[转] 开尔文四线检测 Kelvin Four-terminal sensing

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开尔文四线检测(Kelvin Four-terminal sensing)也被称之为四端子检测(4T检测, 4T sensing)、四线检测或4点探针法,它是一种电阻抗测量技术,使用单独的对载电流和电压检测电极,相比传统的两个终端( 2T)传感能够进行更精确的测量。开尔文四线检测被用于一些欧姆表和阻抗分析仪,并在精密应变计和电阻温度计的接线配置。也可用于测量薄膜的薄层电阻。四线检测的关键优点是分离的电流和电压的电极,消除了布线和接触电阻的阻抗。

四线检测感应也被称为开尔文(Kelvin)检测,威廉·汤姆森·开尔文勋爵( William Thomson, Lord Kelvin)在1861年发明的开尔文电桥测量低电阻。每两线连接,可以称得上是Kelvin连接。

原理

假设我们希望一些组件位于一个显着的距离从我们的欧姆表测量电阻。这种情况下会产生问题,因为欧姆表测量所有的电路回路中的电阻,它包括导线的电阻(Rwire)连接的欧姆表被测量组件(Rsubject):

通常情况下,导线的电阻是非常小的(仅几欧姆的导线上的压力表(大小),主要取决于每数百英尺),但如果连接线很长,和/或待测组分有一个非常反正低电阻,引入线电阻测量误差将是巨大的。

在这样的情况下的电阻测量主体的一个巧妙的方法,涉及的电流表和电压表的使用。我们知道,从欧姆定律,电阻等于电压除以电流(R = E / I)。因此,我们应该能够确定电阻的主体成分,如果我们测量的电流通过,并且两端的电压下降

电流在电路中的所有点相同,因为它是一个串联回路。因为我们只测量电压下降的整个主体电阻(而不是导线的电阻)。

不过,我们的目标,是从远处来衡量这个主题性,所以我们必须位于电压某处附近电流表,由另一对含有电阻的导线跨接受阻力:

起初,我们似乎已经失去了任何电阻测量这种方式的优点,因为现在电压表测量电压通过长着一双引入杂散电阻(电阻)线,再次进入测量电路。然而,经仔细检查可以看出,没有什么损失,因为电流几乎是微乎其微的。因此,那些长导线连接两端的电压表的(Rsubject)电阻将下降较小的电压,这是非常几乎相同的,就好像它是受电阻直接跨接在电压表指示:

将无法测得的电压表主要载流导线之间的任何电压下​​降,这样做没有考虑到在所有的阻力计算。可能会进一步提高测量精度,如果电压表的电流保持在最低限度,或者通过使用一个高品质(由低满量程电流)的动作和/或空电位(均衡)系统。

这种测量方法,避免了导线的电阻所引起的误差,被称之为开尔文四线检测( Kelvin Four-terminal sensing)电阻方法。特殊的连接称为开尔文夹子(下图)

一般来说,“鳄鱼”式夹子,通常在铰链点连接,半“下巴”电是彼此共用的。开尔文夹子,半部分钳口彼此绝缘,只有被测定的导线与夹子的尖端处接触。因此, 目前通过“C(”当前)的半“下巴”不通过“P”(电压)的半“下巴”,而不会产生任何沿其长度的错误诱导压降。

相同的原理,使用不同的接触点的传导电流和电压测量是用在精密分流电阻器,用于测量大量的电流。精密分流电阻器“转换”一个当前值成比例的电压值。因此,电流可以通过测量分流器两端的电压下降被精确地测量。

使用分流电阻和电压电流测量,特别适合涉及幅度特别大电流的应用。在这种应用中,分流电阻器的电阻可能会毫欧或微欧的顺序,在满电流的情况下,以便只有适量 的电压将被丢弃。这种低电阻线的连接电阻,表示这样的分流上测量的电压必须这样做,在这样一种方式,以避免检测电压降载电流导线连接,以免引起巨大的测量 误差。为了使由分流电阻本身的电压表的测量电压下降,没有任何杂散电压源自电线或连接电阻,分流器通常配有四个连接端子:

应用

开尔文测量可以发现接触不良或意外性电路中的实用工具。直流电源连接到电路,并调整电源,从而提供一个恒定的电流。用数字万用表设置为测量直流电压,测量 在电路中的各个点上的电压降。如果你知道的导线尺寸,可以估算你应该看到的电压降和比较这你测量的电压降。这可以是一个快速和有效的方法,发现接触到的元素,如在照明电路的拖车在布线的连接不良。未通电的的AC导体(确保交流电源不能打开),它也可以很好的工作。例如,你可以在一个光开关测量电压降,并确 定如果接线连接到开关。

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