- Dla małych rezystancji stosujemy pomiar napięcia.
- Dla dużych rezystancji stosujemy pomiar prądu.
***
Definicje:
Definicje:
Pomiar:
Zbór operacji mający na celu wyznaczenie wartości wielkości.
Z materiałów PŁ:
"Pomiar polega na porównaniu wartości wielkości mierzonej z pewną jej wartością przyjętą za jednostkę. Porównania tego dokonuje się za pomocą przyrządu pomiarowego – miernika. Mierniki są wyskalowane w jednostkach wielkości mierzonej. Nazwa miernika pochodzi najczęściej od jednostki wielkości mierzonej (np. woltomierz, amperomierz, omomierz, częstościomierz). Rzeczywista wartość mierzonej wielkości nigdy nie jest znana. W wyniku pomiaru zastępuje się ją pewnym przybliżeniem obarczonym błędem. W przypadku pojedynczego pomiaru tym przybliżeniem jest wartość odczytana z miernika. W przypadku serii pomiarów tej samej wielkości najczęściej jest to średnia arytmetyczna obliczona na podstawie wyników uzyskanych w danej serii pomiarowej."
Wartość wielkości:
Wyrażenie ilościowe wielkości
Wielkość mierzona:
Cecha lub właściwość obiektu zjawiska lub substancji, która można wyrazić jakościowo i wyznaczyć ilościowo, czyli można jej przyporządkować liczbę i jednostkę
***
Użyte przyrządy:
Multimetr klasy 1,5
Philips PM2534
Rozdzielczość 300 000 Vdc; błąd podstawowy 0,0025 + 0,0013.
Rozdzielczość 30 000 Vac; błąd podstawowy 0,1 + 0,1 (40 Hz - 5 kHz).
Rozdzielczość 30 000 Adc; błąd podstawowy 0,2 % rdg. + 0,05 % of range + 5d.
Rozdzielczość 30 000 Aac; błąd podstawowy 0,7 % rdg. + 30d.
CEM DT-9935 (RLC)
Siglent SHS806 Handheld oscilloscope, 2x60MHz, 1Gsa/s (Skopometr)
Rezystory wzorcowe
Zasilacz laboratoryjny: DF-1731SBC-3A.
***
Motywacją do przyśpieszenia wykonania tych materiałów była dyskusja na portalu elektroda.pl w tym wątku: Pomiar rezystancji prądem stałym/zmiennym Problem mnie zaintrygował. Postanowiłem więc symulować pomiar rezystancji rozłącznika firmy Legrand: FR 301 63A. Ponieważ nie znalazłem informacji o rezystancji styków tego rozłącznika, wyznaczyłem ją z informacji pośredniej. Wg. katalogu wydzielana moc na stykach to 2,7W, co przy 63A dawało by obliczoną rezystancję wynoszącą 0,00068 om. Jedyny zbliżony rezystor jaki mam ma rezystancję 0,001 om - i taki też użyłem do przeprowadzenia pomiarów.
Rezystor o znanej wartości oporu, dużej obciążalności prądowej i stabilności termicznej pozwala szybko wychwycić błędy pomiarów, oraz oszacować błąd, bez przeprowadzania rachunku błędów. Nie miałem zresztą wielkiego wyboru, w domu nie mam rozłącznika "luzem", a do piwnicy nie chciało mi się iść...
***
Pomiary wykonane poglądowo, np.: mierniki analogowe powinny leżeć, ale wtedy trudno było by mi nagrać ich wskazania. Zachęcam jednak do wykonywania pomiarów z jak największą starannością.
***
Pomiar prądem stałym (DC):
Multimetry analogowe:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,001V / 1,0 A = 0,001 Ω
Proszę zwrócić uwagę, że lepiej jest widoczny cień wskazówek, niż same, "cienkie jak włos", wskazówki.
Mimo mierzenia napięcia poniżej 1mV, w zakłóconym środowisku (nadajnik RTV, komputery, zasilacze impulsowe, przetwornice, TV) uzyskałem bardzo dokładne pomiary - potwierdzone badaniem znanej rezystancji. Dodatkową trudność sprawiały same mierniki, o bardzo dużej rezystancji wewnętrznej wynoszącej 100 MΩ. Gdyby mierniki posiadały rezystancję 100 razy mniejszą, to wpływ zewnętrznych pół elektromagnetycznych był by pomijalny.
Multimetry cyfrowe:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,0009963 V / 0,9910 A = 0,001005 Ω
***
Pomiar prądem przemiennym (AC):
Multimetry analogowe:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,000885 V / 0,88 A = 0,001006 Ω
Multimetry cyfrowe:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,00084 V / 0,8963 A = 0,000937 Ω
***
Pomiar prądem przemiennym (AC) z wykorzystaniem mierników cęgowych:
Miernik analogowy z cęgami prądowymi:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,00086 V / 0,9377 A = 0,000917 Ω
Elektroniczne cęgi prądowe z czujnikiem Halla:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,00089 V / 0,905 A = 0,000983 Ω
Choć użycie cęg prądowych mogło by się wydawać wariactwem, przy tak precyzyjnych pomiarach, to tak nie jest. Wszystko zależy od tego, jakiej precyzji oczekujemy. Warto zwrócić uwagę, że cęgi prądowe mierzą tu stosunkowo duże wartości. Nie mierzy pojedynczych mA, tylko prąd od 0,6 A do ponad 3A (w tych pomiarach).
***
Pomiar prądem przemiennym AC - oscylogram spadku napięcia wraz ze zmierzonymi parametrami napięcia:
Pomiar prądem przemiennym AC - oscylogram spadku napięcia wraz ze zmierzonymi parametrami napięcia:
Ze względu na ograniczenia wzmacniaczy, w posiadanych oscyloskopach, wykorzystałem do pomiaru rezystor 0,1 Ω, dzięki czemu uzyskałem większe napięcie na rezystorze.
0,088 V / 0,8933 A = 0,098511 Ω
Stukrotne zwiększenie rezystancji dało o tyleż powiększone napięcie mierzone. Oznacza to, że pomiary rezystancji 0,001 Ω były przeprowadzane prawidłowo.
Jak widać badamy przebieg sinusoidalny, więc nawet nie ma potrzeby stosować przyrządów TRUE RMS. Taki przebieg zapewnia użyty transformator i obciążenie oporowe.Stukrotne zwiększenie rezystancji dało o tyleż powiększone napięcie mierzone. Oznacza to, że pomiary rezystancji 0,001 Ω były przeprowadzane prawidłowo.
***
"Srebrna łyżeczka"
W dalszej dyskusji w wątku na elektrodzie okazało się, że chodzi o pomiar rezystancji o rząd wielkości mniejszej niż 0,001 Ω. Przypomnę, że jeden metr drutu z miedzi 2,5mm2 ma rezystancję 0,00672 Ω. Każdy posiadacz miernika uniwersalnego może sprawdzić też rezystancje jego przewodów pomiarowych. Tak wiec, chodzi o bardzo małe rezystancje.
Zastanowiłem się, czego użyć do wykonania pomiaru tak małej rezystancji. Sztabka złota lub srebra była by odpowiednia... Niestety, sztabki złota zostawiłem w innych spodniach...
Znalazłem w domu łyżeczki ze srebra. Prawdziwe srebro, z próbą, dosyć grube wykonanie. Wypolerowałem je więc i przystąpiłem do badań:
Pierwszy test "10cm" by zorientować się w wielkości rezystancji, jakiej mogę oczekiwać:
0,001 V / 1,0760 A = 0,000929 Ω
Tak więc około 10cm srebrnej łyżeczki (w takiej odległości były umieszczone zaciski napięciowe) dało rezystancję zbliżoną do mierzonej już 0,001 Ω.W drugim teście "3cm" zmniejszyłem mierzony dystans do około 3cm i wybrałem miejsce na łyżeczce bez przewężenia.
0,001 V / 3,354 A = 0.000 298 Ω
Teraz rezystancja zbliżyła się do tej podanej przez założyciela wątku na elektrodzie.
Teraz rezystancja zbliżyła się do tej podanej przez założyciela wątku na elektrodzie.
Trzeci test "1cm" i oczekuję bardzo małych wartości rezystancji:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,0002 V / 2,6540 A = 0.000075 Ω
75 mikro om - to jest rezystancja stosunkowo grubego kawała srebra o długości około 1 cm.
75 mikro om - to jest rezystancja stosunkowo grubego kawała srebra o długości około 1 cm.
Czwarty test "1cm AC" - czyli pomiar w tym samym układzie jak w teście trzecim, ale z użyciem prądu AC:
0,00022 V / 3,026 A = 0.000073 Ω
Jak widać pomiary DC i AC dały bardzo podobne wyniki, nawet przy tak małych rezystancjach.
Chcąc symulować mały rozłącznik połączyłem dwie srebrne łyżeczki i zmierzyłem ich rezystancje prądem AC:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,00132 V / 3,0306 A = 0.000436 Ω
W ostatnim teście sprawdziłem prądem DC rezystancję dwóch połączonych łyżeczek z poprzedniego testu:
Pomiar bez uwzględnienia parametrów przyrządów:
0,001 V / 2,4217 A = 0.000412 Ω
***
Poniżej jeszcze materiał Davida z EEVblog - praktyczny przykład wykorzystania tej metody pomiaru. Polecam oglądanie od 4:19.
Jak widać do pomiarów zostały użyte bardzo drogie mierniki, ale na potrzeby tego pomiaru można użyć nawet mierników z serii M83, jak Mutimetr DT838 - są wystarczająco dobre, by przeprowadzić taki pomiar w domu.
***
Na koniec kilka słów o samych pomiarach:
1) Należy używać przewodów minimalizujących wpływ zakłóceń. Należy, nie oznacza bezwzględnie trzeba. Znaczenie przewodów uwydatnia się przy pomiarze dużych rezystancji. Używa się wtedy przewodów koncentrycznych, lub skręconych. Warto przeczytać:
- Resistance Measurements (Materiał National Instruments)
- Metody eliminacji zakłóceń w układach (Materiał Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, Wydział Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej)
- Wykład: zakłócenia i szumy (Materiał pracowni elektronicznej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego)
- Oraz cytat z książki J. Rydzewskiego Pomiary Oscyloskopowe WNT, strona 84:
(Na stronach tego rozdziału chodzi dokładnie o kable współosiowy, ale autor dba by nie powtarzać za wiele razy tego samego wyrazu)
- Oraz cytat z książki J. Rydzewskiego Pomiary Oscyloskopowe WNT, strona 84:
2) By zminimalizować błąd pomiarowy odległość pomiędzy sondami prądowymi i napięciowymi (na każdym końcu mierzonej rezystancji) powinna być 10 razy mniejsza niż długość mierzonej rezystancji. Błąd ten jednak uwidoczni się przy posługiwaniu się miernikiem 7,5 cyfry.
3) Sondy napięciowe i prądowe, na każdym końcu mierzonej rezystancji, nie mogą się stykać, bo to przesunie punkt pomiaru. Tu jest przykład takiej sondy, gdzie punk pomiaru jest przesunięty, ale ze względu na oczekiwaną dokładność pomiarów nie ma to większego znaczenia: Sonda czteroprzewodowa (przewody Kelvina) - wersja ze zwykłymi krokodylkami (4-wire)
4) Użyte źródło natężenia prądu nie ma wielkiego znaczenia. Musi być tylko w miarę stabilne, by nie zmieniało natężenia szybciej niż dokonują pomiarów mierniki. Zawsze warto nagrać krótki filmik (nawet telefonem) i z zatrzymanej klatki dokładnie spisać wartości wskazywane przez amperomierz i woltomierz. Na filmach widać, że jako źródło prądu AC sprawdził się transformator toroidalny, a jako ogranicznik natężenia prądu żarówka halogenowa. Używając zamiennie żarówki 10W i 35W regulowałem potrzebne natężenie.
5) Warto uświadomić sobie jak małe rezystancje są mierzone. Przy pomiarze rozłącznika może okazać się, że pomiar determinują doprowadzenie rozłącznika, a nie styk roboczy.
Powrót do głównej strony o:
Strona z zestawieniem parametrów mierników:
Update: 2016.04.26
Create: 2015.02.21
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz