Мост Кельвина для миллиомных сопротивлений, порядок номиналов резисторов (омы, килоомы...)? Опции

[controller_m30]

Здравствуйте, подскажите кто может. Плиз.

Для измерения сопротивления до миллиОм и микроОм используют "мост Кельвина" (вики).

У меня такой вопрос - если измеряемое сопротивление Rx равно например 1 миллиОм (1/1000 Ома), то какие максимальные номиналы сопротивлений R2, R3, R4 допустимы, чтоб не гонять через мост ток в сотни ампер, и при этом чтоб точность измерения была хотя бы удовлетворительной?
Или эта штука меряет только пропуская через себя киловатты энергии?

В нете прочитал всё что смог найти, про достоинства моста понял, но не нашёл ни одного конкретного примера такого моста с номиналами - чтоб хотя бы с порядком сопротивления резисторов R2, R3, R4 (и R3', R4' тоже) определиться.

Сообщение отредактировал controller_m30 - Aug 15 2015, 17:08

[Plain]

В сравнении с прямым измерением, у которого помимо Rx=k·R2 нет никаких довесков, достоинств никаких.

И эти приборы такие же батарейные, как обычные — что ещё за киловатты Вы собрались куда-то там закачивать?

[AlDed]

достоинств никаких.

мостовая схема позволяет очень точно измерить сопротивление методом компарирования с образцовым сопротивлением
но эти соотношения должны быть около 1:1 иначе погрешность расчет

[SSerge]

У меня такой вопрос - если измеряемое сопротивление Rx равно например 1 миллиОм (1/1000 Ома), то какие максимальные номиналы сопротивлений R2, R3, R4 допустимы, чтоб не гонять через мост ток в сотни ампер, и при этом чтоб точность измерения была хотя бы удовлетворительной?

Для определения момента баланса моста измеряют либо напряжение Uwy либо ток через подключенный туда же микроамперметр. Вот минимальным отклонением от нуля, которое ещё можно заметить и определяется точность измерения.
Кроме того, конструкция R3 и R4 тоже накладывает свои ограничения. Со времён лорда Кельвина их делали как набор последовательно соединённых точных резисторов, а для изменения сопротивления либо закорачивали переключателями "лишнее", либо придумывали ещё более изощрённые схемы коммутации. Так или иначе, сопротивление контактов переключателей ограничивает минимальное сопротивление самого мелкого резистора в таком наборе.
Если взять, к примеру, 10 резисторов по 0.1 Ом, 9 по 1 Ом, да 9 по 10 Ом, да ещё 9 штук по 100 Ом, то получится переменный резистор с полным сопротивлением 1 КОм, а дискретность изменения сопротивления будет 0.1 Ом, т.е. 1e-4 от полной шкалы.

В сравнении с прямым измерением, у которого помимо Rx=k·R2 нет никаких довесков, достоинств никаких.

Если нарисовать более детально: 4-проводную схему подключения для Rx и R2, да не забыть указать контакные сопротивления то окажется что смысл всё-таки есть.
Фактически эта схема устраняет влияние на результат величины сопротивления R (см. формулу в вики). При чём R в формуле включает в себя не только "короткую толстую проволоку из меди", но и заранее неизвестные сопротивления контактов между R и Rx а также между R и R2.

[controller_m30]

Спасибо за ответы!
В оригинальной схеме измерителя Кельвина, как я понял, с помощью механического подбора резисторов с известными номиналами - узнаётся неизвестный резистор Rx.

У меня идея следующая. Заранее отбалансировать плечи моста точными резисторами при Rx=0.001 Ом, и далее, во время измерений других значений Rx - по разности напряжений на плечах определять, насколько конкретный измеряемый Rx отличается от 0.001 Ом, на которые настроен весь мост.
В точку измерения на плечах моста включить, к примеру, сигма-дельта АЦП на 24 бит, и мерить, мерить, мерить...

Но по моим расчётам получается, что чем меньше сопротивление резисторов в одном плече моста - тем больший ток он кушает (до тысяч Ампер при некоторых значениях). Это как-то нехорошо.
А если подобрать резисторы с общим высоким сопротивлением (например около 1 кОм), то неясно - будет ли хоть сколько-нибудь заметное падение напряжения на резисторе Rx, т.к. последовательно стоящий с ним R2 имеет сопротивление в 1 млн раз больше...
Вот табличка расчётов при Rx=0.001 Ом


Значения резисторов второго плеча моста можно либо продублировать (R3=0.001 Ом, R4=1 кОм), либо подобрать с ещё бОльшим сопротивлением, но с той-же пропорцией.
Но тут меня смущает, что если все эти высокоточные резисторы изготавливать самому, то я "успотею" мотать из медной проволоки несколько-килоОмные резисторы с точностью до 1/1000 Ома

Т.е. проблема в следующем. Либо легко и быстро подобрать низкоомные резисторы, но в дальнейшем менять батарейки десятками в день, или-же беречь батарейки, но устроить многодневную и возможно даже эпическую намотку этих резисторов , и ещё, вероятно, заняться "ваянием" супер-пупер усилителя для мизерного сигнала с плеч моста...

Может есть какая-то разумная пропорция между: потребляемым током, разностью напряжений на плечах, и трудоёмкостью изготовления резисторов???

[AlDed]

Т.е. проблема в следующем.

вы что хотите получить в результате ваших изысканий?
точный мост для измерения сопротивлений? их уже изобретено и выпускаются десятки типов берите готовый
придумать свой мост? зачем? в столкнетесь с кучей еще неизведанных для вас проблем и точность сопротивления не единственное. Потом вы упретесь в температурные коэффициенты сопротивлений , потом как обеспечить калибровку моста, потом как и чем измерить напряжение в мосте и пр.

Сообщение отредактировал AlDed - Aug 16 2015, 09:03

[controller_m30]

Мне нужен электронный измеритель миллиомного сопротивления, в месте контакта свариваемой детали и вольфрамового электрода, при точечной сварке.
Т.к. перед сварочным импульсом электрод каждый раз по новому "контачит" с деталью, то и сопротивление такого контакта каждый раз разное.
И его надо компенсировать: либо изменением напряжения разряда, либо подбирать длительность импульса. Но исходной величиной для расчётов является именно сопротивление в месте сварки. Без учёта сопротивления контакта с деталью, результат получается всё время разный.

О каком процессе речь, для примера: https://www.youtube.com/watch?v=W4daZ__zDmY
Только это промышленная штука, настроенная под кучу материалов и способов сварки, а мне нужно сваривать только один материал - тонкий медный провод (0,5 мм) с медной фольгой, или тоже с проводом.

PS. Измеренное сопротивление нужно контроллеру, для расчёта длительности импульса и напряжения сварки. Сколько всего нужно энергии (в Джоулях) для расплавления металла - берётся из таблиц: удельной теплоёмкости, и удельной теплоты плавления металлов. И вот под эти Джоули и ведётся расчёт: тока, напряжения, и времени разряда.

Сообщение отредактировал controller_m30 - Aug 16 2015, 10:49

[Tanya]

PS. Измеренное сопротивление нужно контроллеру, для расчёта длительности импульса и напряжения сварки. Сколько всего нужно энергии (в Джоулях) для расплавления металла - берётся из таблиц: удельной теплоёмкости, и удельной теплоты плавления металлов. И вот под эти Джоули и ведётся расчёт: тока, напряжения, и времени разряда.

Подайте предварительно маленький импульс... Но я сомневаюсь, что это правильно. В процессе сварки все изменится.

[AlDed]

Мне нужен электронный измеритель миллиомного сопротивления, в месте контакта свариваемой детали и вольфрамового электрода, при точечной сварке.

о каких значения сопротивления идет речь? какая нужна погрешность измерения сопротивления?

[Plain]

при точечной сварке ... для примера:

В указанном примере не точечная, а обычная сварка дугой.

результат получается всё время разный

Так и будет, пока Вы не сделаете обычный сварочный аппарат, т.е. с токовым выходом.

[controller_m30]

Подайте предварительно маленький импульс... Но я сомневаюсь, что это правильно. В процессе сварки все изменится.

Так и делается. Сварка проходит в два этапа:
1. разогрев короткими импульсами до t плавления.
2. мощный "толчковый" импульс для перехода в другое агрегатное состояние.
Чтоб разогреть 1мм3 меди то t плавления нужно около 2 Дж энергии. А чтобы заставить её перейти в расплавленную фазу - ещё около 1 Дж (а ведь всего-то ещё на несколько градусов повысить температуру!).

Сопротивление в процессе нагрева конечно изменится (примерно в 5 раз по сравнению с исходной t). Зависимость t и сопротивления у меди линейная, и конечно тоже учитывается, при полном расчёте. Но это всё имеет смысл лишь при знании исходного сопротивления, при t 25 град.Ц. Но вот его-то я измерить и не могу

[HardEgor]

Сопротивление в процессе нагрева конечно изменится (примерно в 5 раз по сравнению с исходной t). Зависимость t и сопротивления у меди линейная, и конечно тоже учитывается, при полном расчёте. Но это всё имеет смысл лишь при знании исходного сопротивления, при t 25 град.Ц. Но вот его-то я измерить и не могу

А может быть просто вывести вывод Кельвина от электрода и измерять напряжение на месте контакта? А ток можно измерить в любом месте провода. Поделив напряжение на ток получите сопротивление.
Да хотя бы просто посмотреть на это напряжение осциллографом - сразу всё увидите.

[Tanya]

Но вот его-то я измерить и не могу

Так я же предложила измерять, подавая небольшой импульс сначала.

[controller_m30]

о каких значения сопротивления идет речь? какая нужна погрешность измерения сопротивления?

В первом приближении достаточно диапазона 0.5 Ом - 0.001 Ом. Цена деления 0.001 Ом. Погрешность 5% терпимая (+/-0.025 Ом)... для начала
Мне главное с порядком значений сопротивлений определиться: миллиОмы, Омы, килоОмы, мегОмы...

[controller_m30]

А может быть просто вывести вывод Кельвина от электрода и измерять напряжение на месте контакта? А ток можно измерить в любом месте провода. Поделив напряжение на ток получите сопротивление.
Да хотя бы просто посмотреть на это напряжение осциллографом - сразу всё увидите.

По причине наличия-отсутствия у меня миллиОмметра точных данных о цепи нет, но вот условные данные:
сопротивление проводов 0.001 Ом
сопротивление электрода 0.005 Ом
сопротивление "плохого контакта" детали с электродом 0.050 Ом

Если пропустить по цепи 5 вольт, то источник питания для тестирования сопротивлений, должен выдерживать ток: 5В \ 0.05ом = 100А (!), а иначе напряжение просядет не на электроде, а в самом блоке питания. А если вдруг сопротивление электрода и детали окажется "хорошим" (т.е. приблизится к 0.005 Ом), то и источник питания должен выдержать все 1000А нагрузки...
Осциллограф тоже скорее всего увидит просадку напряжения БП.
У меня получаются такие расчёты

Так я же предложила измерять, подавая небольшой импульс сначала.

А, так импульс нужен для измерения...!
Я полностью не представляю как это сделать. Сопротивление цепи такое, что энергию для импульса можно взять только из конденсатора. Он кстати есть, вот схема.

Но при разряде получается индуктивная наводка в проводах. В схеме стоят обратные диоды и супрессоры, чтоб отсекать выбросы, но я полагаю, для измерений всё равно будут сильные помехи.

И ещё, длительность измерительного импульса нужно делать очень короткой, т.к. даже сварочный импульс находится в пределах 100 мкс и меньше, а измерительный...
Я точно не считал какая длительность нужна чтоб не нагреть деталь при тестировании, но так, на вскидку - в районе единиц микросекунд. Мне кажется что АЦП в таком случае должен быть очень быстродействующим, чтоб успеть сделать десяток семплов, для анализа того что там происходит...
В общем считаю что индуктивный всплеск забъёт собой весь полезный сигнал в проводах, а мАлая длительность измерения не позволит отсеять помехи