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Kelvin 4-Wire Sensing解决了“IR Drop”问题

通过比尔Schweber|2020年8月20日

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新手工程师通常不了解这个问题及其在学校的解决方案,但“练习”的解决方案很快就会了解它!

问题:我需要确定位于许多米外的低阻传感器的电阻变化。我的计划很简单,就是在细线传感器的引线上加一个已知的电压,然后测量电流。然后通过欧姆定律(电阻=电压/电流或R = V/I),我可以很容易地计算传感器电阻。然而,传感器引线的标称电阻和温度系数影响读数,导致我无法校准的误差。我该怎么办?

解决方案:使用Kelvin 4-Wire Sension来解决这个常见问题(以1824年出生的英国数学物理学家和工程师第1届Baron Kelvin先生命名)。为此,请使用电流源通过现有的引线向传感器提供已知电流。然后在传感器上加两个其他引线,通过高阻抗计或缓冲放大器读取其两端的电压(图1).再次使用欧姆定律,但是已知的电流和测量的电压。采用这种四线结构,并以两根非关键电压传感线为代价,传感器引线的电阻不计入方程。

图1:解决问题的抵抗传感器影响测量精度,使用四线开尔文安排将一个已知的电流通过传感器从a到D R,然后读取电压传感器通过两个c添加使用高阻抗计或缓冲放大器。(图片:德州组件公司)

为了最大限度地减少传感器的自加热和可能的相关误差,可以使用尽可能低的电流,同时在传感器上提供足够的电压。在大多数情况下,传感器上的最大电压将在1到10 V之间。

注意,使用与负载串联的低值检测电阻,通常使用该技术的变型来测量电流,例如电机,如电机。图2).对于负载电流传感,你使用一个已知的电阻,通常在欧姆或更小,通常在毫欧姆范围内。然后使用差分缓冲放大器(可能需要与电路的其余部分电隔离)测量它的电压,再次使用欧姆定律,但这次是I = V/R。

图2:使用在负载和地(低侧)或供应和负载(高侧)之间的传感器电阻器来测量Kelvin布置的变化来测量电流通过负载。(图像)

开尔文四线技术是另一个例子,说明工程师如何利用巧妙的拓扑结构来克服误差来源,而不是试图让事情变得完美(这里,就是在传感器引线上有零电阻)。相反,工程师开发了一种方法,让误差源“退出”方程。另一个很好的例子是比率设计,例如惠斯顿电桥,它使用电阻比而不是绝对电阻值。

EE世界引用

使用Kelvin配置精确功耗
先进的传感器易于使用
惠斯通电桥,第1部分:原理和基本应用
惠斯通电桥,第2部分:其他注意事项
SIC 1.2-KV FET进入-247-4L 4-Leaded Kelvin Sense离散包
鳄鱼剪辑和开尔文连接器的范围
表面安装分流与开尔文终端可在1 mΩ电阻


了下:传感器提示
标记:常问问题

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