Niederwiderstandsmesser

Erstellen Sie eine Schaltung zur präzisen Messung niedriger Widerstände.

Sie haben bereits ein DMM zur Widerstandsmessung, Es kann jedoch mit Widerständen von weniger als 1 Ω verwendet werden? Und wenn ja, Diese niederohmigen Messwerte sind zuverlässig?

Dieses Projekt zeigt Ihnen, wie Sie Ihr niederohmiges Messgerät herstellen; Es verwendet nur eine Handvoll Komponenten und kann Widerstände bis zu einem Hundertstel Ω messen.

Schema

Die Theorie

Die Widerstandsmessung kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden, In diesem Projekt wird jedoch die grundlegendste Gleichung in der Elektronik gewählt:

V = I x R.

Eine Konstantstromquelle ermittelt den Strom durch den zu prüfenden Widerstand und misst den vom Widerstand erzeugten Spannungsabfall. Dieser Spannungsabfall wird dann verstärkt und einem Standardmultimeter zugeführt. Die Amplitude der Spannung entspricht dem Widerstand in Ohm (die Kunst. 1V = 1 Ω).

Sie müssen einen Strom auswählen, der angemessene Spannungen für die Verstärkerstufen erzeugt, die auf die Konstantstromstufe folgen.

Ein wichtiger Gesichtspunkt ist die Offset-Spannung des Operationsverstärkereingangs, die als Spannungsquelle in Reihe mit dem invertierenden oder nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers modelliert ist. Diese Spannung wird mit der nichtinvertierenden Verstärkung des Operationsverstärkers multipliziert und ist eine Fehlerquelle, da dadurch die Ausgangsspannung von dem abweichen kann, was wir von einer idealen Schaltung erwarten würden. Ich muss die Schaltung so gestalten, dass der Effekt dieser Offset-Spannung gering ist.

Der verwendete Operationsverstärker verfügt nicht über eine Offset-Null-Funktionalität, Ich benutze den LM324, welches diesen Stift nicht enthält. stattdessen, Ich kann den Einfluss der Offset-Spannung leicht reduzieren, indem ich sicherstelle, dass das Eingangssignal viel größer als die Offset-Spannung ist, Das sind ± 2 mV für den LM324.

Mein Ziel ist es, einen Widerstand von bis zu 0,1 Ω zu messen. Dies bedeutet, dass ich eine Konstantstromquelle wählen muss, die eine Spannung erzeugt, die deutlich größer als ist 2 mV, wenn der Strom durch einen Widerstand fließt. Dies ist ein Kompromiss, weil höhere Ströme Nachteile haben und niedrigere Ströme den Spannungsabfall über dem zu prüfenden Widerstand verringern. Die Probleme mit höherem Strom sind wie folgt:

• Höherer Energieverbrauch, Ein geringerer Energieverbrauch hilft bei der Portabilität.
• Niedrigere Ströme erzeugen weniger Wärme, die von der Konstantstromquelle erzeugt wird.
• Niedrigere Ströme verringern die Verlustleistung und erhöhen daher die Temperatur des zu prüfenden Widerstands; mit einem niedrigeren Strom, Wir können den Widerstand der Schaltungselemente messen, die am anfälligsten für Hitzeschäden sind (dünne Fäden, zum Beispiel).

Der für diese Schaltung gewählte Strom ist 200 mA. Diese Strommenge ist nicht zu hoch, sondern erzeugt 20 mV durch einen Widerstand von 0,1 Ω e ± 2 mV entspricht ± 0,01 Ω. Ich halte es für angemessen, einen Wert zu wählen, der innerhalb der intrinsischen Toleranz der verwendeten Widerstände liegt, die normalerweise verwendet werden 5%. Mit geeigneten Schaltungsanordnungen werde ich diesen Fehler erheblich reduzieren

Die Konstantstromquelle besteht aus

• U1A - LM324
• Q1 - BD135 mit einem Wärmewiderstand von 10 ° C / W ohne Finne, Ausgehend von 5 V Stromversorgung, die die Verwendung der zwischen ihnen kurzgeschlossenen Klemmen zulässt, habe ich eine Temperaturerhöhung von 5 V x 0,2 A = 1 W = 10 ° C im Transistor. Eine kleine Rippe garantiert mir eine Erhöhung innerhalb 5 Grad.
• R1 – Potentiometer zum Einstellen der an den nichtinvertierenden Anschluss des Operationsverstärkers angelegten Referenzspannung und damit des zugeführten Stroms
• R8 – Erkennungswiderstand (1oh, Toleranz 1%)

Mit einem konstanten Strom von 200 mA durch den Messwiderstand von 1 oh, Die Verlustleistung beträgt 40m W. (daher die Wahl von 1/4 W)

Die nächste Stufe nach der Konstantstromquelle ist ein Differenzverstärker mit einer Verstärkung von 1 und eine Einstellung der Offsetspannung. Hier verwenden wir einen Verstärker “Differential” weil wir den Spannungsabfall durch den zu testenden Widerstand erfassen wollen, oder die Unterschied zwischen der Spannung auf der einen Seite des Widerstands und der Spannung auf der anderen Seite des Widerstands.

Der Differenzverstärker besteht aus

• U1B – der Operationsverstärker
• R11, R12, R13 und R14: Diese Widerstände konfigurieren U1B als Differenzverstärker
• R15, R17 und R18 – Offset-Einstellung

Die Schaltung besteht aus R15, Mit R17 und R18 können wir dem Differenzverstärkerausgang eine einstellbare Offset-Spannung hinzufügen. Dazu brauche ich eine negative Spannungsquelle.

Ich verstehe es mit dieser Phase.

Q1 und Q2 bilden einen klassischen Rechteckoszillator. R5, R6, C1 und C2 bestimmen die Betriebsfrequenz, die eigentlich überhaupt nicht kritisch ist. Q4 und Q5 sind als nahezu komplementäre Push-Pull-Symmetrieverstärker konfiguriert. Die Verwendung von PNP-Transistoren ist auf das zurückzuführen, was ich in dieser Zeit der erzwungenen Isolation tatsächlich zu Hause habe. Am Gegentaktausgang habe ich C4, das die Gleichspannung entkoppelt, und die beiden D1 und D2 begradigen die negative Komponente des Signals und filtern sie mit C5, Durch Erzeugen dieser negativen Spannung ist es nützlich, den Eigenversatz des Integrierten zu korrigieren. Mit diesem System habe ich sowohl die Eingabe- als auch die Ausgabefehler reduziert.

Die letzte Stufe ist ein Verstärker mit einer Verstärkung von 5. Diese zusätzliche Verstärkung setzt das Gesamtmessverhältnis auf den geeigneten Wert von 1: 1, oder 1Ω Widerstand erzeugt 1V am Ausgang.

Die Verwendung von Komponenten mit Standardtoleranz würde die Genauigkeit des Instruments beeinträchtigen, Daher habe ich eine letzte Kalibrierung mit R19 zur Verstärkung dieser letzten Stufe hinzugefügt, um den korrekten Messwert zu erhalten.

Energie

Ich habe ein altes Handy-Ladegerät benutzt, 5V 600mA aber die Hälfte des Stroms hätte gereicht. Ein gutes System, um die Schubladen von Bauteilen zu befreien, die ich nicht werfen wollte, weil sie aber funktionsfähig sind, die jetzt aufgrund der programmierten Veralterung der Geräte, die sie aufladen sollten, unbrauchbar geworden sind. Nichts hindert Sie daran, ein USB-Kabel zu verwenden und es mehr und mehr als allgegenwärtiges "Werkzeug" in der Nähe der Werkbank an die PC-Buchse anzuschließen.

Kalibrierung

Der erste zu kalibrierende Teil der Schaltung ist die Konstantstromquelle. Die einfachste Methode ist die Verwendung eines Multimeters (verbunden mit J2) den konstanten Strom zu messen.

Stellen Sie den Wert von R1 ein, bis der gemessene Strom ist 200 mA. Beginnen Sie mit R1, das auf den minimalen Widerstand eingestellt ist. Dies minimiert die Einstellung des anfänglichen konstanten Stroms und verhindert daher potenziell schädliche Strommengen durch Q1 und R8.

Mit dem eingestellten Konstantstrom, Wir müssen den Fehler im Differenzverstärkerausgang kompensieren. Sie können dies tun, indem Sie einen bekannten Widerstand messen und dann R18 einstellen, bis der Differenzverstärkerausgang dem bekannten Widerstand entspricht (zum Beispiel, Ein Widerstand von 1 Ω sollte einen Differenzausgang von 200 mV erzeugen), oder Sie können die Spannung über einen kleinen Widerstand mit einem präzisen Voltmeter messen und dann RV2 so einstellen, dass der Ausgang des Differenzverstärkers der gemessenen Spannung entspricht.

Die letzte Kalibrierungsphase besteht darin, R19 so einzustellen, dass die Verstärkung des U1C-Verstärkers gleich ist 5. Messen Sie die nicht invertierte Eingangsspannung von U1C und stellen Sie R19 ein, bis der Ausgang ist 5 mal der Wert des Eingangs, oder geben Sie einfach exakte 1V mit einem 1Ω Widerstand.

Nur einen Faktor konnte ich nicht lösen. Der Ausgang mit kurzgeschlossenen Eingängen ergibt einen Widerstandswert, der nicht Null ist. Es hängt nicht von Designfehlern ab, Es ist nur so, dass der intern verwendete Betrieb die Transistorausgangsstufe hat.

Aus dem internen Äquivalentschema kann abgeleitet werden, dass bei Sättigung der maximale Ausgang V + minus dem Spannungsabfall von ungefähr 1,4 V ist, der durch das Darlington aus Q5 und Q6 verursacht wird, während die minimale Ausgangsspannung niemals Null sein wird. Es ist notwendig, die Sättigungsspannung von Q13 zu addieren es ist typischerweise um 5mV. Dies ist der minimal anzeigbare Wert. Praktisch im Kurzschluss wird es mir signalisieren, dass der Widerstand sein wird 0,005 Ω Ossia 5m Ω, Wenn dieser Wert überschritten wird, ist der angezeigte Widerstand der effektive.

Amilcare Grüße