Terminali tip Kelvin si rezistori de precizie

Terminali tip Kelvin si rezistori de precizie

Masurarea rezistentelor aflate la distanta

Sa presupunem ca vrem sa masuram rezistenta unui anumit component ce se afla la o distanta destul de mare de aparatul nostru de masura (ohmmetru). Un asemenea scenariu va crea probleme, deoarece ohmmetrul masoara rezistenta totala din bucla de circuit. Aici este inclusa si rezistenta conductorilor (R_fir) ce realizeaza conexiunea ohmmetrului cu rezistenta de masurat (R_masura):

In mod normal, rezistenta firelor conductoare este foarte mica. Dar, daca firele conductoare sunt foarte lungi, sau in cazul in care componentul de masurat are o rezistenta foarte mica, eroarea de masura introdusa de conductori poate fi substantiala:

indicatia ohmmetrului = R_fir + R_masura + R_fir

Masurarea rezistentei cu o combinatie ampermetru-voltmetru

O metoda ingenioasa de masurare a unei rezistente in acest caz, presupune utilizarea impreuna a unui ampermetru si a unui voltmetru. Stim din legea lui Ohm ca rezistenta este egala cu raportul dintre tensiune si curent (R = E / I). Putem determina prin urmare rezistenta componentului daca masuram curentul ce trece prin el si caderea de tensiune la bornele sale:

Valoarea curentului este aceiasi in intreg circuitul, deoarece este un circuit serie. Intrucat masuram doar caderea de tensiune la bornele rezistentei de masurat (si nu pe rezistentele conductorilor), rezistenta calculata cu ajutorul legii lui Ohm reprezinta doar rezistenta componentului in cauza:

R_masura = indicatia voltmetrului / indicatia ampermetrului

Dar, voltmetrul se afla in apropierea componentului de masurat, ceea ce este imposibil in situatia de fata (am convenit ca dorim sa masuram rezistenta componentelor aflate la o distanta apreciabila fata de aparatele noastre de masura). Prin urmare, daca ar fi sa conectam voltmetrul la o distanta apreciabila fata de component, vom introduce din nou rezistenta "parazita" a firelor conductoare in circuit. Ce este de facut in acest caz?

Daca suntem putin mai atenti, putem observa ca nu exista nicio problema legata de caderea de tensiune in lungul conductorilor, deoarece valoarea curentului prin conductorii voltmetrului este minuscula. Prin urmare, caderea de tensiune in lungul conductorilor este neglijabila. Indicatia voltmetrului este aproape identica in cele doua cazuri: voltmetru conectat in apropierea componentului de masurat si voltmetru conectat la o distanta apreciabila:

Orice cadere de tensiune existenta pe conductorii principali nu va fi masurata de voltmetru. Precizia masuratorii poate fi imbunatatita daca reducem curentul prin voltmetru la o valoare minima, fie folosind un aparat de masura de calitate (curent mic pentru deplasare maxima), fie un sistem cu detector de nul.

Metoda Kelvin (metoda celor patru conductori)

Aceasta metoda de masurare ce evita erorile cauzate de rezistenta conductorilor poarta numele de metoda Kelvin, sau metoda celor patru conductori. Exista anumiti terminali speciali, denumiti terminali Kelvin, ce sunt special realizati pentru a facilita acest tip de masuratori:

Terminalii/clemele tip crocodil (banane) au ambele jumatati ale bratului comune din punct de vedere electric (de obicei in zona articulatiei). In cazul terminalilor Kelvin insa, cele doua jumatati sunt izolate intre ele in zona articulatiei. Singurul contact se realizeaza in zona varfurilor ce se "prind" pe conductorul sau pe terminalul componentului de masurat. Astfel, curentul prin bratele "C" (curent) nu trece prin bratele "P" (potential, sau tensiune) si nu va exista o cadere de tensiune in lungul lor care sa duca la erori de masura:

Rezistori de sunt de precizie inalta

Acelasi principiu de utilizare a diferitelor puncte de contact pentru masurarea curentului si a tensiunii poate fi folosit in cazul rezistorilor de sunt de precizie pentru masurarea valorilor mari de curent. Dupa cum am mai discutat, rezistorii de sunt sunt folositi pe post de dispozitive de masura de curent. Caderea de tensiune la bornele acestora depinde strict de valoare curentului ce-i strabate, aceasta cadere de tensiune fiind masurata cu un voltmetru. In acest caz, un sunt de precizie "transforma" valoarea curentului in tensiune. Curentul poate fi masurat cu o precizie ridicata prin masurarea caderii de tensiune la bornele suntului:

Masurarea curentului cu ajutorului unui rezistor de sunt si un voltmetru este indicata in aplicatiile de curent inalt. In astfel de cazuri, rezistenta suntului are valori de ordinul miliohmilor sau microohmilor. Caderea de tensiune la bornele sale va fi foarte mica, chiar si pentru o valoare maxima a curentului de masurat. O rezistenta asa de mica este comparabila cu rezistenta firelor conductoare. Acest lucru inseamna ca tensiunea masurata la bornele unui astfel de sunt trebuie masurata astfel incat sa se evite introducerea unei erori de masura datorate caderilor de tensiune din lungul conductorilor dintre voltmetru si sunt. Pentru ca voltmetrul sa masoare doar caderea de tensiune la bornele suntului, fara nicio alta cadere de tensiune parazita datorata firelor conductoare, sunturile sunt adesea prevazute cu patru terminali:

Rezistori de precizie cu patru terminali

In aplicatii metrologice (metrologie = 'stiinta masuratorilor"), unde acuratetea este de o importanta cruciala, rezistorii "standard" de precizie sunt prevazuti de asemenea cu patru terminali: doi pentru transportul curentului de masurat, si doi pentru masurarea caderii de tensiune cu ajutorului voltmetrului. In acest mod, voltmetrul masoara doar caderea de tensiune pe rezistorul de precizie, fara introducerea altor tensiuni parazite datorita firelor conducatoare sau a rezistentelor datorate contactelor dintre fire si terminale.

Observati ca rezistorul de precizie standard de 1 Ω din figura de mai jos are patru terminali: cei doi terminali mari pentru curent si cei doi terminali mai mici pentru tensiune:

Trebuie sa facem observatia ca rezistenta masurata astfel, folosind atat un voltmetru cat si un ampermetru, este supusa unei erori compuse. Datorita faptului ca rezultatul final depinde de precizia de masura a ambelor instrumente, precizia masuratorii finale s-ar putea sa fie mai mica decat cea a fiecarui instrument individual. De exemplu, daca precizia ampermetrului este de +/- 1%, iar cea a voltmetrului este si ea de +/- 1%, orice masuratoare ce depinde de indicatia ambelor instrumente are o precizie de +/- 2% (valoarea reala este mai mica sau mai mare cu 2% decat valoarea masurata).

O precizie sporita poate fi obtinuta prin inlocuirea ampermetrului cu un rezistor de precizie standard, folosit pe post de sunt de masurare a curentului. Si in acest caz va exista o eroare compusa din eroarea rezistorului cu cea a voltmetrului utilizat pentru masurarea caderii de tensiune. Aceasta eroare va fi insa mai mica decat eroare prezenta in cazul utilizarii unui aranjament voltmetru + ampermetru, datorita faptului ca precizia unui rezistor standard este mult mai mare decat precizia unui ampermetru obisnuit. Folosind terminali de tip Kelvin pentru realizarea contactelor cu rezistenta de masura, circuitul arata astfel:

Toti conductorii din figura de mai sus prin care trece curent sunt reprezentati cu linie ingrosata, pentru a face distinctie intre conductori.