Vierpunktmessung des Widerstands zwischen den Spannungsmessanschlüssen 2 und 3. Der Strom wird über die Kraftanschlüsse 1 und 4 zugeführt.

In der Elektrotechnik ist die Vierpunktmessung (4T- Messung , 4 -Draht-Messung oder 4-Punkt-Sonden-Methode) ein Verfahren zur elektrischen Impedanzmessung . Sie verwendet separate Paare von stromführenden und spannungsmessenden Elektroden , um genauere Messungen als die einfachere und gebräuchlichere Zweipunktmessung (2T-Messung) zu ermöglichen. Die Vierpunktmessung findet Anwendung in einigen Ohmmetern und Impedanzanalysatoren sowie in der Verdrahtung von Dehnungsmessstreifen und Widerstandsthermometern . Vierpunkt-Sonden werden auch zur Messung des Flächenwiderstands dünner Schichten (insbesondere von Halbleiterdünnschichten ) eingesetzt. [ 1 ]

Durch die Trennung von Strom- und Spannungselektroden werden der Leitungs- und Kontaktwiderstand aus der Messung eliminiert. Dies ist ein Vorteil für die präzise Messung niedriger Widerstandswerte. Beispielsweise empfiehlt eine Bedienungsanleitung für eine LCR-Brücke die Vierpunktmessung für genaue Widerstandsmessungen unter 100 Ohm . [ 2 ]

Die Vierpunktmessung ist auch als Kelvin-Messung bekannt , benannt nach William Thomson, Lord Kelvin , der 1861 die Kelvin-Brücke zur Messung sehr niedriger Widerstände erfand. Jede Zweidrahtverbindung kann als Kelvin-Verbindung bezeichnet werden . Ein Kontaktpaar, das ein Mess- und Kraftpaar gleichzeitig mit einem Anschluss verbindet, wird als Kelvin-Kontakt bezeichnet . Eine Klemme, oft eine Krokodilklemme , die ein Mess- und Kraftpaar verbindet (typischerweise je eine Klemme pro Backe), wird als Kelvin-Klemme bezeichnet .

Funktionsprinzip

Beispiel für die Anordnung einer Kelvin-Verbindung

Bei Verwendung einer Kelvin-Anordnung wird der Strom über zwei Stromzuführungen zugeführt . Diese erzeugen gemäß dem Ohmschen Gesetz U = IR einen Spannungsabfall an der zu messenden Impedanz . Zwei Messzuführungen (Spannungszuführungen) werden unmittelbar an der Zielimpedanz angebracht, sodass der Spannungsabfall in den Stromzuführungen bzw. Kontakten nicht in die Spannungszuführungen einbezogen wird. Da zum Messgerät nahezu kein Strom fließt, ist der Spannungsabfall in den Messzuführungen vernachlässigbar.

Üblicherweise werden die Messleitungen als inneres und die Kraftleitungen als äußeres Leitungspaar angeschlossen. Werden die Anschlüsse für Kraft- und Messleitungen vertauscht, kann dies die Messgenauigkeit beeinträchtigen, da ein größerer Teil des Leitungswiderstands in die Messung einfließt. Bei der Messung sehr kleiner Widerstände müssen die Kraftleitungen unter Umständen einen hohen Strom führen und daher einen ausreichenden Querschnitt aufweisen; die Messleitungen können hingegen einen kleineren Querschnitt haben.

Das Verfahren wird häufig bei Niederspannungsnetzteilen eingesetzt , wo es als Fernmessung bezeichnet wird , um die an die Last abgegebene Spannung unabhängig vom Spannungsabfall in den Versorgungsleitungen zu messen.

Es ist üblich, bei Strommess-Shuntwiderständen mit niedrigem Widerstand, die mit hohem Strom betrieben werden, 4-Draht-Anschlüsse zu verwenden .

3-Draht-Sensorik

Eine Variante verwendet drei Drähte: separate Last- und Messleitungen an einem Ende und eine gemeinsame Leitung am anderen. Der Spannungsabfall in der gemeinsamen Leitung wird kompensiert, indem angenommen wird, dass er dem Spannungsabfall in der Lastleitung entspricht und diese den gleichen Querschnitt und die gleiche Länge aufweist. Dieses Verfahren findet breite Anwendung bei Widerstandsthermometern , auch bekannt als Widerstandsthermometer oder RTDs. Es ist zwar nicht so genau wie die Vierleitermessung, kann aber den durch den Kabelwiderstand verursachten Fehler weitgehend eliminieren und ist für die meisten Anwendungen ausreichend genau.

Ein weiteres Beispiel findet sich im ATX-Netzteilstandard , der einen Remote-Sense-Draht vorsieht, der mit der 3,3-V-Versorgungsleitung am Anschlusspin 13 verbunden ist, jedoch keinen Sense-Anschluss für die Masseleitungen.

Siehe auch

Referenzen

  1. ^ Chandra, H., et al. Open-Source Automated Mapping Four-Point Probe . Materials 2017, 10(2), 110. doi: 10.3390/ma10020110
  2. ^ Bedienungsanleitung für die Racal-Dana Databridge 9343M: „Wenn der Widerstandswert niedrig ist, weniger als 100 Ohm, stellen Sie eine Vierpolverbindung her…“