Descripción general de las conexiones Kelvin
Esquemas de métodos y técnicas para obtener lecturas de alta precisión de bajas resistencias.
Conexiones Kelvin y medidas de prueba
La realización de mediciones de baja resistencia, por debajo de 1 Ω, está sujeta a fuentes de error, incluida la resistencia del cable y la resistencia del contacto.
Esta nota técnica describe estos problemas y cómo se superan.
1. Conexiones de dos cables
Para medir la resistencia de un componente, se fuerza una corriente de prueba a través del componente a través de un conjunto de cables de prueba.
Luego, el medidor mide el voltaje a través de sus terminales para dar el valor de resistencia del componente. Esto se conoce como medición de dos hilos.
En una medición de dos cables, el valor de la resistencia está sujeto a la resistencia de los cables de prueba.
La resistencia del cable provoca una pequeña caída de voltaje, que normalmente puede considerarse insignificante.
El problema con el método de dos cables es que, cuando se miden valores pequeños de resistencia, típicamente 1 Ω o menos, la resistencia de los cables de prueba provoca una caída de voltaje relativamente significativa además de la caída de voltaje en todo el componente (Figura 1).
Por lo tanto, el voltaje medido por el medidor no será el valor real del voltaje en el componente.
Figura 1. Conexión de prueba de dos cables que muestra la resistencia del cable que afecta la precisión de la medición
2. Conexiones de cuatro cables
Dadas las limitaciones del método de dos hilos, generalmente se prefiere el método de cuatro hilos (Kelvin) para mediciones de baja resistencia.
Estas mediciones se pueden realizar utilizando una fuente de corriente y un voltímetro separados (Figura 2).
Figura 2. Diagrama que muestra la conexión Kelvin de 4 cables
Con esta configuración, la corriente de prueba se fuerza a través de la resistencia de prueba a través de un conjunto de cables de prueba (cables de alimentación), mientras que el voltaje en el componente bajo prueba se mide a través de un segundo conjunto de cables (cables de detección).
Aunque puede fluir una pequeña corriente a través del par de detección, normalmente es insignificante (pA o menos) porque la impedancia de los terminales de detección es alta.
Por lo tanto, la caída de voltaje medida por el medidor es esencialmente la misma que el voltaje a través de la resistencia de prueba.
Por lo tanto, el valor de la resistencia se puede determinar con mucha más precisión que con el método de dos hilos.
3. Grados de Kelvin
Muchos fabricantes de equipos y pruebas utilizan conexiones al dispositivo bajo prueba que en realidad no son Kelvin "verdaderos", sino Kelvin "semi".
Esto se puede ilustrar mejor en la Figura 3a, donde se utilizan sondas de "resorte".
Se puede ver que la sonda de resorte no proporciona una verdadera conexión Kelvin, ya que los cuatro cables terminan en el receptáculo de la sonda.
Para ser Kelvin "verdadero", cada cable de "alimentación" y "detección" debe conectarse directamente al cable del componente de prueba y lo más cerca posible del componente de prueba.
4. Semi Kelvin versus verdadero Kelvin
Cuando se utiliza un dispositivo, el método más rápido para conectar y desconectar el componente bajo prueba, manteniendo al mismo tiempo una verdadera conexión Kelvin de cuatro cables con el componente, es utilizar cuchillas Kelvin.
Las hojas Kelvin constan de dos hojas con resorte sujetas en un cuerpo aislante (Figura 3b).
Figura 3a. Conexión semi Kelvin Figura 3b. Verdadera conexión Kelvin
Como se explicó anteriormente, el verdadero Kelvin proporciona el método de conexión más ideal para medir resistencias <1Ω.
Sin embargo, al diseñar un dispositivo de prueba, se debe considerar el aspecto mecánico del método de conexión.
En este caso, las sondas de resorte pueden proporcionar una alternativa a las hojas Kelvin.
Sin embargo, la corriente a través del componente bajo prueba también debe pasar a través de la propia sonda de resorte, introduciendo una caída de voltaje adicional no deseada.
Los accesorios fabricados con sondas de resorte tienen la ventaja de ser más fáciles de construir, más fáciles de mantener y tienen una vida útil más larga que las hojas Kelvin, que están sujetas a desgaste por la acción de insertar y retirar el componente de prueba.
Sin embargo, debido a que las sondas de resorte solo pueden ofrecer una conexión semi-Kelvin, no deben usarse cuando miden una resistencia inferior a 1Ω.