Présentation des connexions Kelvin
Aperçu des méthodes et techniques permettant d'obtenir des lectures de haute précision de faibles résistances
Connexions Kelvin et mesures de test
La réalisation de mesures à faible résistance, inférieure à 1 Ω, est sujette à des sources d'erreur, notamment la résistance du fil et la résistance de contact.
Cette note technique décrit ces problèmes et comment ils sont surmontés.
1. Connexions à deux fils
Pour mesurer la résistance d'un composant, un courant de test est forcé à travers le composant via un ensemble de cordons de test.
Le compteur mesure ensuite la tension à ses bornes pour donner la valeur de résistance du composant. C'est ce qu'on appelle une mesure à deux fils.
Dans une mesure à deux fils, la valeur de la résistance dépend de la résistance des cordons de test.
La résistance du fil provoque une légère chute de tension, qui peut généralement être considérée comme négligeable.
Le problème avec la méthode à deux fils est que, lors de la mesure de petites valeurs de résistance, généralement 1 Ω ou moins, la résistance des cordons de test provoque une chute de tension relativement importante en plus de la chute de tension aux bornes du composant (Figure 1).
La tension mesurée par le compteur ne sera donc pas la vraie valeur de la tension aux bornes du composant.
Figure 1. Connexion de test à deux fils montrant la résistance du fil affectant la précision des mesures
2. Connexions à quatre fils
Compte tenu des limites de la méthode à deux fils, la méthode à quatre fils (Kelvin) est généralement préférée pour les mesures à faible résistance.
Ces mesures peuvent être effectuées à l'aide d'une source de courant et d'un voltmètre séparés (Figure 2).
Figure 2. Schéma montrant la connexion Kelvin à 4 fils
Avec cette configuration, le courant de test est forcé à travers la résistance de test via un jeu de fils de test (fils d'alimentation), tandis que la tension aux bornes du composant testé est mesurée via un deuxième jeu de fils (fils de détection).
Bien qu'un petit courant puisse circuler à travers la paire de détection, il est généralement négligeable (pA ou moins) car l'impédance des bornes de détection est élevée.
La chute de tension mesurée par le compteur est donc essentiellement la même que la tension aux bornes de la résistance de test.
Par conséquent, la valeur de la résistance peut être déterminée avec beaucoup plus de précision qu'avec la méthode à deux fils.
3. Degrés de Kelvin
De nombreux fabricants de tests et d'équipements utilisent des connexions à l'appareil testé qui ne sont pas en fait du « vrai » Kelvin, mais du « semi » Kelvin.
Ceci peut être mieux illustré sur la figure 3a, où des sondes à « ressort » sont utilisées.
On peut voir que la sonde à ressort ne fournit pas une véritable connexion Kelvin, car les quatre fils se terminent au niveau du réceptacle de la sonde.
Afin d'être un « vrai » Kelvin, chaque fil « d'alimentation » et « de détection » doit établir la connexion directement au fil du composant de test et aussi près que possible du composant de test lui-même.
4. Semi Kelvin contre vrai Kelvin
Lors de l'utilisation d'un luminaire, la méthode la plus rapide pour connecter et déconnecter le composant testé, tout en conservant une véritable connexion Kelvin à quatre fils au composant, consiste à utiliser des lames Kelvin.
Les lames Kelvin sont constituées de deux lames à ressort maintenues dans un corps isolant (Figure 3b).
Figure 3a. Connexion semi-Kelvin Figure 3b. Véritable connexion Kelvin
Comme expliqué précédemment, le vrai Kelvin constitue la méthode de connexion la plus idéale pour mesurer des résistances <1Ω.
Cependant, lors de la conception d'un montage d'essai, l'aspect mécanique de la méthode de connexion doit être pris en compte.
Dans ce cas, les sondes à ressort peuvent constituer une alternative aux lames Kelvin.
Cependant, le courant traversant le composant testé doit alors également traverser la sonde à ressort elle-même, introduisant une chute de tension supplémentaire indésirable.
Les appareils fabriqués à l'aide de sondes à ressort ont l'avantage d'être plus faciles à construire, à entretenir et ont une durée de vie plus longue que les lames Kelvin, qui sont sujettes à l'usure due à l'insertion et au retrait du composant de test.
Cependant, comme les sondes à ressort ne peuvent offrir qu'une connexion semi-Kelvin, elles ne doivent pas être utilisées pour mesurer une résistance inférieure à 1 Ω.