Medidor de baixa resistência

Crie um circuito para a medição precisa de baixas resistências.

Você já tem um DMM para medir a resistência, mas pode ser usado com resistências inferiores a 1Ω? E se sim, essas leituras de baixa resistência são confiáveis?

Este projeto mostrará como fazer seu medidor de baixa resistência; ele usa apenas alguns componentes e pode medir resistências até um centésimo de si.

esquema

A teoria

A medição da resistência pode ser realizada usando uma variedade de métodos, mas neste projeto o método escolhido é usar a equação mais fundamental em eletrônica:

V = I x R

Uma fonte de corrente constante estabelecerá a corrente através da resistência em teste e medirá a queda de tensão produzida pela resistência. Essa queda de tensão será amplificada e alimentada em um multímetro padrão. A amplitude da tensão será igual à resistência em ohms (a arte. 1V = 1Ω).

Você deve selecionar uma corrente que produza voltagens razoáveis ​​para os estágios do amplificador que seguem o estágio de corrente constante.

Uma consideração importante é a tensão de offset da entrada do amplificador operacional, que é modelado como uma fonte de tensão em série com o terminal de entrada inversor ou não inversor do amplificador operacional. Essa tensão é multiplicada pelo ganho não inversor do amplificador operacional e é uma fonte de erro, pois pode tornar a tensão de saída diferente da que seria de esperar de um circuito ideal.. Eu tenho que projetar o circuito para que o efeito dessa tensão de offset seja baixo.

O amplificador operacional usado não possui a funcionalidade offset-null, Estou usando o LM324, que não inclui este pino. em vez, Posso reduzir facilmente a influência da tensão de compensação, garantindo que o sinal de entrada seja muito maior que a tensão de compensação, que é de ± 2mV para o LM324.

Meu objetivo é medir a resistência até 0,1Ω. Isso significa que eu tenho que escolher uma fonte de corrente constante que crie uma tensão significativamente maior que 2 mV quando a corrente passa por uma resistência. Este é um compromisso, porque correntes mais altas têm desvantagens e correntes mais baixas reduzem a queda de tensão na resistência em teste. Os problemas com corrente mais alta são os seguintes:

• Maior consumo de energia, enquanto menor consumo de energia ajuda na portabilidade.
• Correntes mais baixas produzem menos calor gerado pelo circuito da fonte de corrente constante.
• Correntes mais baixas reduzem a dissipação de energia e, portanto, aumentam a temperatura da resistência em teste; com uma corrente mais baixa, podemos medir a resistência dos elementos do circuito mais suscetíveis a danos causados ​​pelo calor (fios finos, por exemplo).

A corrente escolhida para este circuito é 200 mA. Essa quantidade de corrente não é muito alta, mas gera 20 mV através de um resistor de 0,1 ± e ± 2 mV é igual a ± 0,01 Ω. Considero apropriado ser um valor que se enquadre na tolerância intrínseca dos resistores utilizados, que geralmente é 5%. Com arranjos de circuitos adequados, reduzirei significativamente esse erro

A fonte de corrente constante consiste em

• U1A - LM324
• Q1 - BD135 com resistência térmica de 10 ° C / W sem aleta, a partir de 5V de fonte de alimentação admitindo o uso de terminais em curto-circuito entre eles, terei 5V x 0,2A = 1W = 10 ° C de aumento de temperatura no transistor Uma pequena barbatana me garantirá um aumento dentro 5 graus.
• R1 – potenciômetro para ajustar a tensão de referência aplicada ao terminal não inversor do amplificador operacional e, consequentemente, a corrente fornecida
• R8 – resistência de detecção (1ó, tolerância 1%)

Com uma corrente constante de 200 mA através do resistor sensor de 1 ó, a dissipação de energia é de 40m W (daí a escolha de 1/4 W)

O próximo estágio após a fonte de corrente constante é um amplificador diferencial com um ganho de 1 e um ajuste da tensão de offset. Aqui estamos usando um amplificador “diferencial” porque queremos detectar a queda de tensão através da resistência em teste, ou o diferença entre a tensão de um lado da resistência e a tensão do outro lado da resistência.

O amplificador diferencial consiste em

• U1B – o amplificador operacional
• R11, R12, R13 e R14: esses resistores configuram o U1B como um amplificador diferencial
• R15, R17 e R18 – ajuste de deslocamento

O circuito que consiste em R15, R17 e R18 nos permitem adicionar uma tensão de compensação ajustável à saída do amplificador diferencial. Para fazer isso, preciso de uma fonte de tensão negativa.

Eu entendo com esta fase.

Q1 e Q2 formam um oscilador de onda quadrada clássico. R5, R6, C1 e C2 determinam a frequência operacional que na verdade não é crítica. Q4 e Q5 são configurados como um amplificador de simetria push-pull quase complementar. O uso de transistores PNP é devido ao que eu realmente tenho em casa durante esse período de isolamento forçado. Na saída push-pull, tenho C4 que desacopla a tensão DC e os dois D1 e D2 endireitam o componente negativo do sinal e o filtram com C5, Ao criar essa tensão negativa, é útil para corrigir o deslocamento intrínseco da rede integrada.. Com este sistema, reduzi os erros de entrada e saída.

O último estágio é um amplificador com ganho de 5. Esse ganho adicional define a taxa de medição geral para o valor conveniente de 1: 1, ou 1Ω de resistência produz 1V na saída.

O uso de componentes com tolerância padrão comprometeria a precisão do instrumento, portanto, adicionei uma última calibração com R19 no ganho deste último estágio para obter a leitura correta.

Energia

Usei um carregador de celular antigo, 5V 600mA, mas metade da corrente teria sido suficiente. Um bom sistema para liberar as gavetas dos componentes que eu não queria jogar porque são funcionais, mas, que se tornaram inutilizáveis ​​devido à obsolescência programada dos dispositivos que deveriam carregar. Nada impede você de usar um cabo USB e conectá-lo ao soquete do PC, cada vez mais uma "ferramenta" onipresente próxima à bancada.

calibragem

A primeira parte do circuito a ser calibrada é a fonte de corrente constante. O método mais simples é usar um multímetro (conectado ao J2) para medir a corrente constante.

Ajuste o valor de R1 até que a corrente medida seja 200 mA. Comece com R1 definido para sua resistência mínima. Isso minimiza a configuração da corrente constante inicial e, portanto, evita quantidades potencialmente perigosas de corrente através de Q1 e R8.

Com o conjunto atual constante, temos que compensar o erro na saída do amplificador diferencial. Você pode fazer isso medindo uma resistência conhecida e ajustando R18 até que a saída diferencial do amplificador corresponda à resistência conhecida (por exemplo, uma resistência de 1Ω deve produzir uma saída diferencial de 200mV), ou você pode medir a tensão através de uma pequena resistência usando um voltímetro preciso e, em seguida, ajustar o RV2 para que a saída do amplificador diferencial seja igual à tensão medida.

A fase final de calibração consiste em ajustar R19 para que o ganho do amplificador U1C seja igual a 5. Meça a tensão de entrada não invertida de U1C e ajuste R19 até que a saída seja 5 vezes o valor da entrada, ou mais, basta fornecer 1V exato com um resistor de 1Ω.

Apenas um fator que não consegui resolver. A saída com entradas em curto-circuito fornece um valor resistivo que não é zero. Não depende de erros de design, é que o operacional usado internamente tem o estágio de saída do transistor.

A partir do esquema interno equivalente, pode-se deduzir que, na saturação, a saída máxima será V + menos a queda de tensão de cerca de 1,4V causada pelo darlington consistindo em Q5 e Q6, enquanto a tensão mínima de saída nunca será zero, é necessário adicionar a tensão de saturação de Q13 que é tipicamente em torno de 5mV. Esse é o valor mínimo de exibição. Praticamente em curto-circuito, sinalizará que a resistência será 0,005 Ω ossia 5m Ω, se esse valor for excedido, a resistência exibida será a efetiva.

Greetings Amilcare