granicach rozsądku) sond pomiarowych (napięciowych) w metodzie technicznej nie wpływa na wynik pomiaru. Wniosek ten jest oczywisty, gdy porównujemy rezystancje wewnętrzna przyrządu, z rezystancją sond pomiarowych, ale praktyczne zaprezentowanie takiego pomiaru powinno rozwiać wszelkie wątpliwości.

Przy pomiarze czteropunktowym i prawidłowo podłączonych sondach prądowych i napieciowych nie ma znaczenia rezystancja sond napieciowych - oczywiście rozsądna rezystancja takich sond. Szczególnie, że nawet wprowadzenie dodatkowej rezystancji sond napieciowych (powtórzę: w rozsądnych granicach!) nie powinno mieć wpływu na pomiar napięcia, gdyż rezystancja woltomierza powinna być znacząco, o rzędy wielkości, większa.

I to jest dowód fizyczny - porównanie wielkości rezystancji wewnętrznej woltomierza z rezystancją sond napieciowych - niewielka rezystancji toru pomiarowego napięcia nie ma znaczenia.
Gdy do pomiaru napięcia użyje się dobranego wzmacniacza operacyjnego (uwaga na napiecie niezrównoważenia przy pomiarze DC), to rezystancja wejściowa może być rzędu 10E9 lub nawet 10E12 (giga i tera Ω).

***


Proszę zwrócić uwagę na użycie Kelvin clips - czyli specjalnych sond dostosowanych do prowadzenia pomiarów czteropunktowych. Nie zawsze użycie narzędzi, bez zrozumienia zasady jego działania przyniesie oczekiwane rezultaty.

***


Ostatnim pomiarem, był pomiar testowy znanej rezystancji. Użyłem opornika laboratoryjnego o rezystancji 0,001 Ω:

Uzyskałem następujący rezultat, co wg. mnie, nawet bez liczenia błędów pomiarowych, potwierdza prawidłowość metody, samego badania i poprawność wskazań użytych przyrządów pomiarowych:
0,000568 V / 0,5633 A = 0,001008 Ω

***


Podobne pomiary przeprowadzałem już wcześniej, również przy użyciu prądu przemiennego:


*

Metodę techniczną stosuje w wielu moich testach, np.:





*
***
*


Prawo Ohma:
Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest wielkością stałą, niezależną od napięcia i natężenia prądu.
I / U = const
R = U / I

Wiele materiałów nie zachowuje proporcjonalności napięcia i prądu - prawo Ohma nie jest spełnione. Mówimy wtedy o materiałach (i podzespołach elektronicznych) nieliniowych.



Prawo Ohma dla prądu przemiennego:
W obwodach prądu zmiennego przebiegi prądu i napięcia mogą być przesunięte w fazie. Wtedy odpowiednikiem oporu jest zespolona impedancja. Rezystancją nazywa się wtedy część rzeczywistą impedancji, a konduktancją część rzeczywistą odwrotności impedancji (nazywanej admitancją).

W obwodach spełniających prawo Ohma impedancja nie zależy od amplitudy napięcia ani prądu, a amplituda prądu jest wtedy proporcjonalna do amplitudy napięcia.


***


Jeszcze dla przypomnienie:
Pierwsze prawo Kirchhoffa
Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natężeń prądów wypływających z tego rozgałęzienia.


****


Powrót do głównej strony o: 
********


Update: 2016.05.13
Create: 2016.05.13
Autor: Brak komentarzy:
Etykiety: , , , , ,

Pobór prądu z akumulatora i jego ładowanie podczas postoju i pracy silnika.

Jak wygląda pobór prądu z akumulatora i jego ładowanie podczas pracy silnika? Czy jak włączymy kilka odbiorników prądu to powstanie deficyt energii? To oczywiście zależy od konkretnego samochodu, ale użyte autko testowe powinno dosyć dobrze reprezentować gro samochodów.

Czy akumulator podczas jazdy jest rozładowywany, czy może cały czas ładowany? (Oczywiście zakładam sprawność instalacji elektrycznej w samochodzie.)

W testowym samochodzie jest zainstalowany rozrusznik o mocy 0,9 kW lub 1 kW - niestety nie wiem dokładnie. Alternator ma wydajność 100 A.

***

Do pierwszego testu użyłem sondy cęgowej AC/DC z zakresami 40 i 400 A - co przekłada się odpowiednio na 10 mV na 1 A, oraz 1 mV na 1 A mierzonego natężenia.

Przed nakręceniem tego filmu celowo rozładowywałem akumulator przez około 30 minut. Zostawiłem włączone światła mijania, radio i CB.

1) Pobór prądu z akumulatora i jego ładowanie podczas postoju i pracy silnika:

Przykładowe przeliczenie zmierzonego napięcia na ampery:
110 mV / 10 mV = 11
Pobór prądu wynosi 11 A.

***


Akumulator na filmie podłączony jest w sposób opisany poniżej:

Wspomniana przetwornica napięcia to:

***


Do drugiego filmu akumulatora nie rozładowywałem. Poprzedniego dnia jeździłem nim kilka godzin w trasie, więc akumulator był naładowany (mam ciągłą kontrolę napięci w samochodzie, więc wiem, że ładowanie było).

Drugi film ma potwierdzić poprawność przeprowadzenia pierwszego testu (i uzyskanych wyników). Zawsze warto sprawdzać i nawet krzyżowo potwierdzać uzyskane wyniki.

Do tego pomiaru wykorzystałem bocznik, co daje możliwość najpewniejszego pomiaru przepływu prądu i jego natężenia. Wiązało to się z kilkoma problemami. Po pierwsze nie chciałem stracić ustawień adaptacyjnych komputera sterującego silnikiem, wiec zależało mi, by nie rozłączyć zasilania samochodu. Na szczęście mam zainstalowany kondensator o pojemności około 0,5 F co ułatwiło zadanie. Po drugie należało wykonać pewne połączenia bocznika z instalacją samochodową, a potrzebne przekroje przewodów, a nawet klemy, mam na działce. Znalazłem w szpargałach kabel wytrzymujący ciągłe natężenie do 60 A, a klemę zastąpiłem opaską zaciskową. Do tego solidne lutowanie i nie bałem się obciążyć tą instalację prądem rozrusznika.

Do pomiaru użyłem rezystor pomiarowy z multimetru:
Rezystancja tego bocznika wynosi 0,01 Ω. Na powyższym filmie 10 mV oznacza 1 A.


Pomiar z użyciem oscyloskopu. Niebieski przebieg odwzorowuje napiecie na zaciskach akumulatora, a czerwony przebieg odwzorowuje przepływ prądu przez rezystor pomiarowy.

2) Pobór prądu z akumulatora i jego ładowanie podczas postoju i pracy silnika:
(Autko nie umyte po zimie - rzadko go używam)

Pomiar z użyciem funkcji rekordera skopometru, wiec odwzorowuję tylko natężenie prądu.
Na tym filmie sprawdziłem też pobór prądu przez:
- Światła mijania.
- Wentylator nawiewu na wszystkich "bigach".
- Pobór prądu przez samochód po przekręceniu kluczyka z wyłączona pompą paliwa.
- Pompę paliwa.
- Radio samochodowe.
-  CB radio Pretendent Jackson.
- Światła stop'u.
- Ogrzewanie tylnej szyby.

3) Pobór prądu z akumulatora i jego ładowanie podczas postoju i pracy silnika:

Dwa powyższe filmy wyszły nieostre. Niestety piękna pogoda, a co za tym idzie oślepiające słońce utrudniło obserwowanie wyświetlacza aparatu. Ilość miejsca w autku również nie ułatwiała sprawy. Wartości i przebiegi jednak są widoczne, dlatego postanowiłem wykorzystać te materiały.

Wyniki testów zaskoczyły mnie. Oczekiwałem większego poboru prądu z akumulatora, a na pewno częstszego. Wygląda na to, że akumulator w samochodzie pracuje jak akumulator buforowy.

Więcej na:
Tigra / samochód

***


Użyty do pomiarów skopometr:
Oscyloskop Siglent SHS806

***


Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)


Update: 2016.09.12
Create: 2016.05.13
Autor: Brak komentarzy:
Etykiety: , , ,

Pobór prądu podczas postoju samochodu - jak zmierzyć pobór prądu?

Szczególnie zimą wraca temat poboru prądu podczas postoju przez urządzenia zainstalowane w samochodzie. Połączenie ujemnych temperatur z nie najnowszym akumulatorem powoduje, że wiele osób przypomina wtedy, gdzie są przewody rozruchowe.

Z doświadczenia wiem, że akumulator ołowiowy w temperaturze jednego, dwóch, stopni Celsjusza "traci" około połowy pojemności. Gdy nurkując zabieram pod wodę akumulator tego typu to oświetlenie działa przez połowę krótszy czas, niż przy temperaturze powyżej 20 stopni Celsjusza. 
Akumulator w samochodzie narażony jest zimą na jeszcze niższe temperatury.

Nie tylko "zwykłe" samochody, ze starszymi akumulatorami, mają problem z nadmiernym poborem prądu na postoju. Nie jedna super limuzyna, nawet taka z dwoma akumulatorami, po tygodniu nieużywania potrafi nie zapalić. To jest przypadłość coraz większej liczby nowoczesnych samochodów z dużą ilością elektroniki.

Musze jeszcze nadmienić, że proste przeliczenie pojemności akumulatora na czas jego pracy przy małym poborze prądu nie sprawdza się. Wygląd na to, że uruchomienie procesu "wytwarzania" nawet małej ilości energii elektrycznej przez akumulator jest okupione dodatkowymi "kosztami" i nie powoduje jego linowego rozładowania. Małe natężenia pobieranego prądu potrafią rozładować akumulator w kilka dni.
***

By pokazać jak wykonać pomiar prądu pobieranego podczas postoju samochodu przygotowałem poniższy film. Na potrzeby tego pomiaru użyłem taniego, ale przez to popularnego multimetru. Zrobiłem tak celowo, by jak najbardziej ułatwić taki pomiar osobą z mniejszym doświadczeniem.

Podczas tego pomiaru starałem się nie dopuścić do rozłączenia zasilania samochodu. Do tej pory nie spotkałem poradnika, który uwzględniał by ten aspekt.
Niektóre radioodbiorniki samochodowe tracą zapamiętane stacje po odłączeniu akumulatora. Tak samo niektóre komputery samochodowe muszą wtedy przeprowadzać od nowa adaptacje parametrów. Mogą "rozprogramować się" ustawienia elektrycznych szyb, czy kalibracja układu kierowniczego (gdy samochód posiada elektryczne wspomagania i ESP), o zegarku nie wspominając.
Dlatego pomiar jest nieco bardziej skomplikowany. Można oczywiście po prostu odłączyć klemę, podłączyć w szereg amperomierz i już - od wyposażenia samochodu zależy, co należy zrobić.

Pobór prądu podczas postoju samochodu - jak zmierzyć pobór prądu? 

Akumulator na filmie podłączony jest w sposób opisany poniżej:

***

Dodam, że częstą przyczyną problemów jest źle zainstalowane radio w samochodzie. Gdy mamy nadmierny pobór prądu warto od tego elementu zacząć poszukiwania prądożernego odbiornika energii elektrycznej.


***

Więcej na:
Tigra / samochód
***

Bezprzewodowy licznik energii elektrycznej OWL -rozpakowanie (unboxing)


Update: 2016.05.12
Create: 2016.05.12
Autor: Brak komentarzy:
Etykiety:
Subskrybuj: Posty (Atom)