Verwenden Sie zum Messen eines Widerstands eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle?

Ich muss eine Leiterplatte entwerfen, um einen Widerstand von etwa 5 kΩ und einen Widerstand von 0,2 Ω zu messen. Ich weiß nicht, was die beste Lösung zum Messen dieser Widerstände ist. vielleicht eine Kombination aus beiden Methoden?

Um Strom und Spannung tatsächlich zu messen, können Sie einen Shunt-Widerstand mit einem Operationsverstärker verwenden, und nur für Strom können Sie einen Hall-Sensor verwenden.

Was sind Ihre Präzisionsanforderungen?
Danke für die Antwort. Ich kann diese selbst entscheiden, aber ich weiß nicht, was praktisch ist. vielleicht 5%?
@LuukBenningshof Hören Sie auf, eine Lösung zu entwickeln, bis Sie Ihre Anforderungen herausgefunden haben. Jede Lösung ist ein Kompromiss zwischen Kosten, Komplexität und Präzision. Wenn Sie nicht wissen, wie genau Sie etwas messen müssen, können wir Ihnen nicht sinnvoll helfen.
5% klingt trivial erreichbar. Bei 0,5 % würde es schon interessant werden. Vergessen Sie nicht die Temperaturkompensation.

Antworten (3)

Es kommt auf die Semantik an.

Um einen niedrigen Widerstand genau zu messen, müssen Sie eine 4-Leiter-Messung durchführen. Dazu müssen Sie sowohl den Spannungsabfall an Ihrem Widerstand als auch den durch ihn fließenden Strom kennen. Sie müssen diese beiden Messungen so oder so vornehmen.

Die Impedanz Ihrer Stromversorgung spielt keine Rolle (auch bekannt als "Stromquelle" oder "Spannungsquelle") für die Gültigkeit / Genauigkeit Ihrer Messung.

Aus praktischen Gründen ist jedoch eine Spannungsquelle einfacher zu beschaffen. Fügen Sie einen Vorwiderstand von etwa 100 Ohm hinzu, um den Strom zu begrenzen und zu messen.

Sie können auch überlegen, ob eine Strom-/Spannungsquelle in Grenzfällen sicherer als die andere wäre: Eine "Stromquelle" wird z. B. im Kurzschlusszustand anmutig sein, aber im Leerlaufzustand gesättigt sein und eine große Transiente erzeugen, wenn der Kontakt ist wieder hergestellt. Eine "Spannungsquelle" wird aufgrund des oben erwähnten Reihenwiderstands auch im Kurzschlusszustand anmutig sein, aber sie wird auch im Leerlaufzustand anmutig sein.

Danke für die Antwort, es gibt ein paar Dinge, die ich nicht verstehe. Erstens, wie würden Sie eine Spannungsquelle und einen Strommesser in einer 4-Draht-Konfiguration verwenden. Zweitens, wenn Sie einen Vorwiderstand von 100 Ohm in Reihe schalten, können Sie diese 0,2 Ohm aufgrund der Toleranzen nicht wirklich messen.
Wenn Sie den Strom und die Spannung über dem Widerstand messen, erhalten Sie einen Widerstand. Rechne nach.
@LuukBenningshof Der 100-Ω-Widerstand kann eine lockere Toleranz haben. Aber Sie müssen es einmal mit einem genauen Messgerät messen. Dann können Sie den reellen Wert, z. B. 103,776 Ω, in Ihre Mathematik einsetzen. Wenn Sie eine 4,096-V-Quelle verwenden, würden ungefähr 8 mV über Ihrem 0,2-Ω-DUT und der Rest über dem 100-Ω-Widerstand abfallen. Beim 5-kΩ-DUT fallen etwa 80 mV am 100-Ω-Widerstand ab und der Rest am DUT. Aus diesem Grund würden wahrscheinlich zwei unterschiedliche Verstärkungseinstellungen für die beiden DUTs benötigt oder bei Verwendung einer einzigen Verstärkungseinstellung etwas Präzision geopfert.
@LuukBenningshof "Wie würden Sie eine Spannungsquelle und einen Strommesser in einer 4-Draht-Konfiguration verwenden" : Sie verwenden eine Spannungsquelle, einen Vorwiderstand und zwei Spannungssonden, um den Spannungsabfall über dem DUT und über dem 100-Ω-Widerstand zu bestimmen.

Wenn Sie 0,2 Ω messen müssen, dann ist 4-Draht Ihre einzige praktische Lösung. Dies bedeutet eine Stromquelle, die einen Strom durch das zu testende Gerät leitet, und ein Voltmeter, das die Spannung darüber misst.

Sobald Sie diese beiden Elemente haben, müssen Sie nur die Bereiche ändern, um einen Widerstand zu messen.

Danke für die Antwort, aber würde das wirklich einen Unterschied machen, wenn die Testleitungen PCB-Spuren sind?
@LuukBenningshof Widerstände unter ~ 1k Ich würde mit 4-Draht messen, wenn Sie genau sein müssen (16 * e10-6 R + 50 µΩ mit HP3458 im niedrigen Ohmbereich)
PCB-Leiterbahnen haben einen Widerstand ungleich Null.

Wenn Sie eine Konstantspannungsquelle verwenden, hat Ihre Messung die höchste relative Genauigkeit am unteren Ende des Widerstandsbereichs.

Wenn Sie eine Konstantstromquelle verwenden, hat Ihre Messung am oberen Ende des Widerstandsbereichs die höchste relative Genauigkeit.

Sie sollten immer sowohl Spannung als auch Strom messen, da es fast immer möglich ist, genauer zu messen, als Sie liefern können. Angesichts des sehr geringen Widerstands würde ich auch sagen, dass eine 4-Leiter-Verbindung zum zu testenden Widerstand in Ordnung ist.

Um den nutzbaren Bereich einer einzelnen Konfiguration zu maximieren, möchten Sie eine Quelle mit einer Impedanz um das geometrische Mittel der Ober- und Untergrenze Ihres Messbereichs verwenden.

Wenn ich Widerstände in dem von Ihnen angegebenen Bereich ohne Neukonfiguration messen möchte, würde ich nach einer Spannungsquelle mit einem 30-Ohm-Widerstand in Reihe suchen. Dieser Widerstand kann gleichzeitig als Shunt für die Strommessung dienen.

Nennen wir den zu testenden Widerstand R T und der Source-Widerstand R S .

Am unteren Ende des Bereichs führt eine Änderung von R_t von 5 % zu einer Änderung der Spannung von etwa 5 % über R T und eine vernachlässigbare Änderung der Spannung über R S . Die Spannung über R T beträgt etwa 0,6 % des Skalenendwerts. Wir brauchen also eine Messgenauigkeit von etwa 0,03 % der Vollskalenspannung.

In ähnlicher Weise führt am oberen Ende des Bereichs eine Änderung von R_t von 5 % zu einer Änderung der Spannung von ungefähr 5 % über R S und eine vernachlässigbare Änderung der Spannung über R T .Die Spannung über R S beträgt etwa 0,6 % des Skalenendwerts. Wir brauchen also eine Messgenauigkeit von etwa 0,03 % der Vollskalenspannung.

Ich würde sagen, mit 14-Bit-ADCs sollte es mehr als praktisch sein, Ihre Anforderungen zu erfüllen, ohne das System für unterschiedliche Widerstandsbereiche neu zu konfigurieren.

Es ist möglicherweise möglich, dies mit ADCs mit geringerer Genauigkeit und Mittelwertbildung zu tun, aber wenn Sie dies tun, müssen Sie sicherstellen, dass Ihr System ausreichend verrauscht ist.

Hatte die gleiche Idee mit dem geometrischen Mittel, nachdem ich meine Antwort geschrieben hatte. Legen Sie die Spannungsquelle, dann 5k, dann 30R, dann 0,2R auf GND. Auf diese Weise muss man nur die Spannungsabgriffspunkte umschalten und kann zwei Operationsverstärker mit fester Verstärkung verwenden, um beide Werte mit höchster Präzision zu messen.
Das ist keine schlechte Idee, wenn Sie beide gleichzeitig messen müssen, anstatt eine Schaltung zu haben, die beide messen kann, aber nicht gleichzeitig.
Danke für die Antwort, aber ich habe noch einige Fragen. Warum hat eine Spannungsquelle am unteren Ende des Widerstandsbereichs die höchste relative Präzision? Es muss keine 4-Draht-Verbindung sein, da sie sich auf einer Leiterplatte befindet.
Verwenden Sie zum Messen eines Widerstands eine Konstantstromquelle oder eine Spannungsquelle?
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