Измерение сопротивления замкнутых контактов
В широко распространенных методах измерения ультрамалых сопротивлений последовательно с измеряемым сопротивлением Rx неизбежно включено паразитное сопротивление Rn, образованное соединительными проводами, переходным сопротивлением входных клемм или гнезд, контактных переключателей и т. п. Сопротивление Rn обычно находится в пределах 0,4 .0,1 Ом; конкретное его значение зависит от ряда причин, в том числе и типа прибора. Например, в цифровых мультиметрах с автоматическим переключением предела измерений оно меньше, чем у приборов с контактными переключателями. Измерить сопротивление Rn предельно просто - достаточно установить нижний предел измерения омметра и замкнуть щупы. Такие измерения являются также проверкой состояния контактов, которую целесообразно периодически проводить, особенно для мультиметров с галетными переключателями. При хорошем состоянии контактов сопротивление не должно превышать вышеуказанного значения 0,4 Ом, при большем - прибор следует разобрать и почистить контакты. Для получения надежных результатов измерения следует провести несколько раз, после каждого проворачивая переключатель по кругу.
Ввиду того, что сопротивление Rn включено последовательно с Rx (рис. 3.8), омметр измеряет их суммарное значение. Конечно, для больших значений сопротивления эта ошибка невелика и ее не учитывают. Иначе обстоит дело при измерении малых значений. Несложно заметить, что для значений Rх, соизмеримых с сопротивлением Rn, измерение в принципе еще возможно, хотя о точности говорить уже не приходится. Другими словами, именно значение Rn является основным фактором, ограничивающим предел измерения сопротивления "снизу", и поэтому в широко распространенных цифровых мультиметрах нижний предел измерения равен 200 Ом, что соответствует цене единицы младшего разряда 0,1 Ом. Для приборов, имеющих АЦП высокой разрядности, цена единицы младшего разряда составляет 0,01 Ом, поэтому в таких цифровых мультиметрах нередко есть возможность учесть в показаниях влияние сопротивления подводящих проводов.
Из изложенного понятно, что для измерения ультрамалого сопротивления необходим измеритель с нулевым значением Rn. Это возможно лишь теоретически, на практике приходится иметь дело с минимальными, но конечными значениями.
Рисунок 3.8 – Схема измерения ультрамалых сопротивлений, поясняющая особенности процесса (см. текст)
Это действительно так для обычных, применяемых в аналоговых и цифровых омметрах, методов измерения сопротивления. Тем не менее, эта задача давно успешно решена в более сложных приборах для измерения малых значений сопротивления методом амперметра и милливольтметра. Суть проблемы – исключить влияние переходного сопротивления. Метод, позволяющий полностью исключить влияние переходных сопротивлений, получил название "метода четырех зондов" [13, 19].
Суть метода можно выразить следующей фразой: "если избавиться от паразитного сопротивления невозможно, то следует исключить его влияние". Изложенное поясняется рисунком 3.8. Через измеряемое сопротивление Rx пропускают ток, регулируемый балластным резистором R6 и контролируемый амперметром РА1 Падение напряжения на Rx измеряют милливольтметром PV1. Вольтметр подключен непосредственно к Rx, поэтому влияние Rn полностью исключается. При этом, правда, появляется паразитное сопротивление Rnv в цепи вольтметра, образуемое контактным сопротивлением в точках подключения вольтметра (на рисунке показаны стрелками) и сопротивлением соединительных проводов вольтметра. Однако влияние Rnv пренебрежимо мало и его можно не учитывать, поскольку условие Rv > Rnv (где Rv - входное сопротивление вольтметра) выполняется практически всегда. Действительно, минимальное значение входного сопротивления мультиметра у самых простых моделей составляет 1 МОм, а значение Rnv заведомо меньше 1 кОм. Значение Rx измеряемого сопротивления вычисляют по известной простейшей формуле