Миллиомметр схема: Миллиомметр для внутрисхемных измерений – RadioRadar

Миллиомметр для внутрисхемных измерений – RadioRadar

Представленный в статье прибор предназначен для измерения электрического сопротивления постоянному току измерительных шунтов, обмоток дросселей, трансформаторов и других объектов, у которых оно не превышает 3,6 Ом. Но одно из его основных применений – поиск короткозамкнутых участков электрических цепей ремонтируемой радиоаппаратуры путём проверки их сопротивления без выпаивания деталей.

Прибор питается всего от одного гальванического элемента типоразмера ААА и не имеет выключателя, автоматически переходя в режим малого энергопотребления в перерывах между измерениями. Его вход защищён от повреждения случайно поданным на него высоким напряжением.

Принципиальная схема миллиомметра показана на рис. 1. Основной его элемент – микроконтроллер DD1 PIC16F690-I/P, тактируемый от внутреннего RC-генератора частотой 8 МГц. Напряжение питания 3 В поступает на микроконтроллер с интегрального стабилизатора DA3 XC6206P301, имеющего экстремально низкий собственный ток потребления (1 мкА) и минимальное падение напряжения между входом и выходом, необходимое для нормальной работы.

На вход стабилизатора DA3 поступает напряжение 3,3 В с повышающего преобразователя на элементах DA2, L1, VD5, C1, C3, C4, в котором микросхема DA2 (NCP1402SN33) включена по типовой схеме. Необходимость в дополнительном стабилизаторе DA3 обусловлена чрезмерно высоким уровнем помех на выходе повышающего преобразователя, увеличивающим погрешность измерений.

Индикатор HG1 FYQ3641BH – четырёхразрядный семиэлементный светодиодный красного цвета свечения. Аноды светодиодов его элементов подключены к порту C микроконтроллера, а общие катоды разрядов – к его порту B. Здесь применена поэлементная динамическая индикация. В каждый момент времени микроконтроллер управляет только одним из 32 элементов индикатора. Такой принцип позволил отказаться от разрядных ключей и от гасящих резисторов в цепях элементов. Амплитуда генерируемых микроконтроллером импульсов тока не превышает 15 мА.

Хотя на схеме показан индикатор FYQ3641BH с общими катодами разрядов, в предлагаемом миллиомметре без всякого изменения схемы и программы можно использовать и подобный ему индикатор с общими анодами. Программа сама определит его конфигурацию и станет формировать соответствующие ей управляющие сигналы. Определение она производит в начале своей работы, устанавливая на выходе RC0 микроконтроллера высокий уровень напряжения, а на разрядных выходах RB4-RB7 – низкие уровни. Напряжение на выводе RC0, который одновременно служит аналоговым входом AN4, измеряет АЦП микроконтроллера. По полученному значению программа делает вывод о конфигурации индикатора. При этом не требуется никаких дополнительных внешних элементов.

Управление динамической индикацией организовано в процедуре обработки запросов прерывания от таймера TMR1, следующих с периодом 512 мкс. Цикл индикации занимает 32 таких периода – 16,384 мс, что соответствует частоте следования циклов около 61 Гц. Яркость свечения индикатора вполне достаточна и комфортна, хотя средний ток через элемент невелик.

При открытом полевом транзисторе VT1 через измеряемое сопротивление Rx течёт ток около 45 мА, заданный резисторами R9 и R1. При каждом измерении этотток подаётся непрерывно в течение всего цикла, что минимизирует влияние ёмкостных и индуктивных составляющих полного сопротивления измеряемого объекта на результат измерения.

Такая простая схема подачи измерительного тока может показаться примитивной и не обеспечивающей достаточную точность, ведь в подобных приборах нередко используют сложные стабилизированные источники тока на активных элементах. Но это не совсем так. На результат измерения влияют два независимых фактора – температурный дрейф стабилизатора тока и изменения напряжения питания микроконтроллера, которое обычно используют в качестве образцового для АЦП. В сумме они ухудшают точность измерения либо требуют сложной аппаратной или программной компенсации. В рассматриваемом же приборе напряжение на правом по схеме выводе резистора R9 равно напряжению питания микроконтроллера и образцовому напряжению АЦП. Поэтому его изменения не влияют на результат измерения сопротивления R_x, вычисляемый в данном случае по формуле:

где R₀ = R1+R9; К_ОУ – коэффициент усиления ОУ; N – выходной код АЦП.

По моему мнению, такая простая схема обеспечивает более точное измерение, чем активный стабилизатор тока.

Система защиты прибора от повышенного напряжения на входе имеет ограниченные по сравнению с применённой в приборе из упомянутой выше статьи возможности, поэтому следует соблюдать определённую осторожность. Система состоит из резисторов R1, R2, R5, диодов VD1, VD4 и стабилитрона VD2. Диод с барьером Шоттки VD4 ограничивает положительное напряжение между щупами A и Б до 250 мВ, что важно при измерениях на печатных платах, заполненных электронными компонентами. При превышении этого значения могут открыться и быть повреждены измерительным током p-n переходы маломощных полупроводниковых приборов, подключённые параллельно объекту измерения.

ОУ DA1.2 усиливает очень небольшое напряжение (иногда меньше десятых долей милливольта), снимаемое с сопротивления R_x. Коэффициент усиления ОУ программа может установить равным 67 либо 16,8, изменяя состояние выхода AN1, при низком логическом уровне напряжения на котором резисторы R6 и R8 оказываются соединёнными параллельно. Как выяснилось, при работе динамической индикации на этот выход наводится помеха. Поэтому на время работы АЦП программа её выключает.

Поскольку потребляемый ОУ MCP602 ток очень мал, оказалось возможным питать его непосредственно напряжением высокого уровня, установленным на выходе RA4 микроконтроллера. Для компенсации постоянного смещения передаточной характеристики ОУ на него подано внешнее положительное смещение с делителя напряжения R2R3, которое программа измеряет и учитывает при вычислении результата. Кроме того, ток через резистор R6 создаёт на входе прибора потенциал, необходимый для определения разомкнутого состояния измерительных щупов.

Напряжение элемента питания G1 подано для измерения на вывод RC7 микроконтроллера через цепь R4VD3. Резистор R4 ограничивает утечку тока при работе динамической индикации, а диод с барьером Шоттки VD3 уменьшает ток, втекающий в элемент питания G1 в спящем режиме. На измерение напряжения диод не оказывает существенного влияния, так как при малом (не более 0,5 мкА) прямом токе, на нём падает всего около 20 мВ, которые компенсируются программно.

В спящем режиме и на элементы, и на разряды индикатора HG1 подаётся напряжение высокого уровня, что выключает индикатор. Прибор “засыпает”, если в течение не менее 40 с его щупы A и Б ни с чем не соединены или замкнуты между собой. Из этого режима микроконтроллер выходит по запросам прерывания от своего сторожевого таймера, следующим с периодом около 150 мс. Если состояние щупов после предыдущей проверки не изменилось, микроконтроллер вновь засыпает. Так продолжается до тех пор, пока состояние щупов не изменится. В этом случае прибор переходит в рабочий режим. Такое решение позволило обойтись без кнопки установки микроконтроллера в исходное состояние и без выключателя питания.

Все детали миллиомметра, включая элемент питания, размещены на печатной плате размерами 35×85 мм из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита. Чертёж её печатных проводников и монтажная схема изображены на рис. 2. Применены компоненты, как в обычном исполнении, так и для поверхностного монтажа. Для установки микроконтроллера предусмотрена панель, а для элемента питания – держатель.

Рис. 2. Чертёж печатной платы и монтажная схема

 

Индикатор FYQ3641BH можно заменить на FYQ3641AH или на практически любой подобный красного цвета свечения, как с общими анодами, так и с общими катодами. Сдвоенный ОУ MCP602, один из элементов которого остаётся неиспользованным, можно заменить одиночным MCP601, но для его установки потребуется откорректировать печатную плату. Вместо микросхемы преобразователя напряжения XC6206P301MR подойдёт XC6206P302MR, отличающаяся лишь меньшей точностью установки выходного напряжения. Полевой транзистор IRLML6302 можно заменить на AO3401, диод 1N4002 – на любой той же серии, все диоды с барьером Шоттки – на 1N5818. Вместо стабилитрона 1N4728A пригоден и другой с напряжением стабилизации 2,7…3,3 В.

Резисторы R6-R8 должны быть с отклонением сопротивления от номинального не хуже ±0,5 %. В крайнем случае, их можно отобрать из резисторов с допуском ±5 %, подбирая их с помощью омметра класса точности не хуже 0,25. Есть ещё один вариант – использовать прецизионные резисторы только в качестве R6 и R8 с последующей программной коррекцией. В случае полного отсутствия прецизионных резисторов скорректировать погрешности программно удастся, скорее всего, только в одном из интервалов измерения (0…0,9 Ом или 0,9…3,6 Ом). Остальные резисторы могут быть с допуском ±5 %. Конденсаторы для поверхностного монтажа, использованные в приборе, – типоразмера 1206, а такие же резисторы – типоразмера 0805.

Смонтированная плата с установленными на ней запрограммированным микроконтроллером и элементом питания помещена в подходящий пластмассовый корпус. Напротив индикатора в нём вырезано прямоугольное окно, закрытое прозрачным органическим стеклом красного цвета.

Измерительные щупы изготовлены из латунных штырей диаметром 2 мм и длиной 50 мм. В крайнем случае можно использовать заточенные стальные гвозди. Один из них (А) закреплён проволочными хомутами на плате, а другой (Б) вынесен из корпуса на гибком изолированном проводе большого сечения. При необходимости на щупы можно надевать винтовые колодки, применяемые для соединения проводов в электротехнике.

Программа микроконтроллера написана на языке С и оттранслирована в среде mikroC for PIC. Как обычно, для таких микроконтроллеров слово конфигурации содержится в сгенерированном средой HEX-файле. Поэтому при загрузке программы нужная конфигурация микроконтроллера устанавливается автоматически.

Если в приборе применены резисторы с указанными выше допусками, заявленная погрешность обеспечивается автоматически. При необходимости можно задать коэффициент коррекции показаний прибора, обеспечивающий требуемую точность.

Перейдём к подробному описанию работы прибора.

Измерение. При подключении щупов к объекту измерения на индикатор будет выведено его активное сопротивление в омах в формате . Если R_x больше 3,6 0м, но меньше 50 Ом, будет выведено сообщение . В этом состоянии ток, потребляемый прибором, максимален – до 200 мА при почти разряженном элементе питания. Реализован переход в спящий режим не только при разомкнутых щупах, но и при их случайном длительном замыкании и отсутствии реакции на следующее через 30 с приглашение их разомкнуть.

Режим ожидания. При никуда не подключённых щупах прибор через некоторое время переходит в режим ожидания, а на индикаторе включаются элементы F второго и третьего разрядов. Спустя 8 с и далее через каждые 16 с прибор измеряет напряжение элемента питания и в течение 2 с показывает его на индикаторе в формате , где число 8,88 заменено измеренным значением. Первый раз напряжение измеряется при максимальной нагрузке, а далее – без неё.

Если щупы в течение 40 с остаются никуда не подключёнными, прибор переходит в “спящий” режим с полным гашением индикатора. В таком состоянии он может оставаться сколь угодно долго, пока щупы не будут замкнуты между собой либо подключены к цепи с низким сопротивлением.

Режим ожидания при разряженном элементе питания. Если напряжение элемента питания под нагрузкой менее 1,15 В, через 8 с после перехода в режим ожидания в течение 2 с происходит первая индикация напряжения батареи (при этом включённая в младшем разряде индикатора десятичная запятая сигнализирует о разрядке элемента питания).

Сразу после этого (через 10 с, а не 40 с, как обычно) миллиомметр “заснёт”. При напряжении элемента G1 менее 1,05 В он выключится немедленно, а включится только после замены элемента.

Калибровка. Если удерживать щупы замкнутыми либо подключёнными к резистору сопротивлением менее 50 Ом более 30 с, на индикатор будет выведено приглашение , а затем , что означает “разомкните щупы”. Если в течение 10 с после этого их разомкнуть, миллиомметр перейдёт в режим калибровки, в противном случае – выведет сообщение  – и перейдёт в спящий режим.

Калибровка начнётся с вывода на индикатор сообщения , после чего будет выведено приглашение замкнуть щупы (, а затем ). Если в течение 10 с после этого щупы не замыкать, их собственное сопротивление будет принято нулевым, что и будет записано в EEPROM микроконтроллера. Если щупы замкнуть вовремя, записано будет его реальное значение. Запись сохранится даже после отключения питания.

Далее в течение 2 с индикатор будет пуст, а потом на него будет выведено сообщение о переходе в режим коррекции показаний прибора –  . После паузы выводится текущее значение коэффициента коррекции в процентах, которое каждую секунду увеличивается шагами по 0,5 % до +5 % и далее от -5 % до исходного значения. В момент замыкания щупов произойдёт запись выведенного на индикатор значения в EEPROM. На этом калибровка завершается, что подтверждается сообщениями   и  .

Программа микроконтроллера и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0. имеются здесь.

Автор: Б. Балаев, г. Нальчик, Кабардино-Балкария

Миллиомметр | Все своими руками

     Диапазон измеряемых на практике сопротивлений условно делят на три части: малые сопротивления (менее 10 Ом), средние сопротивления (от 10 Ом до 1 МОм) и большие сопротивления (более 1 МОм). Эти границы достаточно приблизительны и могут различаться. Наиболее распространенные аналоговые и цифровые тестеры и мультиметры предназначены, в основном, для измерения средних сопротивлений. Однако необходимость измерения малых сопротивлений (менее 1 Ом) возникает достаточно часто, например, при проверке обмоток трансформаторов, контактов реле, шунтов и др.

     «Измерение сопротивлений основано на преобразовании их величины в ток или напряжение, поэтому при малом сопротивлении получается небольшое падение напряжения либо ток мало отличается от режима короткого замыкания. Если увеличить измерительный ток, на измеряемом сопротивлении может рассеиваться недопустимо большая мощность, в результате чего может «сгореть» резистор. Кроме того, за счет нагрева резистора меняется его сопротивление, что приводит к дополнительной погрешности измерения (температурная погрешность)». Это выдержка одной из статей, которую я нашел в сети. Попробуем разобраться, так ли это страшно на самом деле.

     Ну с температурной погрешностью и со сгоранием в нашем случае мы повременим, так как в основном резисторы, сопротивление которых будем измерять, изготавливаются из проволоки. Теперь немного посчитаем. В приборе, схему которого я хочу предложить используется два режима измерения сопротивления. При стабильном токе в 1А (шкала 1 деление = 0,002 Ом) и при стабильном токе 0,1А (шкала 1 деление = 0,02 Ом). Это для головки показанной на фото 1. Как видно из фото, измерительная головка имеет ток полного отклонения 100мкА. Цена маленького деления — 2мкА.

     И так, при токе в 0,1А прибор будет измерять сопротивление с 0,02 Ома до 1-го Ома. Т.е. отклонение стрелки на последнее деление шкалы будет соответствовать одному Ому. Допустим меряем 1 Ом. Р=I2•R. Мощность выделяемая на измеряемом резисторе будет равна 0,01Вт. Теперь посчитаем мощность, которая может выделиться на измеряемом резисторе сопротивлением 0,1 Ом при токе 1А. Р = 1•1•0,1 = 0,1Вт = 100мВт. Так что конец Света отменяется. Ток в 1А и 0,1А я выбрал для простоты расчетов, нам же потребуется ток немного другой величины – это связано с конкретным сопротивлением рамки измерительной головки.

     Стабилизация тока в схеме осуществляется транзистором VT1 TIP107 и микросхемой DA2 К153УД2. Выбор этой микросхемы связан с ее возможностью работать при входных напряжениях близких к напряжению питания. Транзистор TIP107 можно заменить на КТ973 с любой буквой. Принцип работы приборчика, как вы уже догадались, заключается в измерении падения напряжения на измеряемом сопротивлении при прохождении через его определенного стабильного тока. Какой ток нам нужен на самом деле? Сопротивление рамки у моего измерительного прибора равно 1200Ом, ток полного отклонения – 0,0001А, значит, если мы будем использовать эту головку в качестве вольтметра, нам потребуется подать на ее напряжение величиной = U = I•R = 0,0001• 1200 = 0,12В = 120мВ для отклонения стрелки на последнее деление шкалы. Это означает, что именно такое напряжение должно упасть на сопротивлении в 1 Ом на пределе измерения прибора от 0,02Ома до 1Ома. Значит на данном пределе измерения нам надо пропустить через измеряемый резистор стабильный ток величиной I = U/R = 0,12/1 = 0,12A = 120мА. Тоже самое можно рассчитать и для другого предела, там потребуется ток величиной 1,2А.

     Идем дальше. Схема собрана. Перед первым включением тумблер SB1 надо разомкнуть, а резистор R2 выставить в среднее положение (резистор подстроечный многооборотный).

Выходные клеммы прибора замкнуты контактами кнопки SB2. Головка пока не подключена. Параллельно резистору R4 = 1Ом подключаем мультиметр, включаем питание и резистором R2, выставляем на нем напряжение примерно 1,2В, что будет соответствовать току, проходящему через него, величиной в 1,2А. Подключаем к клеммам резистор величиной 1Ом, нажимаем на кнопку SB2 – падение напряжения на резисторе R4 не должно измениться, это будет говорить о том, что стабилизатор тока работает. Теперь подключаем эталонный резистор величиной 0,1 Ома. Я брал резистор С5-16МВ1 с процентным отклонением в 1%. Этого для радиолюбителя вполне достаточно. Я думаю, что многие из вас, так же как и я, вряд ли обращают внимания на процентное отклонение сопротивления используемых резистор, да если оно еще и закодировано латинскими буквами. Далее подключаем головку, опять жмем на кнопку «Измерение» и резистором R2 уже окончательно точно выставляем стрелку прибора на последнее деление шкалы. Это мы настроили предел измерения от 0,002 Ома до 0,1 Ома. После этого замыкаем тумблер SB1 и резистором R3 выставляем напряжение на резисторе R4 равное примерно 0,12В, что соответствует току стабилизации 0,12А. К клеммам подключаем якобы эталонный резистор 1 Ом, нажимаем на кнопку «Измерение» и опять же резистором R3 устанавливаем стрелку на последнее деление. Получили предел измерения от 0,02 Ома до 1 Ома. На этом регулировка закончена.

     При сборке прибора транзистор VT1 и микросхему DA1 обязательно установите на радиаторы. На таком радиаторе, что показан на фото2, микросхема нагревается до температуры +42С при работе с током 1А. Контакты кнопки «Измерение» должны выдерживать с лихвой ток 1А. От качества этой кнопки напрямую зависит суровая жизнь измерительной головки. Если каким либо образом нарушится контакт, а к клеммам в это время не будет подключен измеряемый резистор, то все напряжение 5В попадет на головку. Операционный усилитель, резисторы и конденсатор установлены на небольшой печатной плате, остальные детали соединены проводниками.

В качестве сетевого трансформатора можно применить ТВК -110Л1 от старых телевизоров. Правда придется в нем заменить провод вторичной обмотки на ток 1,2А. Как рассчитать диаметр провода можно посмотреть здесь. Есть еще одна возможность улучшить прибор – сделать его приставкой к цифровому мультиметру — использовать мультиметр вместо измерительной головки, тогда на пределе измерения напряжения оного — 200мВ, можно будет измерять сопротивление резисторов… сейчас посчитаем. Работаем со стабильным током 0,1А, который протекает по измеряемому резистору. Мультиметр показывает 1мВ = 0,001В, значит сопротивление резистора будет равно R = U/I = 0,001В/0,1А = 0,01 Ом. Для тока 1А и при показаниях мультиметра опять таки же 1мВ, сопротивление измеряемого резистора будет = 0,001/1 = 0,001Ом. У меня мультиметр измеряет напряжение до 0,1мВ, значит я могу измерять сопротивления до 0,0001 Ома. К недостаткам этого прибора можно отнести неудобство пользования. Им нельзя например замерить активное сопротивление обмотки двигателя или трансформатора на предмет межвиткового замыкания, потому как нет щупов.

Ну все равно во многих случаях он может быть полезен. Успехов всем. До свидания. К.В.Ю. Скачать рисунок печатной платы.

Миллиомметр (1972 Загрузки)

Просмотров:28 958

Метки: Миллиомметр

Измерение очень малых сопротивлений, миллиомметр [Analog Devices Wiki]

Эта версия (07 февраля 2022 г., 16:22) была одобрена Дугом Мерсером. Доступна ранее одобренная версия (22 ноября 2021 г., 16:12).

Содержание

• Измерение очень малых сопротивлений, А миллиомметр

  • Объектив

  • Фон

  • Метод измерения Кельвина

  • Применение техники

    • Использование ADALM1000

  • Выполнение 4-проводных соединений

    • Использование ADALM2000

  • Выполнение соединений Кельвина

• Более прочная конструкция

  • Специализированное программное обеспечение миллиом для M1k

    • Альтернативный способ автоматического обнуления

  • Использование миллиомной платы в качестве сильноточного амперметра

  • И последнее

Объектив

Целью этого документа является представление методов точного измерения очень малых сопротивлений, менее 1 Ом, с помощью микросхемы монитора токового шунта AD8210.

Фон

Самый низкий диапазон сопротивления на типичном цифровом мультиметре с тремя с половиной разрядами (DMM) составляет 200 Ом с разрешением 0,1 Ом. Более дорогие настольные миллиомметры высокого класса будут поддерживать более низкие диапазоны и 4-проводные измерения.

Зачем вам миллиомметр? Для тестирования и отладки кабелей, разъемов, дорожек печатных плат и других видов корпусов с низким сопротивлением. Для измерения последовательного сопротивления силовых катушек индуктивности оно может составлять несколько десятых долей Ома. Для точных измерений таких компонентов, как переключатели и релейные контакты, вам потребуется разрешить значения сопротивления 1 Ом или меньше с разрешением в миллиомах. Контактное сопротивление из-за окисления или образования коррозии потребует значительного тока, чтобы пробить любую пленку, образовавшуюся на контактах.

Метод измерения Кельвина

На рис. 1 показан «4-проводной» или метод Кельвина для измерения низкого сопротивления. Этот метод устраняет влияние проводов испытательного оборудования и сопротивления зонда. Ток известной величины от источника тока вынужден протекать через испытательное сопротивление R _DUT . Вольтметр используется для измерения (определения) падения напряжения на резисторе ВНУТРИ токоведущих соединений. Четыре провода, подключенные к тестируемому сопротивлению, отмечены как F+ и F- для силовых соединений и S+ и S- для сенсорных соединений. Затем можно использовать закон Ома для расчета только сопротивления между S+ и S-. Падение напряжения в токовой петле из-за любого сопротивления проводов F+ и F-, вольтметр не видит. Любое сопротивление в измерительных проводах S+ и S-sense не имеет значения, учитывая предполагаемый очень высокий входной импеданс вольтметра по сравнению с R9.0089 ДУТ

.

Рис. 1. «4-проводная» методика измерения по шкале Кельвина.

Поскольку падение напряжения на неидентифицированном сопротивлении измеряется на концах пробника, сопротивление измерительных проводов, по которым течет постоянный ток, не учитывается. Испытываемое сопротивление можно найти, разделив падение напряжения между измерительными щупами на испытательный ток.

Испытательный ток для типичного цифрового мультиметра в диапазоне 200 Ом обычно составляет от 1 90 101 мА и 2 мА . Для более низких диапазонов сопротивления, таких как 20 Ом или даже 2 Ом, испытательный ток необходимо увеличить до 20 90 101 мА 90 102 и 200 90 101 мА 90 102 . В специальных миллиомметрах обычно используются испытательные токи в диапазоне от 100 мА до 200 мА , а иногда они могут достигать 1 А.

Применение техники

Комбинируя несколько компонентов из комплекта аналоговых деталей ADAPL2000, можно создать миллиомметр, который может выполнять 4-проводные измерения очень малых сопротивлений.

Ключевым компонентом этого миллиомметра является микросхема монитора токового шунта AD8210. Эта схема чаще всего используется для измерения неизвестного тока, протекающего через шунтирующий резистор с известным низким значением. Небольшое дифференциальное падение напряжения на шунте усиливается фиксированным коэффициентом усиления 20 и соотносится с опорным уровнем постоянного тока на выходе, часто заземленным. Блок-схема из таблицы данных AD8210 показана здесь, на рисунке 2.

Рис. 2. Блок-схема спецификации AD8210.

Выходное напряжение AD8210 определяется как:

Перестановка измеряемого тока:

Мы также можем перевернуть это уравнение, чтобы измерить сопротивление:

Используя ADALM1000

Программируемый(е) источник(и) тока в ADALM1000 может обеспечивать любое значение от -200 мА до +200 мА . Это делает его идеальным для использования в качестве источника возбуждения для миллиомметра. Входной диапазон от 0 до 5 В ADALM1000 также хорошо подходит для использования в качестве измерительного вольтметра. 16-разрядный АЦП имеет достаточный динамический диапазон для измерения очень малых напряжений, но он не является дифференциальным входом, что делает его непригодным для 4-проводных измерений. Чтобы устранить этот недостаток, мы можем использовать AD8210 в качестве схемы дифференциального преобразователя в несимметричный.

Практический диапазон испытательных токов от источника в М1к составляет от 5 90 101 мА 90 102 до 150 90 101 мА 90 102 (или несколько выше). Диапазон измерения входного напряжения одного из входов M1k составляет от 0 до 5 В . AD8210 имеет коэффициент усиления по напряжению 20. Предположим, что AD8210 питается от фиксированного источника питания +5 В и входного диапазона 5 В от M1k, что соответствует максимальному дифференциальному напряжению на входах AD8210, равному 5/20 или 250 мВ . Для испытательного тока 150 мА , что дает максимальное сопротивление 250 мВ /150 мА или 1,667 Ом. Если принять разрешение 1 мВ для входного диапазона M1k 0-5 В или разрешение 0,05 мВ на испытательном сопротивлении, получим приблизительное разрешение сопротивления 0,3 мОм при 150 мА . Максимальное сопротивление, которое можно измерить на практике, составляет около 50 Ом при испытательном токе 5 90 101 мА 90 102 . Чтобы использовать AD8210 с M1k, выполните следующие соединения, как показано на рисунке 3. Резистор R ₁ вставлен последовательно с источником тока канала А, потому что драйвер не может стабильно работать с нагрузками, намного меньшими, чем 10 Ом. Фактическое значение R ₁ не имеет значения и не участвует в измерениях (например, силовой резистор 6,2 Ом из комплекта). Существует верхний предел значения R ₁ , основанный на максимальном напряжении, доступном на канале A. Для максимального испытательного тока 150 мА падение напряжения на 10 Ом составляет 1,5 В . Это добавило к +2,5 В при F- приводит к возможному выходному напряжению на канале А, равному 2,5 +1,5 + 0,25 = 4,25 В , что находится в доступном диапазоне выходного напряжения.

Рис. 3. Соединения ADALM1000

Вероятно, AD8210 будет иметь небольшое смещение выходного сигнала. Если канал A установлен в режим Hi-Z , т. е. не является источником тока, среднее напряжение на канале B (в режиме Split I/O Hi-Z) будет смещением. Это можно обнулить в программном обеспечении ALICE, используя запись смещения канала B. Теперь, когда смещение установлено на ноль, мы можем проводить измерения.

Для измерения источник канала А устанавливается в режим SIMV и постоянный ток. Значение желаемого тестового тока, скажем +150 мА , вводится в значение канала A Max.

Измеренное сопротивление можно рассчитать, используя следующую формулу, введенную в качестве пользовательской формулы измерения канала A:
DCV2/(20*DCI1/1000)

Значение, возвращаемое в переменной DCV2, представляет собой среднее напряжение канала B, а значение, возвращаемое в DCI1, представляет собой средний ток канала A (в мА ). Коэффициент 20 представляет собой фиксированное усиление AD8210, а коэффициент 1000 преобразует мА в ампер.

Выполнение 4-проводных соединений

На рисунке 4 мы видим, что ADALM100 подключен к небольшой макетной плате без пайки, которая содержит AD8210. Для подключения к испытательному резистору, в данном случае мощному резистору 1 Ом, используются четыре зажима мини-захвата. Красный и черный захваты — это провода F+ и F- соответственно, а синий и зеленый захваты — это провода S+ и S- соответственно. Обратите внимание, что сенсорные соединения находятся рядом с корпусом резистора, а силовые соединения — на концах проводов.

Рис. 4. Пример подключения тестируемого устройства

На рис. 5 показан крупный план экрана измерений настольного осциллографа ALICE. Расчетное сопротивление (Ом) составляет 0,9989 Ом для этого конкретного резистора 1 Ом 5%. На дисплее тестового тока канала A отображается ток 150 мА , а также отображается напряжение канала B (выход AD8210).

Рис. 5. Крупный план экрана измеренного значения

На рис. 4 также показаны некоторые другие резисторы с малым сопротивлением и два 4-контактных калибровочных резистора Vishay (VPR221S) (калибровочные резисторы с точностью до четырех выводов 2 Ом 0,05%). Обратите внимание, что два калибровочных резистора имеют четыре вывода, так что соединение по шкале Кельвина выполнено внутри корпуса для максимально возможной точности. На рис. 6 показан крупный план измерений настольного осциллографа ALICE для резистора 50 мОм. Измеренное значение 490,5 мОм.

Рис. 6. Крупный план экрана измерения сопротивления 50 мОм.

Использование ADALM2000

ADALM2000 также может использоваться с этой 4-проводной технологией, но ему не хватает некоторых возможностей ADALM1000, таких как возможность управления большим током и возможность измерения тока. Однако аналоговые входы M2k являются дифференциальными; 12-разрядный АЦП в M2k не имеет достаточного динамического диапазона для непосредственного измерения очень малых напряжений, поэтому снова необходим усилитель AD8210. Соединения ADALM2000 показаны на рис. 7.

Рис. 7. Соединения ADALM2000

Для точного измерения испытательного тока I _TEST нам необходимо точно знать сопротивление R ₁ (фактическое значение, которое необходимо измерить с помощью настольного цифрового мультиметра). Падение напряжения на R ₁ можно точно измерить с помощью дифференциальных входов канала 1 1+ и 1- с использованием четырехпроводного метода подключения. С этим напряжением и известным значением R ₁ мы можем рассчитать фактическое значение I _ТЕСТ .

Источники напряжения W1 и W2 M2k могут быть подключены параллельно благодаря внутренним последовательным резисторам 50 Ом. Это эффективно удваивает максимально доступный испытательный ток. Если каждый источник обеспечивает 50 мА тока, падение напряжения на внутреннем последовательном резисторе 50 Ом составит 2,5 В , оставляя максимум 2,5 В, которые могут падать на комбинацию R ₁ и R _ИУ . Если, например, R ₁ равно 10 Ом, а I _TEST меньше или равно 100 мА (50 мА от W1 плюс 50 мА от W2), то на R ₁ будет падать до 1 вольта. С учетом падения 0,25· В на R _DUT , R ₁ может составлять до 20 Ом и по-прежнему выдавать в сумме 100· мА из внутреннего выходного диапазона W1 и W2 до +5 В .

Выполнение соединений Кельвина

Использование таких вещей, как мини-захваты, допустимо для выводов проводов на некоторых компонентах, но другой вариант для выполнения соединений Кельвина — это использование специальных тестовых щупов и зажимов. Эти тестовые провода специального назначения могут быть довольно дорогими, часто сто долларов и более. Некоторые из них выглядят как обычные тестовые щупы, но с двумя заостренными наконечниками, а не с одним щупом, как на рис. 8.

Рис. 8. Пробники Кельвина

Для любителей Adafruit предлагает эти пружинные зажимы Кельвина https://www.adafruit.com/product/3313 по 2,50 доллара США каждый без прикрепленных проводов. Каждая сторона пластикового зажима электрически изолирована. Эти клипы также можно заказать через Digikey.

Рисунок 9. Двухпроводной тестовый зажим Кельвина

Пинцет для измерительных выводов SMD, показанный на рис. 10, также можно использовать в некоторых случаях для создания соединения силы/чувства Кельвина прямо на выводе компонента.

Рис. 10. Пинцет для измерительных проводов SMD

Использование беспаечной макетной платы для подключения к AD8210 может привести к небольшим помехам, что приведет к смещению смещения при шевелении проводов. Чтобы попытаться свести к минимуму изменчивость, можно использовать припаянную макетную плату для подключения AD8210 к M1k и предоставить место для подключения 4 силовых и измерительных проводов / тестовых щупов. Один из подходов к минимизации изменчивости заключается в том, что небольшая плата адаптера для AD8210, установленного на BOB, из комплекта ADALP2000 может быть сконструирована на небольшой макетной плате, как показано на рисунке 11. Квадратные контакты BOB AD8210 не помещаются в стандартную DIP IC. гнездо, поэтому может потребоваться использование штыревых разъемов. Не идеально, но лучше, чем макетная плата без пайки.

Рис. 11. Плата адаптера, припаянная вручную.

Дальнейшее тестирование предложенной выше конфигурации показало, что смещение и линейность AD8210, когда выходной сигнал близок к земле, не очень хороши. Подключение контакта 7 ( В _REF1 ) к 2,5 В, как показано на рис. 12, будет ссылаться на «нулевую» точку тока при 2,5 В/2 или 1,25 В . Это уменьшает общий диапазон (примерно на 1/4), но дает гораздо лучшую точность. Одна или двести мВ над землей на выходе AD8210 достаточно, но это самый простой способ отодвинуть выход от земли.

Рисунок 12, подключение AD8210 к центральному выходу Vout при 1,25 В (2,5/2)

Идя еще дальше, небольшая вспомогательная печатная плата размером 1 дюйм на 1 была разработана для установки SMD AD8210 и подключения его к M1k, а также для подключения 4 силовых и измерительных проводов / тестовых щупов.

Рисунок 13, SMD-разъемная печатная плата

На рисунке 13 показана плата миллиомметра, подключенная к 4-контактному калибровочному резистору Vishay (VPR221S) 2 Ом 0,05%.

Специализированное программное обеспечение миллиом для M1k

Использование полномасштабного дисплея настольного прицела ALICE является излишним для миллиомметра. Доступен автономный инструмент, очень похожий на другие инструменты DC, предлагаемые в программном пакете ALICE. Он включен в пакет выпуска инструментов ALICE для Windows. Снимок экрана автономного инструмента показан на рис. 14. Он включает примерную схему внизу в качестве напоминания о том, как подключить AD8210. Включены элементы управления для ручного и автоматического обнуления напряжения смещения канала B и тока смещения канала A.

Рис. 14. Программный инструмент миллиомметра

Вероятно, AD8210 будет иметь небольшое смещение выходного сигнала. Во время работы программного обеспечения с установленными флажками автоматической установки нуля сначала для тока канала А устанавливается значение 0, , т. е. без источника тока, средние измеренные значения тока канала А и напряжения канала В будут автоматически введены в ячейки ввода смещения. . Затем канал А устанавливается на тестовый ток, измеряется неизвестное сопротивление и отображается в верхней строке.

Если поля Auto Zero не отмечены, вы можете ввести значения вручную. Вторая строка сообщает об измеренном токе канала A и напряжении канала B. Если CA Test I установлен на 0, это будут смещения. Если тестовый ток установлен слишком большим для измеряемого сопротивления, так что напряжение канала B становится выше 4,8 В , линия, отображающая напряжение (и ток), становится красной.

Точность усиления AD8210 в техническом описании указана как +/- 0,5% макс., и точность калибровки M1k, вероятно, находится в том же диапазоне. В программном обеспечении также есть точки входа для регулировки усиления. На снимке экрана рисунка коэффициенты усиления по току и напряжению (на самом деле нужно изменить только один) отрегулированы таким образом, чтобы показание для одного из калибровочных резисторов Vishay составляло ровно 2000 Ом. Общая корректировка составила 0,8%, что находится в пределах ожидаемого нами диапазона. Затем был проверен второй калибровочный резистор на 2000 Ом с отрегулированными значениями с идентичными результатами.

Следует также отметить, что плата, используемая в этом случае, имела контакт 7, подключенный к +2,5 В , поэтому смещение канала B (нулевое значение тока) было около 1,3 В .

Альтернативный способ автоматического обнуления

Кроме того, поскольку источник тока в M1k является биполярным, в тестовой версии программного обеспечения должна быть возможность чередовать как положительный, так и отрицательный тестовый ток и таким образом обнулять смещение. На рисунке 15 мы показываем контакт 7, подключенный к +5 В поставка. Теперь «нулевой» ток на выходе AD8210 будет равен +5V/2 или +2,5 В . Поскольку на выходе AD8210 у нас половина диапазона напряжения, мы также должны вдвое уменьшить величину тестового тока.

Рис. 15. Соединения M1k для биполярной автоматической установки нуля.

Снимок экрана тестовой версии программного обеспечения, реализующего этот метод биполярного тестового тока, показан на рис. 16. В этом случае нет ни флажков для включения автоматической установки нуля, ни мест для ввода смещений. Нам еще нужны места для ввода тестового тока и регулировки усиления. Схема напоминания внизу изменена, чтобы показать, как должен быть подключен контакт 7 для этой версии программного обеспечения.

Вторая копия печатной платы была сконфигурирована для этой техники. На снимке экрана показаны результаты для того же калибровочного резистора на 2 Ом. Для этой платы общая необходимая регулировка усиления была немного другой (1,3%).

Рисунок 16. Текущая версия программного обеспечения для биполярного теста.

Использование миллиомной платы в качестве сильноточного амперметра

Дополнительным преимуществом этой платы AD8210 является то, что с известным внешним шунтирующим резистором ее можно использовать в качестве сильноточного амперметра. На рис. 17 показан ручной шунт с силовым резистором 0,12 Ом и двумя винтовыми зажимами. Конечно, точное значение шунта можно измерить с помощью программного обеспечения миллиомметра после его калибровки относительно резистора Vishay.

Рис. 17. Пример подключения внешнего шунтирующего резистора в качестве амперметра

И последнее

Вот еще один пример измерительных проводов для миллиомметра. Как показано на рис. 18, для F+/S+ и F-/S- используются двухжильные экранированные мини-кабели-захваты.

Рис. 18. Другой набор тестовых проводов

Дополнительные ссылки на ресурсы:

Измерение сопротивления двухпроводным или четырехпроводным методом
Четырехпроводное измерение может улучшить или испортить ваши измерения
Оптимизация точности измерения больших токов
Измерение низкого сопротивления 4 провода по дешевке

университет/курсы/туториалы/alm-milli-ohm-meter. txt · Последнее изменение: 07 февраля 2022 г., 16:18, Doug Mercer

Новый улучшенный миллиомметр DIY V2.0 Блоги

Миллиомметр был одним из самых популярных проектов, которые я размещал на element14, судя по просмотрам, комментариям и заявленному интересу. Благодаря модификации shabaz (задокументировано здесь в комментариях) и большой помощи с течением времени, похоже, что он достиг или очень близок к целям дизайна:

• Низкая стоимость
• Двойной диапазон от 1 мОм до 40 Ом
• Выбор источника питания – USB или батареи
• Датчики Кельвина (4-проводные)

• Низкий ток (от 1 до 10 мА) через устройство Тестируемое устройство (DUT)
• Предусмотрена индикация «вне диапазона»

• Точность от 1 мОм до 1 мОм бесконечные комментарии, трудно следить. Так что я поставил цель почистить его и опубликовать новую версию до конца года. Я также хотел бы добавить некоторые функции, такие как автоматический выбор диапазона и вывод микроконтроллера, иначе известные как ненужные пожелания и расползание функций. Но перед добавлением функции ползучести здесь будет задокументирован промежуточный шаг.

   

  Схема

   

  Пересмотренная схема имеет следующие особенности: не помогло

• Соединения на печатной плате для датчиков и пользовательского интерфейса перемещены в один разъем 14 x 2

 

Пересмотренная схема версии 2.0 показана ниже:

Одна вещь, о которой я хотел бы подумать, это добавление защиты ввода, поскольку в настоящее время ее нет. С нижним пределом напряжения USB и регулятором напряжения LDO на 4,7 В запаса немного. Существует альтернативный источник напряжения (помеченный входом от батареи — это может быть что угодно), который может быть подключен пользователем в обратном направлении, или питание подается одновременно с источником USB. Стоит ли отказываться от USB и проектировать более высокое напряжение (может быть USB-C или просто разъем) с большей защитой входа?

 

Корпус

 

Одна из уступок, на которую я пойду, чтобы приспособиться к расползанию функций, — это корпус большего размера и печатная плата. Выбран корпус Hammond 1598BHammond 1598B размером 5,287 дюйма x 5,323 дюйма (134,29 x 135,20 мм) x 51,00 мм. Его можно приобрести с торцевыми панелями из полированного алюминия или пластика.  В слоты для торцевых панелей также можно установить печатную плату. Конечно, торцевые панели, напечатанные на 3D-принтере, также подойдут.

Кредит: Hammond Manufacturing

 

Печатная плата

 

Новые компоновочные и конструктивные решения описаны ниже.

Шумные вещи и будущие цифровые вещи внизу, а аналоговые вверху. Потребляемая мощность и регулировка внизу слева. Все дорожки, входящие и выходящие из силовой секции, широко разделены землей между дорожками и чистой пластиной заземления под ней. Секция постоянного тока расположена прямо над ней. Микросхемы разнесены, чтобы свести к минимуму влияние температуры. Панель за секцией постоянного тока и силовой секцией можно вентилировать.

 

Усиление дифференциального сигнала от зажимов датчика Кельвина, прикрепленных к тестируемому устройству, находится вверху по центру. Мне любопытны мысли о расстоянии между резисторами обратной связи и подстроечными потенциометрами.

 

Все подключения к зажимам Кельвина, панельному измерителю и другим пользовательским интерфейсам находятся на 28-контактном разъеме справа. Между ним и усилителем зажат компаратор, определяющий, когда инструмент выходит за пределы диапазона. В будущем он будет заменен АЦП для микроконтроллера, расположенного внизу справа. Для цифровой секции можно установить отдельный заземляющий слой со звездообразным соединением.

Вид спереди с шелковым экраном:

Обратный вид с шелковым экраном:

Все дорожки и прокладки:

Передняя медь

Задняя мед. :

 

Я планирую отправить новый набор печатных плат к середине недели, и, учитывая, что он работает, я начну работать над версией 3.0. Все мысли и предложения приветствуются. И если кто-то заинтересован в его создании и у него есть идея, дайте мне знать.