Medición de resistencia de 4 cables Kelvin: Puente Kelvin, Aplicación, Diferencias clave, Preguntas frecuentes

Medición de resistencia de 4 cables Kelvin

"Gold Wire" by avrene está licenciado bajo CC BY 2.0

El tema de discusión: Medición de resistencia de 4 cables Kelvin:

¿Qué es la medición de resistencia de 4 cables?

Medición de resistencia de 4 cables

Existen diferentes métodos para medir diferentes tipos de resistencia, donde varía con el rango de resistencia. El método de medición de resistencia de 4 cables es un método de medición muy preciso, que puede medir una resistencia muy baja con alta precisión. Se utiliza para evitar problemas de resistencia de contacto o de resistencia del cable conductor en el circuito. Aquí cada cable de conexión se llama conexión kelvin.

En el método de medición de resistencia de 4 cables, se usa la conexión de cuatro cables donde se usan dos cables para entregar la corriente de suministro al componente de medición, y se usa otro de dos cables para medir la caída de voltaje a través del elemento de medición.

Como sabemos, a temperatura constante Ley de Ohm defina la resistencia 'R' como la relación entre el voltaje a través de la resistencia y la corriente 'I' que la atraviesa, por lo que al medir la caída de voltaje a través del componente de medición con una corriente conocida que lo atraviesa, se puede calcular la resistencia del elemento de medición.

¿Qué es el Puente Kelvin?

Puente Kelvin

El principio básico de la medición de resistencia de 4 cables Kelvin se basa en el puente Kelvin. Puente Kelvin es una versión modificada del puente de Wheatstone se utiliza para medir el valor de resistencia muy bajo, que varía de 1 ohmio a 0.00001 ohmios. En este puente, se tiene en cuenta el efecto de la resistencia de carga, la resistencia de contacto y la resistencia de los cables conductores.

Circuito del puente Kelvin:

Fig. Circuito del puente Kelvin.

Y_b en la figura es la resistencia del cable de conexión.

Siempre que el galvanómetro esté conectado al punto 'a', la resistencia del cable conectado se suma a la resistencia Rx y los impactos totales se convierten en R_x + R_ {ab} + R_ {cb}.

Siempre que el medidor esté conectado al punto 'c', la resistencia de los cables conductores suma a R_3 + R_ {ab} + R_ {cb}.

Y cuando el galvanómetro está unido al punto 'b', que está entre el punto 'a' y 'c', de tal manera que la relación de resistencia del cable de 'a' a 'b' y de 'c' a 'b 'es lo mismo que la relación de R_1 a R_2.

Ecuación 1 : R_1 / R_2 = \ frac {R_ {cb}} {R_ {ab}}

Ahora la ecuación general del circuito se convierte en

Ecuación 2 : (R_x + R_ {cb}) = \ frac {R_1} {R_2} (R_3 + R_ {ab})

De la ecuación 1 y 2 después de resolver obtenemos: R_x = \ frac {R_1} {R_2} R_3

La ecuación final es la misma que la del puente de Wheatstone balanceado, que muestra que la conexión del cable conductor se ha eliminado al conectar el galvanómetro en el punto 'b'. Y_b se elimina con el puente kelvin.

La medición de resistencia de 4 cables Kelvin se ha descrito en este artículo con conceptos importantes.

Elaborado circuito de medida de resistencia de 4 hilos.

Se describen las ventajas y desventajas de las mediciones de resistencia de 4 cables Kelvin.

Diferencia entre medición de resistencia de 4 cables y 2 cables representado

Se han descrito aplicaciones importantes de la medición de resistencia de 4 cables.

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¿Qué es la medición de resistencia de 4 cables?

Método de medición de resistencia de 4 hilos | Técnica de medición de resistencia de 4 cables

Al medir baja resistencia, los cables de conexión pueden causar un error en el resultado de la medición. Si el error producido es mayor que la tolerancia, o si la precisión de la medición se requiere un grado muy alto, entonces se usa la medición de resistencia de cuatro cables. Idealmente, el cable no tiene ninguna resistencia interna, pero en la práctica, cada cable tiene alguna resistencia interna.

Circuito de medición de resistencia de 4 cables:

En los Medición de resistencia de 4 hilos método, se utiliza una conexión de 4 hilos donde se utilizan dos hilos para entregar la corriente de medición al componente de medición, y se utiliza otro de dos hilos para medir la caída de voltaje a través del componente de medición.

Medición de resistencia kelvin de 4 hilos
Fig. Circuito de medición de resistencia de 4 hilos.

En este método de medición de resistencia de 4 hilos se utiliza un generador de corriente fija. Entonces, si la resistencia a través del circuito varía, el generador de corriente fija suministrará una corriente constante a través del circuito.

El cable que se usa en la medición de voltaje se conecta directamente a las patas de la resistencia, que se va a medir, y el medidor de voltaje que se usa en este método es de alta impedancia para que pase una corriente mínima a través de él. Con una pequeña corriente a través del cable, la caída de voltaje total a través del cable es insignificante, lo que no afecta el valor de la caída de voltaje del componente de medición. Este método elimina la resistencia del cable, que también se denomina Kelvin or cuatro hilos método. Escuche que se utilizan clips de conexión especiales, lo que se conoce como Clips de Kelvin.

Conexión del circuito de clip Kelvin:

Fig. Clip Kelvin utilizado en la conexión del circuito.

Clips de Kelvin también son conocidos como caimán or pinzas de cocodrilo. Cada mitad de la mandíbula de un clip Kelvin está aislada entre sí; Ambas mandíbulas del clip Kelvin son eléctricamente comunes entre sí, que generalmente se unen en el punto más alto. El cable de suministro de corriente está conectado a una mordaza y el cable de medición de voltaje está vinculado a la otra mordaza. Los clips Kelvin se utilizan cuando se requiere una alta precisión de la medición.

¿Cuáles son las aplicaciones de la medición de resistencia de 4 cables?

Aplicación de medición de resistencia de 4 cables:

  • Sensores remotos.
  • Detector de termómetro de resistencia.
  • Endurecimiento por induccion.

¿Cuáles son las principales desventajas de las mediciones de resistencia de 4 cables?

Desventajas de las medidas de resistencia de 4 cables Kelvin:

  • Caro.
  • Circuito complicado.
  • La velocidad de prueba es muy lenta.
  • El no. de puntos de prueba es el doble.
  • Se requiere un mayor número de cables de conexión.

Medición de resistencia de 2 hilos y 4 hilos

En los Medición de resistencia de 2 hilos, la resistencia total del cable conductor se suma a la medición porque la corriente a través de todo el circuito es la misma. Como la caída de voltaje a través del cable y el componente de medición puede producir una medición con error, no tiene una salida muy precisa para un valor pequeño de resistencia cuando la resistencia de medición es mucho mayor que la resistencia del cable. Entonces, la resistencia del cable puede volverse insignificante. Si la longitud del cable puede ser la mínima posible, se puede aumentar la precisión de la medición.

Fig. Conexión de medición de resistencia de dos hilos.

Como podemos ver en la figura anterior, RW_1 y RW_2 son la resistencia del cable conductor. Esto se debe a que el voltímetro mide la caída de voltaje en R + RW_1 + RW_2. La medición de resistencia de 2 cables es una estructura de circuito simple menos precisa, que requiere menos cables de conexión.

Medición de resistencia de 3 cables

Medición de resistencia de 3 hilos, que no es precisa como la medición de resistencia de 4 cables, es más precisa que la medición de resistencia de dos cables. La complejidad del circuito es menor que la de la medición de resistencia de 4 cables.

Fig. Circuito de medición de resistencia de 3 hilos.

En este método, se usa el interruptor, por lo que al principio, se mide el bucle superior de la resistencia, el voltímetro mide el voltaje a través RW_1 + RW_2, luego divida el valor por 2, lo que da la resistencia promedio de estos dos cables. RW_3 se supone que es el mismo que el promedio. de RW_1 y RW_2.

Luego, cambie el circuito a la conexión regular, que mide el componente de medición y la resistencia del cable. RW_2 + RW_3. El valor calculado en (R + RW_2 + RW_3) luego comparado con el primer valor medido \ frac {(RW_1 + RW_2)} {2}, que se utiliza para eliminar la resistencia del cable producida por el cable del valor medido.

La conexión de medición de resistencia de 3 cables puede ser muy precisa si los tres cables conectados tienen el mismo valor de resistencia (RW_1 = RW_2 = RW_3). La medición de resistencia de 3 hilos se usa ampliamente en aplicaciones industriales, lo que ofrece un buen compromiso; es precisa y utiliza menos cables que la medición de resistencia de 4 cables.

Medición de resistencia de 4 cables frente a 2 cables | Medición de resistencia de 2 cables frente a 4 cables | Medición de resistencia de 4 cables frente a 2 cables

ParámetroMedición de resistencia de 4 cablesMedición de resistencia de 2 cables
Cable de conexión4 hilos de conexión2 cables de conexión
ExactitudMuy alto incluso para medidas de baja resistencia.Muy bajo para medición de baja resistencia.
Utilizado para rango de resistenciaResistencia por debajo de 1 ohmio1 ohmio a 1 kilo ohmio
Diseño de circuitoComplejoSencillo
CostoCostosoBarato
Tabla: comparación entre la medición de resistencia kelvin 2 hilos y kelvin 4 hilos

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es el funcionamiento real de los tipos de detector de temperatura de resistencia de 2 cables, 3 cables y 4 cables, es decir, RTD?

RTD significa detector de temperatura de resistencia. Se sabe que la resistencia de un metal cambia con el cambio de temperatura, por lo que midiendo la resistencia con el cambio de temperatura, se puede detectar la diferencia de temperatura. Son unos metales donde el coeficiente de temperatura es positivo, por lo que con el aumento de temperatura aumenta la resistencia eléctrica del metal. RTD puede utilizar el método de 2 hilos, 3 hilos o 4 hilos.

El error introducido por el cable puede causar un error significativo, por lo que hay muy pocas aplicaciones de RTD de 2 cables, RTD de 2 cables se usa con cable conductor corto o donde no se necesita una alta precisión. Circuito de medición RTD de tres cables que minimiza el efecto de la resistencia del cable conductor siempre que los cables de conexión tengan la misma longitud. Algunos factores, como la corrosión de los terminales o las conexiones sueltas, aún pueden diferenciar significativamente la resistencia del cable.

El RTD de tres cables es más preciso que el RTD de dos cables, mientras que es menos preciso que el RTD de 4 cables, donde el RTD de tres cables se usa comúnmente en la industria relativamente más barato que el de cuatro cables y tiene un diseño de circuito más sencillo que el de un RTD de cuatro hilos. En la medición de resistencia de 4 cables, RTD es donde se puede observar la resistencia del cable conductor y separarse de la medición del sensor RTD de 4 cables es una verdadera medición de resistencia de 4 cables El RTD de puente de 4 cables se utiliza donde se necesita alta precisión. Aún así, es muy caro y de diseño complejo.

¿Cuáles son las desventajas del método de medir la resistencia de un cable utilizando un amperímetro y un voltímetro en un circuito?

Las desventajas dependen del diseño del circuito, que medirá la resistencia para la precisión de la medición de la resistencia de dos cables es baja y la precisión de la medición de la resistencia de cuatro cables es alta. Por el contrario, el circuito de medición de dos cables es muy simple y económico, mientras que la medición de resistencia de 4 cables es compleja y costosa.

La desventaja de medir la resistencia con un amperímetro y un voltímetro puede ser el uso de medidores que no funcionan correctamente. El rango de medición debe considerarse para la selección de medidores, otros voltímetros y amperímetros de desventaja deben conectarse al circuito en diferentes ramas. El voltímetro debe conectarse en paralelo a la carga de medición, donde el amperímetro debe conectarse en serie con la rama donde se va a medir la corriente.

Para saber más sobre la inductancia mutua. haz clic aquí

¿Cuál es la resistencia de un calentador eléctrico?

Según el calentamiento de Joule o el calentamiento de Ohm, el calor es proporcional a la resistencia. El calentamiento Joule es un proceso mediante el cual la corriente eléctrica pasa a través de un conductor y produce calor, por lo que para un calentador eléctrico, debe haber una alta resistencia en el alambre.

¿Cuáles son los factores que afectan la resistencia?

  • Temperatura
  • Longitud del área del cable
  • Área de la sección transversal del cable
  • Naturaleza del material

¿Un alambre grueso tendrá más resistencia que un alambre delgado? ¿Por qué?

El cable delgado generalmente tiene mayor resistencia que un cable grueso porque el cable delgado tiene menos electrones para transportar la corriente y, en comparación, el cable grueso tiene más electrones para transportar la corriente. Además, la relación de la resistencia y el área de la sección transversal de un cable es recíprocamente proporcional, debido a esto, si la sección transversal de un cable se reduce, el valor de la resistencia del cable será mayor.

¿Cómo aumentar la resistencia de un cable?

El aumento de la longitud del cable o la disminución del área de la sección transversal de un cable aumenta la resistencia.

¿Cuál es el área de la sección transversal de un cable?

Si cortamos un cable verticalmente perpendicular a su longitud, obtenemos una cara circular del cable. El área de la cara circular del alambre se conoce como el área de la sección transversal del alambre y esta área de un alambre no depende de la longitud del alambre, y generalmente es uniforme en toda la longitud del alambre.

¿Por qué utilizar un voltímetro de alta impedancia?

El voltímetro ideal tiene una impedancia infinita que no consume ninguna corriente del circuito. Aún así, prácticamente no es posible una impedancia infinita. Se utiliza un voltímetro de alta impedancia. La corriente que pasa a través del voltímetro es muy pequeña, por lo que no afecta al circuito en general.

¿La temperatura es directamente proporcional a la resistencia? 

La temperatura es directamente proporcional a la resistencia para un conductor de metal o el metal con un coeficiente de temperatura positivo.

¿Cuáles son los efectos de la temperatura sobre la resistencia?

El efecto de la temperatura sobre la resistencia depende del coeficiente de temperatura de la resistencia. Esto se puede definir como el cambio de resistencia por unidad de cambio de temperatura, si el coeficiente es positivo, la resistencia aumentará con el aumento de temperatura y si el coeficiente es negativo, la resistencia disminuirá con el aumento de temperatura.

¿Puede un cable tener resistencia cero?

Idealmente, la resistencia de cable cero es posible, pero prácticamente, ningún cable presente tiene resistencia cero.

¿Por qué utilizamos RTD de tres hilos?

El RTD de tres cables es más preciso cuando conectar la resistencia del cable conductor a un RTD de tres cables es más económico que un RTD de cuatro cables y tiene un diseño de circuito menos complicado que un RTD de cuatro cables.

¿Cuál es el beneficio de una medición de resistencia de cuatro cables?

Las mediciones de resistencia de cuatro cables pueden eliminar la resistencia del cable conductor y hacer que la medición de resistencia tenga la mayor precisión.

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Acerca de Sneha Panda

Me gradué en Ingeniería en Electrónica Aplicada e Instrumentación. Soy una persona curiosa. Tengo interés y experiencia en temas como Transductores, Instrumentación Industrial, Electrónica, etc. Me encanta aprender sobre investigaciones e invenciones científicas, y creo que mi conocimiento en este campo contribuirá a mis futuros emprendimientos.

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