ควรใช้กระแสไฟฟ้าเท่าใดเมื่อวัดความต้านทานของขดลวดกระแสตรง

เมื่อทดสอบสายเคเบิลที่ออกแบบมาเพื่อจ่ายกระแสสูง หรือเมื่อต้องมั่นใจในความน่าเชื่อถืออย่างยิ่ง การวัดความต้านทานค่าต่ำอย่างแม่นยำเป็นสิ่งจำเป็น แล้วทำไมการวัดความต้านทานต่ำจึงต้องใช้กระแสสูง และการวัดความต้านทานสูงจึงต้องใช้กระแสต่ำ?

กฎของโอห์มนิยามความต้านทาน "R" ว่าเป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้า "U" ที่ตกคร่อมองค์ประกอบต่อกระแสไฟฟ้า "I" ที่ไหลผ่าน:
R = U/I
เราวัดความต้านทาน RW ระหว่างขาต่อสองขาของตัวนำ อย่างไรก็ตาม วงจรทั้งหมดรวมถึงความต้านทานของสายนำ RL1 และ RL2 ด้วย ดังนั้นแรงดันตกที่ใช้ในการคำนวณจึงรวมความต้านทานทั้งสามเข้าด้วยกัน ในหลายกรณี ความต้านทานของสายนำต่ำกว่าความต้านทานของตัวนำหรือองค์ประกอบที่เราวัดมากจนสามารถละเลยได้

เมื่อกระแส I มีค่าน้อยมาก แรงดัน U บนความต้านทานต่ำ R ก็จะมีค่าน้อยมากเช่นกัน ดังนั้นเพื่อให้เครื่องมือแสดงค่าความต้านทานต่ำได้ชัดเจน ต้องเพิ่มกระแสที่ไหลผ่านความต้านทานต่ำนั้น ในเวลาเดียวกัน การใช้กระแสต่ำกำจัดฟิล์มออกไซด์ที่มีความต้านทานสูงได้ยาก และค่าความต้านทานที่วัดได้จะสูงเกินไป แต่ฟิล์มออกไซด์จะถูกทำลายได้ง่ายภายใต้กระแสสูง ซึ่งไม่ขัดขวางการไหลของกระแสปกติ ดังนั้นเมื่อวัดความต้านทานต่ำ กระแสต้องไม่น้อยเกินไป เมื่อวัดความต้านทานสูง อิทธิพลของความต้านทานฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวมีน้อย ดังนั้นความต้านทานสูงจึงไม่ต้องการกระแสที่สูงมาก

การเชื่อมต่อทดสอบความต้านทานขดลวดหม้อแปลง:

ตัวอย่างต่อไปนี้แสดงให้เห็น เช่น เราวัดความต้านทาน 1Ω และ 1mΩ และทดสอบด้วยกระแส 1μA และ 1A ตามลำดับ:

ใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่จ่ายกระแส 1μA ให้กับตัวต้านทาน 1Ω ตามสูตร U=IR คำนวณได้ว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคือ 1μV
ใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่จ่ายกระแส 1μA ให้กับตัวต้านทาน 1mΩ ตามสูตร U=IR คำนวณได้ว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคือ 1nV (หมายเหตุ: แก้ไขจาก 1V เป็น 1nV ตามหลักการ 1μA * 1mΩ = 1nV)
ใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่จ่ายกระแส 1A ให้กับตัวต้านทาน 1Ω ตามสูตร U=IR คำนวณได้ว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคือ 1V

ใช้แหล่งจ่ายกระแสคงที่จ่ายกระแส 1A ให้กับตัวต้านทาน 1mΩ ตามสูตร U=IR คำนวณได้ว่าแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานคือ 1mV

เห็นได้ชัดว่าสำหรับเครื่องมือวัดส่วนใหญ่ การสุ่มตัวอย่างและประมวลผลสัญญาณแรงดันที่ระดับ mV นั้นสะดวกและสมเหตุสมผลกว่า 1μV นั้นเล็กเกินไป และโดยทั่วไปจำเป็นต้องขยายสัญญาณระหว่างการวัด ส่วน 1V นั้นใหญ่เกินไป จึงจำเป็นต้องลดทอนลงในอัตราส่วนที่สูงมาก ภายใต้สภาวะกระแสคงที่ ยิ่งความต้านทานมาก แรงดันก็ยิ่งมาก และช่วงแรงดันอินพุตของเครื่องมือวัดมีจำกัด ดังนั้นเมื่อวัดความต้านทานสูง จำเป็นต้องลดกระแสทดสอบเพื่อให้แรงดันอินพุตอยู่ในช่วงที่เหมาะสม ในทางกลับกัน เมื่อวัดความต้านทานต่ำ จำเป็นต้องเพิ่มกระแสวัดเพื่อให้ตรงกับแรงดันอินพุต เพื่อวัดความต้านทานต่ำได้อย่างแม่นยำ

ปัจจุบันโดยทั่วไปใช้วิธีเคลวินสี่สายแบบก้าวหน้าเพื่อวัดความต้านทานตรง ซึ่งสามารถขจัดแรงดันตกที่เกิดจากความต้านทานของสายได้ แผนผังดังต่อไปนี้:

โดย RL คือความต้านทานที่ต้องการวัด แหล่งจ่ายกระแสคงที่ V/I FORCE ทำหน้าที่จ่ายกระแสคงที่ให้เครื่องมือทดสอบ และวัดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของ RL ผ่านสาย SENSE ทั้งสาย FORCE และ AGND มีความต้านทานสมมูล เมื่อค่าความต้านทานนี้สูง ย่อมเกิดแรงดันตกคร่อมขนาดใหญ่ เนื่องจากสาย SENSE และ DGS เชื่อมต่อโดยตรงกับปลายทั้งสองของโหลด และมีอิมพีแดนซ์ขาเข้าสูงมาก กระแสที่ไหลผ่านสายทั้งสองนี้จึงถือว่าเป็นศูนย์ ทำให้สามารถอ่านค่าแรงดันไฟฟ้าคร่อมโหลดได้อย่างแม่นยำ

การวัดแบบ 4 สายเคลวินสามารถวัดค่าความต้านทานที่ต่ำกว่า 0.1 Ω ได้อย่างแม่นยำ พร้อมทั้งตัดผลของความต้านทานภายในของสายที่เชื่อมต่อเครื่องมือวัดกับชิ้นส่วนที่กำลังทดสอบออกไป โดยทั่วไป สายทดสอบมิเตอร์ดิจิตอล (DMM) ขนาด 24 นิ้ว มีความต้านทานตามธรรมชาติประมาณ 0.1Ω ดังนั้นเมื่อใช้สายนำสองเส้นเชื่อมต่อกับหน่วยภายใต้การทดสอบ (UUT) จะเกิดการวัดเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 0.2 Ω นอกจากนี้ การปนเปื้อนเล็กน้อยบนขั้วต่อสาย ไม่ว่าจะเป็นคราบไขมันจากนิ้วมือ ฝุ่นจากอากาศ หรือพื้นผิวโลหะของวัตถุที่ทดสอบที่เกิดการกัดกร่อนและออกซิไดซ์ ล้วนสามารถเพิ่มความต้านทานเสริมหรือทำให้ค่าที่วัดได้เปลี่ยนแปลงเมื่อสายนำหรือขั้วต่อถูกดัดงอ

ข้อดีและข้อเสียของการทดสอบแบบ 4 สายเคลวินมีอะไรบ้าง

ข้อได้เปรียบหลักของการวัดแบบ 4 สายคือการขจัดผลกระทบใดๆ จากความต้านทานของฟิกซ์เจอร์ (สายนำ) เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานที่แม่นยำของ UUT เนื่องจากการวัดแบบ 4 สายมักใช้กระแสทดสอบที่สูงกว่าการทดสอบแบบ 2 สายมาก ข้อได้เปรียบรองคือการทดสอบความเครียดด้วยกระแสสูงของสายไฟ โดยการจ่ายกระแส 1A หรือมากกว่าผ่านแต่ละสาย และความสามารถในการลดเวลา dwell จากการตั้งค่า 100 มิลลิวินาทีเป็นนาที – การสังเกตความต้านทานที่เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ในช่วง dwell time ที่ยาวอันเกิดจากความร้อน อาจเผยให้เห็นปัญหาที่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยช่วงการวัดที่สั้นกว่า

ข้อดีของการวัดแบบ 4 สายมาพร้อมกับต้นทุน ประการแรก ระบบทดสอบต้องการจำนวนจุดทดสอบเป็นสองเท่าของที่ต้องการสำหรับการวัดความต้านทานแบบ 2 สาย ซึ่งเพิ่มต้นทุนอุปกรณ์อย่างมาก ประการที่สอง ฟิกซ์เจอร์ทดสอบต้องใช้สายสองเส้นสำหรับแต่ละพินบนคอนเนคเตอร์คู่ต่อ ซึ่งหนึ่งเส้นสำหรับจ่ายกระแสและอีกเส้นสำหรับวัดแรงดัน สิ่งนี้เพิ่มต้นทุนและความซับซ้อนให้กับฟิกซ์เจอร์ทดสอบ

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการวัดแบบ 4 สายเคลวินจะช่วยปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์สายเคเบิลและสายไฟของคุณ การวัดความต้านทานแม่นยำที่ต่ำกว่า 0.1 Ω จะสามารถเปิดเผยข้อบกพร่องของสายไฟที่ไวต่อการรับรู้น้อยหรือมองไม่เห็น ซึ่งรวมถึงรอยบัดกรีที่ไม่ดี การอัด crimp ที่ไม่ถูกต้อง สายนำที่บุบสลาย ขั้วต่อสายนำที่ปนเปื้อน และสายที่ถูกหนีบด้วยแรงที่ไม่เหมาะสม การสูญเสียเนื่องจากความต้านทานจากข้อบกพร่องเหล่านี้สามารถทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปหรือไฟไหม้สายไฟในงานประยุกต์ที่ใช้กระแสมากกว่า 1 A หรือในกรณีของวงจรวัดที่รับสัญญาณอินพุตจากเซ็นเซอร์ความแม่นยำ อาจทำให้รายงานผลผิดพลาดหรือวงจรทำงานผิดปกติได้ วิธีการวัดความต้านทานแบบ 4 สายเคลวินไม่เพียงให้ผลการวัดที่ไวในระดับมิลลิโอห์มหรือไมโครโอห์ม แต่ยังขจัดผลกระทบจากความต้านทานใดๆ ที่ถูกนำเข้ามาโดยสายทดสอบหรือฟิกซ์เจอร์ทดสอบ อย่างไรก็ตาม เพื่อให้ได้ประโยชน์เหล่านี้ จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ทดสอบที่มีจำนวนจุดทดสอบเป็นสองเท่าของที่ต้องการปกติ และฟิกซ์เจอร์ทดสอบที่มีสายสองเส้นจากเครื่องทดสอบไปยังแต่ละพินบนคอนเนคเตอร์คู่ต่อ

บทความอื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง:

ชุดเวกเตอร์กรุ๊ปหม้อแปลงไฟฟ้าที่สมบูรณ์ที่สุด พร้อมแผนภาพการต่อขดลวด
ความต้านทานขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้ากระแสตรงสำคัญอย่างไร?
6 อันดับเครื่องทดสอบความต้านทานขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าชั้นนำของโลก (รวมราคา)
ควรทดสอบความต้านทานขดลวดบน CT และ PT แตกต่างกันอย่างไร?
ความต้านทานกระแสตรงและความต้านทานฉนวนแตกต่างกันอย่างไร และทดสอบอย่างไร?
8 เคล็ดลับเพื่อเพิ่มความแม่นยำในการวัดความต้านทานกระแสตรง
ทำไมผลทดสอบความต้านทานขดลวดถึงไม่แม่นยำเสมอ? คุณอาจมองข้าม 6 จุดสำคัญนี้ไป

บริษัท คิงรัน ทรานสฟอร์เมอร์ อินสตรูเมนท์ จำกัด

เครื่องทดสอบหม้อแปลงไฟฟ้าเพิ่มเติมจากคิงรัน