Medidor de baja resistencia

Cree un circuito para la medición precisa de bajas resistencias..

Ya tienes un DMM para medir la resistencia., pero se puede usar con resistencias inferiores a 1Ω? Y si es asi, Estas lecturas de baja resistencia son confiables?

Este proyecto le mostrará cómo hacer su medidor de baja resistencia; solo usa un puñado de componentes y puede medir resistencias de hasta una centésima si Ω.

esquema

La teoria

La medición de resistencia se puede realizar usando una variedad de métodos, pero en este proyecto el método elegido es usar la ecuación más fundamental en electrónica:

V = I x R

Una fuente de corriente constante establecerá la corriente a través de la resistencia bajo prueba y medirá la caída de voltaje producida por la resistencia. Esta caída de voltaje se amplificará y se alimentará a un multímetro estándar. La amplitud del voltaje será igual a la resistencia en ohmios. (el arte. 1V = 1Ω).

Debe seleccionar una corriente que produzca voltajes razonables para las etapas del amplificador que siguen a la etapa de corriente constante.

Una consideración importante es el voltaje de compensación de la entrada del amplificador operacional, que se modela como una fuente de voltaje en serie con el terminal de entrada inversora o no inversora del amplificador operacional. Este voltaje se multiplica por la ganancia no inversora del amplificador operacional y es una fuente de error porque puede hacer que el voltaje de salida sea diferente de lo que esperaríamos de un circuito ideal. Tengo que diseñar el circuito para que el efecto de este voltaje de compensación sea bajo.

El amplificador operacional utilizado no tiene una funcionalidad de compensación nula, Estoy usando el LM324, que no incluye este pin. en vez, Puedo reducir fácilmente la influencia del voltaje de compensación asegurándome de que la señal de entrada sea mucho mayor que el voltaje de compensación, que es ± 2mV para el LM324.

Mi objetivo es medir la resistencia hasta 0.1Ω. Esto significa que tengo que elegir una fuente de corriente constante que cree un voltaje significativamente mayor que 2 mV cuando la corriente pasa a través de una resistencia. Esto es un compromiso, porque las corrientes más altas tienen desventajas y las corrientes más bajas reducen la caída de voltaje a través de la resistencia bajo prueba. Los problemas con una corriente más alta son los siguientes:

• Mayor consumo de energía, mientras que un menor consumo de energía ayuda con la portabilidad.
• Las corrientes más bajas producen menos calor generado por el circuito fuente de corriente constante.
• Las corrientes más bajas reducen la disipación de potencia y, por lo tanto, aumentan la temperatura de la resistencia bajo prueba.; con una corriente más baja, podemos medir la resistencia de los elementos del circuito que son más susceptibles al daño por calor (hilos delgados, por ejemplo).

La corriente elegida para este circuito es 200 mA. Esta cantidad de corriente no es demasiado alta pero genera 20 mV a través de una resistencia de 0,1 Ω e ± 2 mV es igual a ± 0.01 Ω. Considero apropiado ser un valor que se encuentre dentro de la tolerancia intrínseca de las resistencias utilizadas, que generalmente es 5%. Con los arreglos de circuito apropiados, reduciré significativamente este error

La fuente de corriente constante consiste en

• U1A - LM324
• Q1 - BD135 con resistencia térmica de 10 ° C / W sin aleta, a partir de 5V de la fuente de alimentación que admite el uso de terminales en cortocircuito, tendré 5V x 0.2A = 1W = 10 ° C de aumento de temperatura en el transistor Una aleta pequeña me garantizará un aumento dentro de 5 grados.
• R1 – potenciómetro para ajustar el voltaje de referencia aplicado al terminal no inversor del amplificador operacional y, en consecuencia, la corriente suministrada
• R8 – resistencia de detección (1ay, tolerancia 1%)

Con una corriente constante de 200 mA a través de la resistencia de detección de 1 ay, la disipación de potencia es de 40 m W (de ahí la elección de 1/4 W)

La siguiente etapa después de la fuente de corriente constante es un amplificador diferencial con una ganancia de 1 y un ajuste de la tensión de compensación. Aquí estamos usando un amplificador “diferencial” porque queremos detectar la caída de voltaje a través de la resistencia bajo prueba, o el diferencia entre el voltaje en un lado de la resistencia y el voltaje en el otro lado de la resistencia.

El amplificador diferencial consta de

• U1B – el amplificador operacional
• R11, R12, R13 y R14: Estas resistencias configuran U1B como un amplificador diferencial
• R15, R17 y R18 – ajuste de compensación

El circuito que consiste en R15, R17 y R18 nos permiten agregar un voltaje de compensación ajustable a la salida del amplificador diferencial. Para hacer esto necesito una fuente de voltaje negativo.

Lo consigo con esta etapa.

Q1 y Q2 forman un clásico oscilador de onda cuadrada. R5, R6, C1 y C2 determinan la frecuencia de operación que en realidad no es crítica en absoluto. Q4 y Q5 están configurados como un amplificador de simetría push-pull casi complementario. El uso de transistores PNP se debe a lo que realmente tengo en casa durante este período de aislamiento forzado. En la salida push-pull tengo C4 que desacopla el voltaje de CC y los dos D1 y D2 enderezan el componente negativo de la señal y lo filtran con C5, Al crear este voltaje negativo, es útil para corregir el desplazamiento intrínseco del. Con este sistema reduje los errores de entrada y salida.

La última etapa es un amplificador con ganancia de 5. Esta ganancia adicional establece la relación de medición general al valor conveniente de 1: 1, o 1Ω de resistencia produce 1V en la salida.

El uso de componentes con tolerancia estándar comprometería la precisión del instrumento., Por lo tanto, agregué una última calibración con R19 en la ganancia de esta última etapa para tener la lectura correcta.

Energía

Usé un viejo cargador de celular, 5V 600mA pero la mitad de la corriente hubiera sido suficiente. Un buen sistema para liberar los cajones de componentes que no quería tirar porque son funcionales pero, que ahora se han vuelto inutilizables debido a la obsolescencia programada de los dispositivos que supuestamente debían cargar. Nada le impide usar un cable USB y conectarlo a la toma de PC cada vez más una "herramienta" ubicua cerca del banco de trabajo.

calibración

La primera parte del circuito a calibrar es la fuente de corriente constante. El método más simple es usar un multímetro. (conectado a J2) para medir la corriente constante.

Ajuste el valor de R1 hasta que la corriente medida sea 200 mA. Comience con R1 establecido en su resistencia mínima. Esto minimiza la configuración de la corriente constante inicial y, por lo tanto, evita cantidades potencialmente dañinas de corriente a través de Q1 y R8.

Con el conjunto de corriente constante, tenemos que compensar el error en la salida del amplificador diferencial. Puede hacerlo midiendo una resistencia conocida y luego ajustando R18 hasta que la salida del amplificador diferencial corresponda a la resistencia conocida (por ejemplo, Una resistencia de 1Ω debería producir una salida diferencial de 200mV), o puede medir el voltaje a través de una pequeña resistencia usando un voltímetro preciso y luego ajustar RV2 para que la salida del amplificador diferencial sea igual al voltaje medido.

La fase de calibración final consiste en ajustar R19 para que la ganancia del amplificador U1C sea igual a 5. Mida el voltaje de entrada no invertido de U1C y ajuste R19 hasta que la salida esté 5 veces el valor de la entrada, o más simplemente dé 1V exacto con una resistencia de 1Ω.

Solo un factor que no pude resolver. La salida con entradas en cortocircuito da un valor resistivo que no es cero. No depende de errores de diseño., es solo que el operativo utilizado internamente tiene la etapa de salida del transistor.

Del esquema equivalente interno se puede deducir que en la saturación la salida máxima será V + menos la caída de voltaje de aproximadamente 1.4V causada por el darlington que consiste en Q5 y ​​Q6, mientras que la tensión de salida mínima nunca será cero, es necesario agregar el voltaje de saturación de Q13 que es típicamente alrededor de 5mV. Ese es el valor mínimo visualizable. Prácticamente en cortocircuito me indicará que la resistencia será 0,005 Ω ossia 5m Ω, Si se excede este valor, la resistencia mostrada será la efectiva.

saludos Amilcare