So messen Sie drei Widerstände in einem Dreieck

Es ist möglich, die Messung in einem einzigen Zyklus durchzuführen. Die allgemeine Technik wird „Guarding“ genannt und ist die Grundtechnik, die von „In-Circuit-Test-Equipment“ (ICT) zum Messen von Komponenten auf bereits bestückten Platinen verwendet wird.

Im allgemeinen Fall wird ein gewünschter Widerstand Runknown durch einen parallelen Pfad von mindestens zwei anderen Widerständen überbrückt, für die ein Knoten auf diesem Pfad zugänglich ist. Dieser Punkt wird als Guard-Knoten bezeichnet.

Im schlimmsten Fall ist der Nebenschlusspfad sehr niederohmig und die Unbekannte hochohmig.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

In dieser Schaltung legen wir eine Spannung von Vref über den unbekannten Widerstand und messen den Strom, der durch ihn fließt. Der Verstärker mit virtueller Masse hält den Erfassungsknoten auf 0 V und misst den aus dem Erfassungsknoten fließenden Strom.

Wie gehen wir mit dem Strom um, der auch durch den Parallelpfad fließt?

Der durch Rtop fließende Strom wird nicht gemessen. Der Strom fließt am Force-Knoten hinein und durch den Guard-Knoten hinaus, im Sense-Knoten fließt kein Strom. Der Force-Knoten muss über eine ausreichende Ausgangskapazität verfügen, um den Strom zu treiben, den Rtop verbraucht. Die Verlustleistung in Rtop ist eine der Einschränkungen, wie hoch ein Vref verwendet werden kann.

Der durch Rbottom fließende Strom wird zu Null gemacht, indem beide Enden davon auf der gleichen Spannung gehalten werden. Daher ist der einzige Strom, der aus dem Erfassungsknoten herausfließt, der Strom durch Runknown, aufgrund von Vref darüber.

Die Auswirkungen von Rtop und Rbottom wurden „ausgeblendet“.

Es gibt eine Reihe von Fehlern, die in die Messung einfließen.

a) Der VirtGND-Verstärker hat keine Null-Offset-Spannung.

Dadurch wird die Spannung über Rbottom ungleich Null, und folglich fließt ein Strom durch sie und addiert sich zum gemessenen Strom. Dieser Effekt wird schlimmer, wenn das Verhältnis von Runknown/Rbottom größer wird. Dies kann gemildert werden, indem das Vref/Voffset-Verhältnis so groß wie möglich gemacht wird.

b) Alle drei Leitungen zum „Widerstandsdelta“ haben einen endlichen Widerstand, was zu Messfehlern führt. Im Fall von ICT gibt es einen Satz Messausrüstung und einen analogen Multiplexer, der mit möglicherweise 1000 Komponenten auf der zu testenden Platine verbunden ist. Jeder Pfad durch den Multiplexer könnte einen Widerstand von 10 Ohm aufweisen, und dieser Leitungswiderstand ist zu hoch, um einen angemessenen Bereich für genaue Messungen zu ergeben.

Glücklicherweise können die Verbindungen zum Kraftknoten und zum Erfassungsknoten jeweils durch eine „Spannungserfassungs“-Leitung und eine „Stromtreiber“-Leitung verbunden werden, ähnlich wie Sie eine „4-Klemmen“-Messung eines Widerstands durchführen würden. Der Schutzknoten muss ebenfalls niederohmig sein, aber in der Regel steht bei ICT-Arbeiten die Masseverbindung für alle Endgeräte lokal zur Verfügung und muss nicht durch den gesamten Multiplexer gehen, sodass sie normalerweise durch eine einzige feste Verbindung hergestellt werden kann.

Wenn sich aus Gründen der Genauigkeit immer noch ein zu großer Spannungsabfall durch die Wächterverbindung herausstellt (der Spannungsabfall in dieser Leitung erscheint über Rbottom, treibt also einen Fehlerstrom zum Erfassungsknoten), kann der einfache Wächter durch einen Verstärker ersetzt werden mit einer Lese- und Treiberverbindung zum Schutzknoten und einem Referenzeingang mit Nullspannung.

Bei einer Schaltung mit drei Knoten ist es ziemlich klar, dass Sie, um irgendetwas zu messen, eine Spannung an zwei der Knoten anlegen müssen. An diesem Punkt können Sie den Strom messen, der durch die Spannungsquelle fließt, und Sie können die Spannung des dritten Knotens relativ zu einem der beiden anderen messen.

Also nein, es gibt keine Möglichkeit, alle benötigten Informationen in einem einzigen Messzyklus zu erhalten.

Wenn Sie dies nur mit Spannungsmessungen tun möchten, müssen Sie in der Lage sein, Ihre Spannungsquelle an jedes Knotenpaar anzulegen. Dies bedeutet, dass Sie in der Lage sein müssen, zwei der Knoten zu erden, und Sie müssen in der Lage sein, Ihre Quelle an den dritten Knoten und einen der ersten beiden anzulegen. Das bedeutet, dass Sie insgesamt vier Schalter benötigen (plus einen Mux für den ADC).