四线开尔文测量有助于提高电缆可靠性

时间:2022-03-12作者:佚名

测量标准四线灵敏的毫欧电阻有助于定位不良的焊点,错误的卷曲,凹槽引脚,引脚接触污染,不适当的线规,和应力挤压等。

四线开尔文精确测量电阻值可能小于0.1Ω,同时要减掉连接测量仪器与被测量部件引线的固有电阻。高质量的数字多通道万用表(DMM)测试引线(24英寸长,两端有插头)通常会呈现出约0.1Ω的自然电阻。当使用两个这样的引线连接到被测单元(UUT)时,测量阻值至少0.2Ω。此外,插头引线上的轻微污染,无论是来自手指油、灰尘或腐蚀,都会增加额外的电阻,导致测量值在引线或插头出现变化。

当测试主要传输电流的电缆,或在医疗或军事应用中必须确保极高的可靠性时,精确测量低值电阻是必要的。对于传输电力的电缆,正如您可能在交流电分配或无线电发射机中发现的,低电阻连接可能导致高阻故障,从而产生火灾或爆炸危险。例如,在医疗应用不主要用于载流的电缆,与连接监视器和高精度传感器的细线连接如果有问题,可能会产生生命临界测量误差或导致电路误操作。四线的毫欧敏感性测量有助于定位不良的焊点、错误的卷曲、凹槽引脚、引脚接触污染、不适当的线规和应力挤压等。

什么是四线测量?

欧姆定律将“电阻”(R)定义为跨组件的电压(V)与通过它的电流(I)之比:

R = V/I

为了测量电阻,我们对电线施加测试电流,并检测它的电压降。由此,我们很容易计算出如下图所示的电阻。

四线开尔文测量有助于提高电缆可靠性

我们测量导体两个配合引脚之间的电阻:RW。然而,整个电路包括引线RL1和RL2的电阻,因此计算中使用的压降要包括所有三种电阻。在许多情况下,引线电阻远低于我们要测量的导体或部件的电阻,因此可以忽略不计。

然而,在某些情况下,目标测量电阻RW接近用于测量它的引线的电阻值,导致读数不准确。我们通过将电压测量点移动到匹配引脚的端点来纠正这个问题,从而绕过引线中可能发生的任何压降。参见下图:

四线开尔文测量有助于提高电缆可靠性

欧姆表有四根引线出来。下图显示典型DMM上的端口。因为我们现在使用四根引线而不是两根引线,所以我们把这种方法称为“四线测量”,或者“四线开尔文测量”,以纪念最初开发它的19世纪英国物理学家开尔文勋爵。

四线开尔文测量有助于提高电缆可靠性

请注意,流过四线系统的电压测量板的电流非常小,通常是在微安的分数级(比源电流少六个或更多数量级),因此在这些引线上几乎没有发生电压降,其对电阻测量的影响可以忽略不计。总之,如果没有电流流过电线,无论它的长度如何,它都没有电压降。这一重要点意味着引线现在可能相当长,有时超过10英尺(3米),这对测量没有任何影响。当测试大型多分支线束组件时,长引线变得必要,这种情况看上去比较常见。

四线开尔文测量有助于提高电缆可靠性

四线测量的主要优点是消除了夹具电阻(引线)的任何影响,获得UUT的精确电阻值。 由于四线测量通常使用的测试电流远远超过双线测试所需的电流,第二个优点是使用大电流应力测试布线,通过每个导体驱动1A或更大的电流,并能够将驻留时间从100ms设置为数分钟;在较长的驻留期间观察到缓慢增加的电阻,这个从热积聚中得到的结果可能会揭示在较短测量间隔内没有检测到的问题。

驱动四线测量系统的软件应允许UUT中的单个导体在四线测试中失效,这由用户来选择,同时要避免对熔断器或其它不携带大测试电流的部件造成潜在损坏。还应允许用户独立设置不同的测试电流和不同导体的停留时间。

四线测量的测试夹具制做

四线测量与台式机DMM不同,它有四个测试连接(两个用于源,两个用于传信号),现代电缆测试设备提供了多种可编程测试连接,也称为测试点,UUT可以连接到这些测试点。常规的电缆测试可从128个测试点向上扩展到数千个点。

但四线测量的系统需要两倍测试点的数量,通常需要双线电阻测量,大大增加了设备成本。第二,测试夹具必须使用两根电线匹配连接器上的每个引脚,一根用于电流源,另一根用于电压。这增加了测试夹具的成本和复杂性。

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