4-проводная схема подключения

4-проводная схема подключения – это наиболее распространённый метод повышения точности измерения сопротивления.

Метод подразумевает пропускание тока и измерение напряжения. Однако ток протекает через один набор подводящих проводов, в то время как напряжение воспринимается другим набором проводников. Напряжение измеряется непосредственно на резистивном элементе (RTD), а не в той точке, где подключен источник тока. Это означает, что сопротивление подводящих проводов полностью исключается из измерительной схемы.

Типовая четырехпроводная схема измерения сопротивления помогает исключить большую часть случайных и систематических погрешностей.

Режим относительных измерений позволяет исключить из результатов измерений заданную постоянную величину (например, сопротивление соединённых измерительных щупов). Цифровые мультиметры позволяют задать в качестве базовой величины для относительных измерений любое текущее измеренное значение.

Различие материалов проводников в измерительной цепи вызывает при прохождении тока нагрев в местах контактов (образуется термопара). Возникающая при этом термо-ЭДС вызывает погрешность при измерении малых сопротивлений. Для исключения данного фактора тестовый ток отключается на половину цикла измерения, остаточная разность потенциалов в этот момент характеризует величину термо-ЭДС и вычитается из результатов измерений.

Технология измерений «сухой схемой» позволяет исключить из результатов измерений контактного сопротивления погрешность, вызванную пробоем плёнки окисла на поверхности контактов. Снижение тестового напряжения за счёт шунта RSH в четырехпроводной схеме измерений до величины не более 20 мВ решает данную задачу.

Почему 4-проводная схема измерений позволяет избавиться от паразитного сопротивления проводов и контактов?

Дело в том, что при 2-х проводной схеме измерений общее напряжение, поступающее на клеммы вольтметра состоит из суммы падений напряжений тока в измеряемом объекте плюс падение напряжения на проводах и плюс падение напряжений на контактах, через которые течет заметный измерительный ток. Т.е. ток в измеряемой цепи задается той же парой проводов, которой измеряется и падение напряжения на измеряемом сопротивлении.

В 4-проводной схеме измерительный ток течет через одну пару проводов, а напряжение измеряется на другой паре, через которую ток практически не течет, т.е. нет тока, нет и его падения на проводах и контактах. Поэтому и паразитное сопротивление проводов и контактов на результаты измерений практически не влияет.

Аналогично работает 4-проводная схема подклоючения термосопротивления - по одной паре проводов течет измерительный ток с генератора тока измерительной схемы, а другая пара проводов подключается к вольтметру с высоким входным сопротивлением (т.е. с очень низким током измерения).

Методы измерений

1) Режим относительных измерений позволяет снизить погрешность 2-х проводной схемы измерений, однако даёт погрешность контактного сопротивления при закорачивании щупов, которая в ряде случаев (особенно при измерении малых сопротивлений) может оказаться сравнимой с измеряемым значением.

2) Цифровой фильтр, встроенный в некоторые мультиметры, позволяет видеть на дисплее прибора более стабильные показания, за счёт вычисления усреднённого значение. В режиме скользящего среднего пересчитывается усреднённое значение после каждого нового замера, а в режим повтора – после заполнения всех ячеек усредняемых значений. При большой скорости измерений данная функция обеспечивает более точное определение измеренного значения и увеличивает число разрядов результата.

3) 4-х проводная схема приближает результат измерений к истинному значению на несколько порядков, что весьма существенно при измерениях малых величин! Благодаря данному методу, хорошая точность достигается даже при использовании бюджетных приборов.

4) При наличии разности температур между стыками разнородных металлов генерируется термоэлектродвижущая сила (термо-э.д.с. или термоэлектрический потенциал). Это паразитное напряжение может превышать уровень сигнала, который способен измерять мультиметр. Термоэлектрические эффекты могут служить причиной нестабильности или значительного смещения нуля, а так же изменению показаний прибора.

Компенсация термо-ЭДС исключает влияние контактной разности потенциалов при соединении разнородных проводников в измерительной цепи, за счёт снижения нагрева, ограничивая время протекания тестового тока.

5) С помощью метода «сухой цепи» результат измерений оказывается максимально приближен к величине измеряемого контактного сопротивления в реальных условия.