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開爾文電橋是測量傳感器電阻的最優解之一

2020-08-24 來源:EEWORLD

問題:我需要確定一個低電阻傳感器的電阻變化,我的計劃只是在細線傳感器引線上施加一個已知的電壓,然后測量電流。然后通過歐姆定律(電阻=電壓/電流或R=V/I),我可以很容易地計算傳感器電阻。但是,傳感器引線的標稱電阻和溫度系數會影響讀數從而導致我無法校準的錯誤。該怎么辦?


解決方案:使用開爾文電橋來解決這個常見的問題。為此,使用電流源通過現有導線向傳感器提供已知電流。然后在傳感器上增加另外兩條引線,通過高阻抗表或緩沖放大器讀取傳感器上的電壓(圖1)。再次使用歐姆定律,但使用已知電流和測量電壓。在這種四線制結構下,以兩條非臨界電壓傳感線,傳感器引線的電阻不會進入方程中。


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圖1:為了解決傳感器引線中的電阻影響測量精度的問題,使用四線開爾文排列,將已知電流從A到D穿過傳感器R,然后使用高阻抗計或緩沖放大器通過兩個附加導線在B-C處讀取傳感器上的電壓。


為了盡量減少傳感器的自發熱和可能的錯誤,在傳感器上提供足夠電壓的同時,使用盡可能低的電流。在大多數情況下,傳感器上的最大電壓將在1到10 V之間。


注意,這種技術的一種變化通常用于測量負載(如電機)的電流,使用與負載串聯的低值感測電阻器(圖2)。對于負載電流感測,您使用一個已知的電阻,通常為一歐姆或更小,通常在毫歐姆范圍內。然后使用差分緩沖放大器(可能需要與電路的其余部分進行電氣隔離)測量其兩端的電壓,并再次使用歐姆定律,但這次I=V/R。


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在負載側和負載之間使用電阻來測量負載。


開爾文4線技術證明工程師如何使用巧妙的拓撲結構來克服誤差源,而不是試圖使事情變得完美(在這里,傳感器引線的電阻為零)。相反,工程師們開發出方法讓誤差源“退出”方程。另一個很好的例子是比例測量設計,例如惠斯通電橋,它使用電阻比而不是絕對電阻值。


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