Измеритель низкого сопротивления

Создать схему для точного измерения низких сопротивлений.

У вас уже есть цифровой мультиметр для измерения сопротивления, но его можно использовать с сопротивлениями ниже 1Ω? И если так, эти показания с низким сопротивлением надежны?

Этот проект покажет вам, как сделать свой измеритель низкого сопротивления; он использует только несколько компонентов и может измерять сопротивления до сотых сОм.

схема

Теория

Измерение сопротивления может быть выполнено с использованием различных методов., но в этом проекте выбранный метод заключается в использовании наиболее фундаментального уравнения в электронике:

V = I x R

Источник постоянного тока установит ток через тестируемое сопротивление и измерить падение напряжения, вызванное сопротивлением. Затем это падение напряжения будет усиливаться и подаваться в стандартный мультиметр.. Амплитуда напряжения будет равна сопротивлению в омах (искусство. 1V = 1 Ом).

Вы должны выбрать ток, который создает разумные напряжения для ступеней усилителя, которые следуют за ступенью постоянного тока.

Важным фактором является напряжение смещения входа операционного усилителя., который моделируется как источник напряжения последовательно с инвертирующей или неинвертирующей входной клеммой операционного усилителя. Это напряжение умножается на неинвертирующее усиление операционного усилителя и является источником ошибки, поскольку оно может сделать выходное напряжение отличным от того, которое мы ожидаем от идеальной схемы. Я должен спроектировать схему так, чтобы влияние этого напряжения смещения было низким.

Используемый операционный усилитель не имеет смещения нулевой функциональности, Я использую LM324, который не включает этот пин. вместо, Я могу легко уменьшить влияние напряжения смещения, убедившись, что входной сигнал намного больше, чем напряжение смещения, что составляет ± 2 мВ для LM324.

Моя цель - измерить сопротивление до 0,1 Ом. Это означает, что мне нужно выбрать источник постоянного тока, который создает напряжение, значительно превышающее 2 мВ, когда ток проходит через сопротивление. Это компромисс, потому что более высокие токи имеют недостатки, а более низкие токи уменьшают падение напряжения на тестируемом сопротивлении. Проблемы с более высоким током заключаются в следующем:

• Большее потребление энергии, в то время как более низкое потребление энергии помогает с портативностью.
• Более низкие токи производят меньше тепла, генерируемого цепью источника постоянного тока.
• Более низкие токи уменьшают рассеиваемую мощность и, следовательно, увеличивают температуру тестируемого сопротивления.; с более низким током, мы можем измерить сопротивление элементов схемы, наиболее подверженных тепловому повреждению (тонкие нити, например).

Ток, выбранный для этой цепи 200 мА. Это количество тока не слишком велико, но генерирует 20 мВ через резистор от 0,1 Ω e ± 2 мВ равно ± 0,01 Ом. Я считаю целесообразным значение, которое находится в пределах допустимого отклонения используемых резисторов, которым оно обычно является 5%. При соответствующей схеме подключения я значительно уменьшу эту ошибку

Источник постоянного тока состоит из

• U1A - LM324
• Q1 - BD135 с термическим сопротивлением 10 ° C / Вт без ребра, начиная с 5 В источника питания, допускающего использование клемм, закороченных между ними, у меня будет 5 В x 0,2 А = 1 Вт = 10 ° C повышения температуры в транзисторе. Небольшой плавник гарантирует мне увеличение в пределах 5 степени.
• R1 – потенциометр для регулировки опорного напряжения, приложенного к неинвертирующему контакту операционного усилителя и, следовательно, выходной току
• R8 – сопротивление обнаружения (1о, толерантность 1%)

С постоянным током 200 мА через чувствительный резистор от 1 о, рассеиваемая мощность 40 мВт (отсюда и выбор 1/4 W)

Следующим этапом после источника постоянного тока является дифференциальный усилитель с усилением 1 и регулировка напряжения смещения. Здесь мы используем усилитель “дифференциал” потому что мы хотим обнаружить падение напряжения через тестируемое сопротивление, или разница между напряжением на одной стороне сопротивления и напряжением на другой стороне сопротивления.

Дифференциальный усилитель состоит из

• ULB – операционный усилитель
• R11, R12, R13 и R14: эти резисторы настраивают U1B как дифференциальный усилитель
• R15, R17 и R18 – корректировка смещения

Схема, состоящая из R15, R17 и R18 позволяют нам добавлять регулируемое напряжение смещения к выходу дифференциального усилителя. Для этого мне нужен источник отрицательного напряжения.

Я понял это на этом этапе.

Q1 и Q2 образуют классический прямоугольный генератор колебаний. R5, R6, C1 и C2 определяют рабочую частоту, которая на самом деле вообще не критична. Q4 и Q5 настроены как почти дополнительный двухтактный усилитель симметрии. Использование PNP-транзисторов связано с тем, что у меня есть дома в этот период принудительной изоляции.. На двухтактном выходе у меня есть C4, который отсоединяет напряжение постоянного тока, а два D1 и D2 выпрямляют отрицательный компонент сигнала и фильтруют его с помощью C5., создавая это отрицательное напряжение, это полезно для коррекции собственного смещения интегрированного. С помощью этой системы я уменьшил ошибки ввода и вывода.

Последний этап - усилитель с усилением 5. Этот дополнительный коэффициент усиления устанавливает общий коэффициент измерения на удобное значение 1: 1, или 1 Ом сопротивления производит 1 В на выходе.

Использование компонентов со стандартным допуском может повлиять на точность прибора., поэтому я добавил последнюю калибровку с R19 на усиление этого последнего этапа, чтобы иметь правильные показания.

мощность

Я использовал старое зарядное устройство для мобильного телефона, 5V 600 мА, но половины тока было бы достаточно. Хорошая система для освобождения ящиков компонентов, которые я не хотел бросать, потому что они функциональны, но, которые теперь стали непригодными из-за запрограммированного устаревания устройств, которые они должны были заряжать. Ничто не мешает вам использовать USB-кабель и подключать его к разъему ПК все более и более вездесущим «инструментом» рядом с верстаком.

калибровка

Первая часть калибруемой цепи является источником постоянного тока. Самый простой способ - использовать мультиметр (подключен к J2) измерить постоянный ток.

Регулируйте значение R1, пока измеренный ток не станет 200 мА. Начните с R1, установленного на минимальное сопротивление. Это минимизирует настройку начального постоянного тока и, следовательно, предотвращает потенциально опасные величины тока через Q1 и R8..

С постоянным током установлен, мы должны компенсировать ошибку в выходе дифференциального усилителя. Вы можете сделать это, измеряя известное сопротивление и затем настраивая R18, пока выход дифференциального усилителя не будет соответствовать известному сопротивлению. (например, сопротивление 1 Ом должно давать дифференциальный выход 200 мВ), или вы можете измерить напряжение через небольшое сопротивление с помощью точного вольтметра, а затем отрегулировать RV2 так, чтобы выход дифференциального усилителя был равен измеренному напряжению.

Заключительная фаза калибровки состоит в регулировке R19 так, чтобы усиление усилителя U1C было равно 5. Измерьте неинвертированное входное напряжение U1C и отрегулируйте R19, пока выход не будет 5 раз стоимость входа, или более просто дать точное 1 В с резистором 1 Ом.

Только один фактор я не смог решить. Выход с входами при коротком замыкании дает значение сопротивления, которое не равно нулю. Это не зависит от ошибок проектирования, это просто, что операционная используется внутри имеет выходной каскад транзистора.

Из внутренней эквивалентной схемы можно сделать вывод, что при насыщении максимальный выходной сигнал будет равен V + минус падение напряжения приблизительно на 1,4 В, вызванное дарлингтоном, состоящим из Q5 и Q6, в то время как минимальное выходное напряжение никогда не будет равным нулю, необходимо добавить напряжение насыщения Q13, которое обычно это около 5 мВ. Это минимальное отображаемое значение. Практически в коротком замыкании это будет сигнализировать мне, что сопротивление будет 0,005 Ω оссия 5м Ω, если это значение превышено, отображаемое сопротивление будет эффективным.

AMILCARE Приветствия