Повышение точности измерения сопротивления с помощью 6-проводной технологии

Обзор

Концепция базового измерения сопротивления проста: либо источник известного тока через резистор и измерение падения напряжения, либо подача известного напряжения на резистор и измерение тока. Оба эти метода работают из-за закона Ома: V = I * R.Однако методы тестирования становятся более сложными, когда тестируемый резистор подключен параллельно другому сопротивлению или когда автоматические измерительные зонды загрязняются частицами или растворителями (и, следовательно, обеспечивают параллельное соединение). сопротивление самих себя). В любом из этих случаев требуется какой-либо метод защиты тестируемого резистора. Этот метод известен как 6-проводное измерение.

Повышение точности измерения сопротивления с помощью 6-проводной технологии

Защита от параллельного сопротивления или загрязнения

При тестировании компонентов на печатной плате (PCB) почти всегда будет присутствовать некоторый уровень сопротивления параллельно с рассматриваемым компонентом. С этой проблемой сталкивается каждый внутрисхемный тестер (ICT) или анализатор производственных дефектов (MDA), единственная цель которых — изолировать компоненты на собранной печатной плате для проверки правильного размещения и функционирования компонентов. Проблема также может существовать в сборках зондов большого объема, где загрязнение может накапливаться между контактами после сотен или тысяч измерений. В этих случаях параллельное сопротивление делает неадекватным метод Кельвина или 4-проводной метод измерения сопротивления. Чтобы ток не проходил через один из соседних резисторов, в схему вставлен операционный усилитель с единичным усилением (рис. 1), который защищает тестируемый резистор.

R1 — это тестируемый резистор на рисунке 1. Поскольку цифровой мультиметр подает на него тестовый ток, часть этого тока будет проходить через R2 и R3 в зависимости от их значений. Конфигурация, показанная на рисунке 1, использует модуль защиты и усилителя тока NI PXI-4022 для подачи напряжения между резистором R2 и резистором R3, равным напряжению на R1. Это приложенное напряжение вызывает нулевое падение напряжения на резисторе R2. Таким образом, ток от цифрового мультиметра не протекает через резисторы R2 и R3, эффективно устраняя влияние этих резисторов на измерения. На резисторе R3 существует напряжение, равное напряжению на резисторе R1, но этот ток подается от защитного усилителя. В этом смысле R1 охраняется. Та же теория применима, когда сеть состоит из конденсаторов.

истемные последствия номиналов резисторов

Тестируемое сопротивление R1 определяет режим и диапазон, используемый цифровым мультиметром. Это вместе с ожидаемым значением R1 определяет напряжение, которое подается на R1. Чтобы обеспечить правильную работу защитного усилителя, это напряжение необходимо использовать для расчета минимально возможного сопротивления, которое может быть R3. Например, если R1 составляет 1 кОм и измеряется в диапазоне 1 кОм, типичный цифровой мультиметр будет выдавать тестовый ток 1 мА, генерируя напряжение 1 В на R1. Такое же напряжение появляется на R3 при использовании с усилителем защиты. Следовательно, усилитель должен выдавать достаточный ток, чтобы равняться напряжению, деленному на R3. Если вам нужно защитить меньшие значения R3, подумайте о переводе цифрового мультиметра в более высокий диапазон. Обычно это снижает тестовое напряжение и минимальное значение R3, которое будет работать в вашей системе.

Кроме того, поскольку усилитель не идеален, связанное с ним напряжение смещения также будет вносить ошибку, когда значение R2 мало. Напряжение смещения защитного усилителя подается непосредственно на R2, а результирующий ток вычитается из калиброванного испытательного тока цифрового мультиметра (который должен протекать через R1), вызывая ошибку. Например, в предыдущем случае измерения резистора 1 кОм в диапазоне 1 кОм с испытательным током 1 мА, если R2 составляет 100 Ом, а типичное напряжение смещения составляет 200 мкВ, погрешность испытательного тока составляет 200 мкВ / 100 Ом. , или 0,002 мА, что отнимает 0,2% испытательного тока 1 мА. Это приводит к ошибке измерения R1 в 0,2%. Эти дополнительные ошибки легко вычислить, и их необходимо добавить к общей системной ошибке.

Встроенные измерения емкости

NI PXIe-4082 FlexDMM представляет собой измеритель иммитанса с диапазоном измерений от емкости 300pF до 10,000uF. Тот же метод 6-проводного измерения можно использовать для измерения емкости. Еще раз включив общий потенциал на конденсаторе, защитная карта эффективно нейтрализует влияние параллельной емкости. Это дает PXI-4072 возможность проводить точные измерения встроенных конденсаторов.

Дополнительная информация о модуле защиты и усилителя тока NI PXI-4022

Базовая структура NI PXI-4022 представляет собой усилитель с единичным усилением, который также может функционировать как предварительный усилитель для выполнения измерений тока низкого уровня. На рисунке 3 представлена ​​блок-схема режима охраны, показывающая схему относительно входных и выходных разъемов. На рисунке 4 показана блок-схема другого режима PXI-4022 — режима усилителя тока.

Заключение

Использование техники защиты или 6-проводного измерения сопротивления часто может повысить точность измерений сопротивления или емкости, выполняемых на собранной печатной плате. Воспользуйтесь этими методами при создании систем ICT или MDA. Модуль защиты и усилителя тока NI PXI-4022 обеспечивает простой способ добавить функциональность 6-проводного измерения к любому существующему цифровому мультиметру.

Theme: Elation by Kaira.
Cape Town, South Africa